Bài giảng chuyển mạch

Bài giảng chuyển mạch

CHƯƠNG 3

Kỹ thuật chuyển mạch và mạng truyền số liệu chuyên dụng

I Chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói:

1 Chuyển mạch kênh:

Cung cấp một kênh băng thông cố định qua một đường truyền duy nhất từ người sử dụng đến người sử dụng trong thời gian của cuộc gọi

Truyền thông qua chuyển mạch kênh nghĩa là có đường truyền thông riêng được thiết lập giữa 2 trạm muốn trao đổi thông tin

Mạng chuyển mạch kênh công cộng

Thiết lập kênh

Các phần tử chuyển mạch kênh

Chuyển mạch kênh

Ưu điểm của chuyển mạch kênh:

- Thiết lập, duy trì và kết thúc cuộc gọi theo yêu cầu của thuê bao

- Cung cấp việc truyền tín hiệu song công một cách trong suốt

- Hạn chế thời gian trễ có thể chấp nhận được đối với việc nối tín hiệu thoại (<0,5s)

- Cung cấp chất lượng thích hợp cho việc nối tín hiệu thoại

- Hạn chế khả năng bị nghẽn mạch

Nhược điểm của chuyển mạch kênh:

Khi chuyển mạch kênh được sử dụng để truyền số liệu sẽ xuất hiện hai nhược điểm sau:

- Trong loại nối thiết bị đầu cuối với máy tính chủ (terminal to host) nhiều thời gian đường dây để không Như vậy với các sự nối dữ liệu, cách chuyển mạch kênh không có hiệu quả

- Trong chuyển mạch kênh, việc nối cung cấp sự truyền ở tốc độ không đổi

Vì vậy cả hai thiết bị phát và thu được nối phải có cùng tốc độ truyền số liệu Điều này hạn chế sự tiện dụng của mạng khi nối các máy tính chủ và các thiết bị đầu cuối khác nhau

Kỹ thuật chuyển mạch kênh:

- Chuyển mạch phân chia theo không gian

- Chuyển mạch phân chia theo thời gian

Sự truyền:

- Thiết bị truyền ghép kênh và phân kênh

- Thuật toán tạo tuyến

- Các tín hiệu điều khiển

Chuyển mạch phân chia theo không gian

2 Chuyển mạch gói:

- Trong chuyển mạch gói, dữ liệu được chia thành các gói (packet) là một đơn vị dữ liệu trong mạng chuyển mạch gói

- Chiều dài của mỗi đơn vị này bị giới hạn do chính các nút trong mạng mà gói này đi qua Thông thường chiều dài tối đa là 1000 octets (bytes) Nếu một nguồn có một bản tin dài hơn để gửi thì bản tin được chia thành các gói nối tiếp

* Mỗi gói chứa một phần (hay tất cả đối với bản tin ngắn) nội dung của dữ liệu cùng với các điạ chỉ nguồn, đích và một số thông tin điều khiển Thông tin điều khiển ít nhất bao gồm thông tin mà mạng yêu cầu để có thể tạo tuyến cho gói và gửi

nó đến đích mong muốn

Ưu điểm của chuyển mạch gói trong truyền số liệu:

- Một mạng chuyển mạch gói có thể hoạt động với sự thay đổi tốc độ dữ

liệu Hai trạm có tốc độ dữ liệu khác nhau có thể trao đổi các gói vì mỗi trạm được nối đến các nút của nó ở một tốc độ dữ liệu thích hợp

- Hiệu quả đường truyền cao vì mỗi đường nút tới nút đơn lẻ có thể được phân chia một cách tự động bởi nhiều gói trong cùng một thời gian Các gói được xếp hàng và được truyền một cách mau lẹ trên các đường nối

- Khi lưu lượng trở nên đầy trên mạng chuyển mạch gói, các gói vẫn được tiếp nhận nhưng độ trễ tăng lên

- Các độ ưu tiên có thể được sử dụng

Kỹ thuật chuyển mạch gói:

- Datagram (Mạch dữ liệu)

- Virtual circuit (Mạch ảo)

a) Datagram:

- Mỗi gói được xử lý một cách độc lập, không quan tâm đến các gói khác đã

đến trước

- Vì các gói cùng xuất phát từ một nơi gửi, nhưng đường đi của các gói khác nhau nên thứ tự của các gói đến trạm đích có thể theo các thứ tự khác nhau và đến đích với các thời gian khác nhau

- Nếu một nút chuyển mạch gói bị phá hủy thì tất cả các gói đến nút đó sẽ bị mất

Sơ đồ Datagram b) Mạch ảo (Virtual circuit):

- Một đường đi hoạch định trước khi thiết lập, trước khi bất kỳ một gói nào

được gửi đi

- Khi kết nối đã được thiết lập, có một mạch ảo được hình thành như một đường ống đi qua mạng (giống một kênh trong chuyển mạch kênh) để kết nối giữa

2 trạm làm việc Do đó các gói sẽ được truyền theo cùng một con đường (cố định)

đã xác định lúc đầu khi yêu cầu kết nối Các gói sẽ đến đích theo đúng thứ tự như

nó đã được gửi

Sơ đồ mạch ảo

- Mỗi gói bây giờ chứa sự nhận dạng mạch ảo như dữ liệu Mỗi nút trên đường được thiết lập trước, sẽ để gửi các gói mà không phải yêu cấu các quyết định tạo tuyến tiếp theo

- Ở một thời điểm nào đó, mỗi trạm có thể có hơn một mạch ảo đến một trạm khác, tùy thuộc vào trạng thái lưu lượng của mạng

Kích thước gói

II Chuyển tiếp khung (Frame Relay):

Frame Relay là kết nối định hướng: kết nối phải được thiết lập trước khi thông tin được gửi đến thiết bị đầu xa Các mạch ảo (virtual circuit) cung cấp các kết nối được sử dụng trong Frame relay Một VC là một kết nối logic giữa 2 thiết bị,

do đó có thể tồn tại nhiều VC trên cùng kết nối vật lý

LMI (Local management interface) chỉ được sử dụng cục bộ giữa Frame relay DTE (vd: router) và Frame relay DCE (vd: chuyển mạch sóng mang (carrier switch)) LMI được sử dụng cho mục đích quản lý và cho phép 2 thiết bị kết nối trực tiếp chia sẻ thông tin về trạng thái và cấu hình của các VC

DLCI (Data link connection identifier): mỗi VC có một địa chỉ cục bộ duy nhất được gọi là một DLCI Điều này có nghĩa là khi một VC đi qua các đoạn (segment) khác nhau trong một mạng WAN, thì các số DLCI có thể sẽ khác nhau ở mỗi đoạn Các carrier switch có nhiệm vụ chuyển đổi một số DLCI từ một segment đến số được sử dụng ở segment kế tiếp

Các thành phần frame relay:

• Giao diện người sử dụng - mạng (UNI)

– Chỉ ra các chức năng quản lý và báo hiệu giữa một thiết bị mạng chuyển tiếp khung và thiết bị đầu cuối người sử dụng

• Giao diện mạng - mạng Network to Network Interface (NNI)

- Chỉ ra các chức năng quản lý và báo hiệu giữa hai mạng chuyển tiếp khung

• Mạch ảo (VC)

– Kết nối giữa hai cổng chuyển tiếp khung

• Mạch ảo thường trực (PVC)

– Một VC định nghĩa trước

• Mạch ảo chuyển đổi (SVC)

– Một VC được thiết lập một cách linh động

• DLCI (Data Link Connection Identifier)

– Số nhận dạng VC

Cấu trúc khung frame Relay:

•FECN – Forward Explicit Congestion Notification

•BECN – Backward Explicit Congestion Notification

•DE – Discard Eligible bit

III ATM và chuyển mạch khối tế bào:

- ATM là kỹ thuật ghép kênh và chuyển mạch tế bào, kết hợp ưu điểm của

chuyển mạch kênh (dung lượng đảm bảo và độ trễ truyền dẫn bất biến) và ưu điểm của chuyển mạch gói (linh động và hiệu quả đối với lưu lượng không liên tục)

- ATM cung cấp băng thông thay đổi từ vài Mbps đến Gbps Do bản chất bất đồng bộ nên ATM hiệu quả hơn kỹ thuật đồng bộ (như TDM)

ATM Reference Model versus OSI Reference Model

- Với TDM, mỗi người sử dụng được cấp phát một khe thời gian và không

có trạm nào khác có thể gửi trong khe thời gian đó Nếu một trạm có nhiều dữ liệu

để gửi thì nó chỉ có thể gửi khi khe thời gian của nó theo kịp, thậm chí nếu tất cả các khe thời gian khác đều rỗi Tuy nhiên nếu một trạm không có gì để gửi khi khe thời gian của nó theo kịp thì khe thời gian sẽ gửi rỗng và lãng phí

- Do ATM là bất đồng bộ nên các khe thời gian được cấp phát theo nhu cầu theo thông tin được xác định ở nguồn phát được chứa trong mào đầu của mỗi tế bào ATM

1 Cấu trúc cơ bản của tế bào ATM:

ATM truyền thông tin trong các đơn vị có kích thước cố định được gọi là các

tế bào

Mỗi tế bào gồm 53 octet hay byte 5 byte đầu tiên chứa thông tin mào đầu (header) tế bào và 48 byte còn lại chứa thông tin người sử dụng

2 Các thiết bị ATM:

Một mạng ATM bao gồm một chuyển mạch ATM (ATM switch) và các điểm cuối ATM (ATM endpoint)

ATM switch có nhiệm vụ truyền các tế bào xuyên qua mạng ATM ATM switch nhận tế bào (cell) đầu vào từ một ATM endpoint hoặc ATM switch khác Sau đó nó đọc và cập nhật thông tin cell header và chuyển cell đến giao diện ngõ ra

về phía đích

ATM endpoint chứa một bộ tương thích giao diện mạng ATM ATM endpoint có thể là các workstation, router, DSU

3 Các giao diện mạng ATM:

Một mạng ATM bao gồm một tập hợp các ATM switch nối với nhau bằng các đường hoặc các giao diện ATM theo kiểu point-to-point

ATM switch hỗ trợ 2 loại giao diện chính: UNI và NNI

UNI kết nối các hệ thống đầu cuối ATM (như các host và các router) đến một ATM switch

NNI kết nối 2 ATM switch

Các giao diện mạng ATM

UNI: User-Network Interface

NNI: Network-Network Interface

Public NNI – Inter-Switching System Interface (ISSI)

4 Cấu trúc header của tế bào ATM:

- GFC (Generic Flow Control): cung cấp các chức năng cục bộ như nhận

dạng các trạm chia sẻ cùng giao diện ATM

- VPI (Virtual Path Identifier): đi kèm với VCI, xác định đích đến của tế bào

kế tiếp khi nó đi ngang qua một chuỗi các ATM switch trên đường đến đích của nó

- VCI (Virtual Channel Identifier): đi kèm với VPI, xác định đích đến của tế

bào kế tiếp khi nó đi ngang qua một chuỗi các ATM switch trên đường đến đích của nó

- PT (Payload type): bit đầu tiên của PT cho biết tế bào chứa dữ liệu người

sử dụng hay dữ liệu điều khiển Nếu bit này bằng 0, thì tế bào chứa dữ liệu người sử dụng Nếu bit này bằng 1 thì tế bào chứa dữ liệu điều khiển Bit thứ 2 của PT cho biết nghẽn (=1) hay không nghẽn (=0) Bit thứ 3 của PT cho biết tế bào là tế bào cuối cùng (=1) của khung hay chưa

- CLP (Cell loss priority): cho biết tế bào có nên được bỏ đi hay không nếu

xảy ra nghẽn

- HEC (Header error control): tính toán checksum 4 byte đầu tiên của

header HEC có thể sửa một lỗi bit đơn trong các byte này

Các kết nối ảo ATM

5 Cơ chế chuyển mạch ATM:

Hoạt động cơ bản của một chuyển mạch ATM (ATM switch) là chuyển thẳng về phiá trước: nhận tế bào qua một link với giá trị VPI hoặc VCI đã biết Switch tra giá trị kết nối trong bảng diễn dịch cục bộ để xác định ngõ ra (các ngõ ra) của kết nối và giá trị VPI/VCI của kết nối trên link đó

Sau đó switch truyền lại tế bào trên link ngõ ra đó với nhận dạng kết nối thích hợp Do các VPI và VCI chỉ có ý nghĩa cục bộ qua một link riêng biệt nên các giá trị này được ánh xạ lại ở mỗi switch

Chuyển mạch ATM