TRUYỀN số LIỆU TRONG MẠNG CHUYỂN MẠCH gói

1.1 Khái niệm chung Chuyển mạch trình đấu nối truyền thông tin cho người sử dụng thông qua hạ tầng mạng viễn thông Chuyển mạng mạng viễn thông bao gồm chức định tuyến thông tin chuyển tiếp thông tin Do khái niệm chuyển mạch gắn liền với lớp mạng lớp liên kết liệu mô hình OSI tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ISO Trong số trường hợp mở rộng khái niệm chuyển mạch hình thành theo mô hình phân lớp trải dải từ lớp đến mô hình OSI Quá trình chuyển mạch thực nút chuyển mạch Các nút chuyển mạch chuyển mạch kênh gọi hệ thống chuyển mạch hay gọi tổng đài, chuyển mạch gói thiết bị định tuyến hay gọi định tuyến Trong số trường hợp đặc biệt, phần tử làm nhiệm vụ chuyển mạch đồng thời làm hai vai trò thiết bị đầu cuối chuyển mạch chuyển tiếp thông tin Về phân loại chuyển mạch, ta có hai dạng mạng chuyển mạch mạng chuyển mạch kênh mạng chuyển mạch gói Mặt khác góc độ truyền xử lý thông tin chuyển mạch chia thành bốn kiểu, là: chuyển mạch kênh, chuyển mạch tin, chuyển mạch gói chuyển mạch tế bào Mạng chuyển mạch kênh thiết lập mạch định riêng cho kết nối trước trình thông tin thực Do ta thấy trình chuyển mạch gồm ba giai đoạn thiết lập, truyền giải phóng Để thiết lập, giải phóng điều khiển gọi mạng chuyển mạch kênh sử dụng kĩ thuật báo hiệu Đối lập với mạng chuyển mạch kênh mạng chuyển mạch gói, chia lưu lượng liệu thành gói truyền mạng chia sẻ Trong mạng chuyển mạch gói gói tin thực thể riêng biệt độc lập, chứa thông tin cần thiết phục vụ cho trình xử lý thông tin mạng Kênh thông tin thiết bị mạng không phụ thuộc vào logic thời gian mà chúng có ý nghĩa có lưu lượng truyền qua gọi câc kênh ảo, tập hợp kênh ảo có đặc tính tạo thành luồng ảo.Các nút mạng thực chuyển mạch cho kênh ảo luồng ảo mà không cần phải chuyển mạch cho gói tin riêng biệt, nâng cao hiệu truyền thông toàn mạng nhờ giảm bớt số quy trình xử lý Kỹ thuật lưu lượng TE (Traffic Engineering) coi vấn đề quan trọng khung làm việc hạ tầng mạng viễn thông Mục đích để cao hiệu độ tin cậy hoạt động mạng giải pháp tối ưu nguồn tài nguyên lưu lượng mạng người sử dụng Nói cách khác kỹ thuật TE công cụ sử dụng để tối ưu nguồn tài nguyên mạng phương pháp kỹ thuật để định hướng luồng lưu lượng phù hợp với tham số ràng buộc tĩnh động, bao gồm tham số mạng tham số yêu cầu người sử dụng Mục tiêu kỹ thuật TE hướng tới cân tối ưu điều khiển tải tài nguyên mạng thông qua thuật toán giải pháp kỹ thuật Đối với nhà thiết kế khai thác mạng kỹ thuật lưu lượng đóng vai trò định toán liên quan tới hiệu mạng Do kỹ thuật TE luôn coi vấn đề có độ phức tạp cao, đặc biệt công nghệ mạng chồng lấn tổ hợp Báo hiệu phần chế điều khiển mạng Nó sử dụng tín hiệu để điều khiển truyền thông Trong mạng viễn thông báo hiệu trao đổi thông tin phần tử mạng liên qua tới vấn đề điều khiển, thiết lập kết nối thực quản lý mạng Trong mạng chuyển mạch kênh, báo hiệu thành phần trình kết nối, nhờ mà hệ thống chuyển mạch thực chuyển mạch, thông qua thông tin báo hiệu từ nút mạng tới thiết bị đầu cuối người sử dụng để xác định yêu cầu quản lý kết nối từ người sử dụng tớ nút mạng, báo hiệu mạng thực để hỗ trợ trực tiếp cho trình định tuyến, chọn kênh quản lý kết nối nút mạng Trong mạng chuyển mạch gói hệ thống báo hiệu hướng tới mục tiêu điều khiển thiết bị quản lý mạng nhiều mục tiêu gắn kết với quy trình định tuyến để thiết lập kênh mạng chuyển mạch kênh Các hệ thống báo hiệu phân loại theo đặc tính nguyên tắc hoạt động bao gồm: báo hiệu băng báo hiệu băng, báo hiệu đường báo hiệu ghi, báo hiệu kênh liên kết báo hiệu kênh chung,… Các thông tin báo hiệu truyền dạng tín hiệu điện, quang tin Xu hướng phát triển mạng viễn thông hướng tới hạ tầng nhằm đáp ứng tốt loại hình dịch vụ sở băng thông rộng Mạng tích hợp dịch vụ số băng rộng có nhiệm vụ cung cấp nối thông qua chuyển mạch, nối cố định bán cố định, nối từ điểm tới điểm từ điểm tới đa điểm dịch vụ yêu cầu, dịch vụ dành trước dịch vụ yêu cầu cố định Cuộc nối B-ISDN phục vụ cho hai loại chuyển mạch chuyển mạch kênh chuyển mạch gói theo kiểu đa phương tiện, đơn phương tiện, theo kiểu hướng liên kết phi liên kết theo cấu hình đơn hướng đa hướng B-ISDN có loạt đặc tính khía cạnh kết nối khía cạnh khác quản lý, điều khiển dịch vụ Do tên gọi chung thường sử dụng hạ tầng mạng viễn thông 1.2 Khái niệm đặc điểm mạng chuyển mạch gói a Khái niệm mạng chuyển mạch gói Trong mạng chuyển mạch gói tin chia thành gói truyền tiếp đầu tiếp cuối gói, tiếp đầu tiếp cuối trường điều khiển để hướng dẫn node mạng đưa gói tới đích, kiểm soát lỗi điều khiển lưu lượng Một tin có nhiều gói, chúng truyền tới đích theo phương thức liên kết (Connection-oriented) theo phương thức phi kết nối (Connectionless) Như gói tin truyền theo tuyến qua nút mạng truyền tuyến khác Mặt khác trình truyền gói có lỗi, có vài gói phải truyền lại nên gói đến đích không theo thứ tự, thiết bị mạng thiết bị đầu cuối phải có khả kiểm soát xếp lại gói để khôi phục lại tin đầu cuối thu b Đặc điểm mạng chuyển mạch gói - Giảm trễ node mạng - Xử lý lỗi sửa lỗi truyền lại gói nhanh so với chuyển mạch tin giảm lượng thông tin cần truyền lai , giảm tắc nghẽn tăng tốc độ truyền tin khả phục vụ mạng - Có thể định tuyến cho gói cho tất gói gọi theo thủ tục khác c Nguyên tắc chuyển mạch gói Sự khác biệt chuyển mạch tin chuyển mạch gói trình xử lý tin Chuyển mạch gói phân chia tin thành thực thể phù hợp với đường truyền cấu hình mạng, kích thước gói cố định thay đối, phương pháp chuyển mạch với gói có kích thước cố định gọi chuyển mạch tế bào Sau kết thúc trình chuyển mạch gói tái hợp xếp lại để hoàn nguyên lại thông tin người sử dụng Để có gói tin chuyển mạch qua trình phân mảnh vào tạo gói từ liệu người sử dụng thực lớp cao phía người sử dụng Qúa trình mô tả hình đây: Hình 1: Đóng gói liệu theo mô hình OSI Qúa trình phân mảnh tạo gói theo lớp mô hình OSI bao gồm mô hình đóng gói liệu khôn dạng liệu ứng dụng Kỹ thuật chuyển mạch cho phép kết nối thông tin từ đầu cuối tới đầu cuối qua trình chia sẻ tài nguyên, sử dụng tập thủ tục liên kết có tốc độ khác để truyền gói tin chuyển gói nhiều đường dẫn khác Có hai kiểu chuyển mạch gói chuyển mạch datagra DG (datagram) chuyển mạch kênh ảo VC (Virtual Circuit) Hai kiểu chuyển mạch mô tả hình đây: Hình 2: Chuyển mạch Datagram chuyển mạch kênh ảo Chuyển mạch Datagram cung cấp dịch vụ không yêu cầu thời gian thực Nó không cần giai đoạn thiết lập kết nối thích hợp với dạng liệu có lưu lượng thấp tồn khoảng thời gian ngắn Trong chuyển mạch Datagram thông tin trễ không đảm bảo, với tượng lặp gói dễ dàng xảy Tuy kiểu chuyển mạch cho phép lựa chọn đường tới đích nhanh để đáp ứng thay đổi nhanh mạng Chuyển mạch kênh ảo VC yêu cầu giai đoạn thiết lập tuyến thiết bị gửi thiết bị nhận thông tin Một kênh ảo hình thành thiết bị đường dẫn chuyển mạch xác định có liệu truyền qua mà không phụ thuộc vào logic thời gian Chuyển mạch kênh ảo yêu cầu tuyến trình định tuyến kênh ảo nhận dạng thông qua trường nhận dạng kênh ảo VCI nằm tiêu đề gói tin Khi kênh ảo thiết lập kênh sử dụng để truyền gói tin Các gói có VCI tiêu đề sử dụng trỏ để truy nhập tới thông tin lưu trữ nút chuyển mạch Các trường nhận dạng kênh ảo phải để phân biệt thông tin người sử dụng tái sử dụng không số lượng VCI lớn tăng lên theo kích cỡ mạng Nhận dạng kênh ảo liên kết đầu vào đầu không thiết phải giống Các kênh ảo có đặc tính ghép lại với tạo thành luồng ảo thể qua trường chức VPI (Virtual Path Identifier) Sau thiết bị chuyển mạch nhận dạng thông tin luồng ảo thực chuyển mạch toàn luồng ảo CHƯƠNG 2: TRUYỀN SỐ LIỆU TRONG MẠNG CHUYỂN MẠCH GÓI 2.1 Vấn đề tắc nghẽn mạng chuyển mạch gói Như nêu mạng chuyển mạch gói liệu chia thành gói tin truyền đường truyền Do ta thấy có nhiều gói tin đường truyền dung lượng kênh truyền bị giới hạn xảy tượng tắc nghẽn Sự tắc nghẽn xảy cục thời điểm Khi ta phải áp dụng phương pháp để giải toán tắc nghẽn Phương pháp phương pháp hạn chế băng thông hay gọi phương pháp chậu rò (Leaky bucket) Phương pháp dựa nguyên tắc hạn chế băng thông vào mạng để điều khiển tắc nghẽn Tuy nhiên phương pháp cổ điển, đơn giản có nhược điểm làm tăng trễ truyền gói tin mạng, chưa đề cập tới dung lượng kênh truyền,… phương pháp sử dụng Phương pháp thứ hai phương pháp sổ Phương pháp ước lượng để chia gói tin theo chuẩn định truyền kênh truyền riêng cho gói không truyền kênh truyền phương pháp hạn chế băng thông Do khắc phục nhược điểm phương pháp hạn chế băng thông Sau có phương pháp điều khiển tắc nghẽn người ta đưa giao thức điều khiển để thực việc truyền số liệu Có hai loại giao thức điều khiển giao thức thiên hướng bit giao thức thiên hướng kí tự Trong giao thức thiên hướng kí tự phương pháp cổ điển ngày người ta sử dụng giao thức thiên hướng bit cho tất giao thức liên kết số liệu Ở ta tìm hiểu giao thức cụ thể giao thức XMODEM, giao thức YMODEM, giao thức Kermit giao thức HDLC 2.2 Xây dựng phương pháp điều khiển tắc nghẽn 2.2.1 Thuật toán Leaky bucket Phương pháp cửa sổ trượt trễ gói tăng tỷ lệ số lượng kết nối cần thực để điều khiển luồng Mặc dù ta giảm kích thước cửa sổ để rú ngắn trễ gói phương pháp không dễ dàng thực Để đáp ứng yêu cầu điều khiển luồng, người ta đưa phương pháp điều khiển luồng tránh tắc nghẽn dựa việc hạn chế băng thông Cơ chế kiểm soát băng thông đảm bảo lượng thông tin đưa vào mạng không vượt mức tránh tắc nghẽn xảy mạng Cơ chế kiểm soát băng thông chia làm hai loại: + Kiểm soát chặt: Nếu gọi tốc độ thông tin vào mạng trung bình r (gói/s) hệ thống kiểm soát cho gói vào sau 1/r giây + Kiểm soát lỏng: Nếu gọi tốc độ thông tin vào mạng trung bình r (gói/s) hệ thống kiểm soát cho K gói vào mạng khoảng thời gian K/r giây Trong phương pháp tốc độ liệ trung bình không đổi mạng cho phép nhận tối đa K gói tin thời điểm Cơ chế hoạt động dựa nguyên lý phương pháp chậu rò ( leaky bucket) Hình 3: Nguyên lý hoạt động thuật toán chậu rò Nút mạng trang bị chậu rò dùng để kiểm soát lượng thông tin vào mạng Chậu rò đệm lưu trữ tối đa B thẻ Các thẻ đưa vào chậu rò với tốc độ r (thẻ bài/s) chậu rò có đầy thẻ dừng lại Nnguyên lý chung có gói tin đến nút mạng gói tin phải nhận thẻ Như tốc độ trung bình gói tin vào mạng r (gói/s) tốc độ tạo thẻ Khi chậu rò đầy thẻ gói tin truyền với tốc độ tối đa r (gói tin/s) Như ta thầy sử dụng chậu rò tốc độ luồng thông tin vào mạng không vượt r (gói/s) Nếu mạng có nhiều nút mạng nút mạng có chậu rò cho dù tốc độ thông tin đến nút thay đổi tốc độ thông tin mạng ổn định Dựa nguyên tắc hạn chế băng thông vào mạng người ta đưa ba dạng thuật toán leaky bucket: + Leaky bucket buffer + Leaky bucket có đệm: data buffer + Leaky bucket có hai đệm: data buffer token pool a Leaky bucket buffer Hình 4: Hoạt động Leaky bucket đệm Các gói tin đưa tới đưa trực tiếp đến kiểm soát để kiểm tra hợp pháp gói tin Mỗi gói tin phải kèm với thẻ đưa vào mạng Thẻ (token) đóng vai trò giấy thông hành cho phép gói tin vào mạng Gọi tốc độ tạo thẻ r, nguồn phát gói tin với tốc độ lớn r có phần gói tin dưa vào mạng với tốc độ r ( gói tin/s) Như gói tin lại bị số lượng thẻ không đủ Do tốc độ cực đại gói tin vào mạng với tốc độ tạo thẻ r (gói tin/s) Do có nhược điểm bị gói tin tốc độ bị giới hạn không lớn tốc độ tạo thẻ nên Leaky bucket đệm sử dụng cho việc điều khiển luồng tránh tắc nghẽn b Leaky bucket có đệm (data buffer) Hình 5: Hoạt động Leaky bucket có đệm liệu Những hạn chế phương pháp leaky bucket đệm giải sử dụng đệm có kích thước phù hợp để chứa gói tin đến chưa có thẻ vào mạng Khi tốc độ gói tin nhỏ tốc độ tạo thẻ gói tin đưa vào mạng thông qua đệm Trong trường hợp gói tin tới lớn tốc độ tạo thẻ phần gói tin đưa vào mạng với tốc độ tạo thẻ bài, phần lại lưu vào đệm liệu (data buffer) để chờ xử lý Sau đến thời điểm mà tốc độ gói tin nhỏ tốc độ tạo thẻ gói tin lưu trữ đệm đưa vào mạng Như không xảy tượng gói phương pháp leaky bucket đệm 10 dài khối xuống 128 bytes nhằm hạn chế số byte phải truyền lại tìm lỗi sai Do đó, cho dù có trường hợp tồi tệ chất lượng truyền độ dài giao thức XMODEM Ngoài ra, YMODEM có khả hư hỏng kết thúc thuyền tập tin XMODEM hủy bỏ việc truyền nhận tập tin nhận mẫu bit ký tự Ctrl-X (ký tự ASCII CAN) Khi có nhiễu đường truyền mẫu bit tạo dễ dàng YMODEM yêu cầu phải có hai ký tự CAN liên tiếp hủy bỏ việc truyền nhận tập tin chức có tác dụng người sử dụng mà YMODEM cung cấp việc sử dụng phương phát phát kiểm tra lỗi CRC truyền thông tin liên quan tập tin truyền cho máy thu Các thông tin bao gồm tên tập tin, klích thước tập tin truyền, ngày, truyền, thông tin lưu khối đầu tin khởi động việc truyền 3.1.3 Giao thức Kermit Ngoài việc thực chức giao thức XMODEM cho phép truyền nhận tập tin máy tính nhỏ mà cho phép truyền nhận tạp tin hệ thống lớn DOCSISTOM-20 UBM-370 Vì mà giao thức Kermit phức tạp Thủ tục idle RQ (dừng đợi) Kermit sử dụng XMODEM Các điểm khác Kermit XMODEM là: - Kermit cho phép truyền nhận nhiều tập tin lúc - Yêu cầu Kermit kênh truyền tối thiểu, kênh truyền ký tự mà ASCII, ký tự điều khiển SOH - Chiều dài gói liệu Kermit thay đổi - Các tín hiệu trả lời máy thu gói (trong XMODEM dùng ký tự) Kermit dùng thủ tục continuous RQ nhờ gói ACK NAK có vùng (field) chứa số thứ tự truyền (hay nhận) gói 32 - Do Kermit có gói “đưa tin” nên phát triển chức giao thức mà không ảnh hưởng đến hoạt động phiên trước, lược bỏ số thông tin quan trọng Gói Kermit tổng quát biểu diễn sau: MAR LEN SEQ TYPE DATA CHK1 CHK2 CHK3 K Gói Kermit bao gồm vùng (field): vùng liệu (datâ) có độ dàit hay đổi tùy theo kiểu gói, vùng điều khiển (hoặc vùng phục vụ) vùng lại Kermit yêu cầu liệu truyền ký tự mã ASCII in (từ 20H – 7EH) trừ vùng đánh dấu (MARK) Như vậy, việc chuyển đổi sang mã in (frintable character) trước truyền cách cộng thêm 20H phải thực vùng chứa giá trị số vùng số thứ tự Sau nhận trừ 20H để chuyển trở lại Do đó, giá trị số vùng phải nhỏ 94 (5EH), 5EH sau đổi trở thành 7FH ký tự điều khiển DEL ký tự in được, vượt qua ngưỡng 5EH sau đổi nằm phạm vi bảng ASCII Do byte liệu cần truyền có giá trị nên áp dụng điều vùng thông tin Trong trường hợp vùng thông tin có ký tự điều khiển Kermit chuyển đổi cách - Chèn thêm ký tự in phía trước (thường dùng ký tự #, mã ASCII 23H) - EXOR ký tự điều khiển với 40H Những ký tự có bit có giá trị lớn (MSB bit) kermit đổi sang mã ASCII in cách đưa thêm vào đằng trước ký tự (&) hệ thống sử dụng ký tự dài bit Vùng gói có ý nghĩa sau: - Vùng đánh dấu (MARK): để đánh dấu bắt đầu gói ký tự SOH mã 01H 33 - Vùng độ dài (LEN): số bytes gói tính từ sau byte (tức tổng độ dài cuar gói trừ 2), có giá trị lớn 94, độ dài lớn gói 96 bytes - Vùng số thứ tự (SEQ): số thứ tự gói, modulo với 64 Gói truyền đầu tin (gói S) có số thứ tự 0, số thứ tự gói sau gói có số thứ tự 63 bắt đầu quay trở lại - Vùng kiểu gói (TYPE): để phân biệt nhiều kiểu gói khác Mỗi kiểu gói khác có nội dung chức khác - Vùng thông tin (DATA): nội dung tập tin cần truyền chứa gói ‘D’, gói ‘F’ chứa tên tập tin số kiểu gói khác, vùng không chứa - Vùng kiểm tra (CHECK): chọn vùng byte tổng kiểm tra bytes tổng kiểm tra, bytes CRC Giá trị kiểm tra tính vùng độ dài (không tính vùng đánh dấu) 3.2 Các giao thức thiên hướng bit Tất giao thức liên kết số liệu giao thức thiên hướng bit Ta cần phải lưu ý giao thức sử dụng mẫu bit mà mẫu bit định nghĩa thay cho kí tự điều khiển truyền dùng để đánh dấu mở đầu hay kết thúc frame Máy thu tiến hành duyệt luồng bit thu theo bit để tìm mẫu bit mẫu bit cuối frame Ba phương pháp báo hiệu bắt đầu kết thúc frame gọi phân định ranh giới frame (delimiting) trình bày hình đây: 34 35 Hình : Các phương pháp đồng frame thiên hướng bit Trong hình a dùng cờ, hình b định chiều dài ranh giới bắt đầu frame, hình c cưỡng mã hóa bit: + Một mẫu bit dùng để đánh dấu đầu frame, gọi ranh giới đầu frame Mẫu bit 10101011 byte chiều dài có đơn vị byte phần header frame + Mẫu bit mà không trùng với mẫu bắt đầu kết thúc frame mẫu gọi cờ, kết hợp với kỹ thuật nhồi bit Mẫu bit 01111110 + Mẫu dùng để xác định ranh giới đầu cuối frame gồm bit tạo cưỡng mã hóa Nhìn chung phương pháp dùng với giao thức điều khiển liên kết số liệu mức cao HDLC, hai phương pháp lại dùng với 36 giao thức LLC Tuy nhiên thực tế hầu hết giao thức thiên hướng bit dẫn xuất từ giao thức HDLC Giao thức HDLC giao thức quốc tế chuẩn hóa dùng để liên kết điểm - nối điểm đa điểm, hoạt động chế độ suốt, song công hoàn toàn sử dụng rộng rãi mạng đa điểm mạng máy tính Hoạt động giao thức HDLC gồm chế: + Chế độ đáp ứng thông thường NRM ( nomal respose Mode): Cấu hình không công thường dùng chế độ Trong trạm thứ cấp truyền thông tin thị đặc biệt phát từ trạm sơ cấp trạm thứ cấp tiếp nhận Do liên kết điểm nối điểm hay đa điểm, trường hợp đa điểm có trạm sơ cấp + Chế độ đáp ứng bất đồng ARM (Asynchronous response mode): Chế độ dùng cấu hình không cân bằng, cấu hình điểm nối điểm liên kết song công Trong chế độ trạm thứ cấp xúc tiến hoạt động truyền tin mà không cần trạm sơ cấp cho phép Chế độ có ưu điểm cho phép trạm thứ cấp truyền frame bất đồng với sơ cấp + Chế độ cân bất đồng ABM (Asynchronous Balanced mode): Chế độ thường sử dụng liên kết song công điểm nối điểm cho ứng dụng truyền số liệu từ máy tính đến máy tính từ máy tính đến mạng số liệu công cộng PSDN Với chế độ này trạm có trạng thái thực chức sơ cấp lẫn chức thứ cấp 37 CHƯƠNG 4: Hiệu suất sử dụng liên kết đường truyền 4.1 Hiệu suất sử dụng liên kết RQ dừng đợi Hiệu suất sử dụng liên kết hiệu suất truyền tin phía phát phía thu, ký hiệu U, tỷ lệ thời gian phía phát phát xong lượng thông tin tổng thời gian cần để truyền lượng thông tin Công thức tính hiệu suất sử dụng liên kết là: U = T ix T Trong đó: t + T ix thời gian cần để phát gói tin + T t thời gian cần để truyền gói tin Thời gian Tt gồm thời gian truyền tín hiệu bị trễ từ phía phát sang phía thu ngược lại thời gian để xử lý thông tin thời gian chờ phía thu báo nhận Khi tín hiệu truyền từ điểm đến điểm khác môi trường truyền dẫn tồn khoảng thời gian trễ, khoảng thời gian ngắn xác định Thời gian trễ truyền gọi trễ truyền lan môi trường truyền dẫn, thời gian trễ truyền ý nghĩa vài trường hợp có vai trò quan trọng Trong liên kết truyền số liệu thời gian mà kể từ bit gói tin truyền từ phía phát đến bit cuối gói tin báo nhận thu khoảng thời gian trễ liên quan đến liên kết Như tham số 38 phụ thuộc vào hai yếu tố thời gian truyền gói tin thời gian trễ truyền lan môi trường truyền dẫn Hai tham số thời gian có tỷ lệ chúng thay đổi theo kiểu liên kết số liệu khác biểu diễn biểu thức: a= Trong đó: T T p ix + T p tỷ số khoảng cách (m)/tốc độ truyền lan (m/s) + T ix tỷ số số bit truyền/tốc độ bit liên kết (bps) Để tính hiệu suất liên kế RQ dừng đợi, người ta tính cho gói tin điển hình, chất hiệu suất phiên truyền truyền nhiều gói tin hiệu suất truyền gói tin Điều xảy tử số mẫu số nhân với hệ số tỷ lệ số gói tin truyền Giả sử việc truyền tin thực môi trường lỗi, xết đến ảnh hưởng trễ truyền lan Gãi tin (0) Gãi tin (1) Trôc thêi gian ACK(0) Tix Tp Tip Td Tap TACK T Hình 4.1: Hiệu suất sử dụng liên kết cho gói tin Trong đó: + Tix thời gian để phát gói tin + Tp trễ truyền sóng phía phát phía thu 39 + Tip thời gian để phía thu xử lý gói tin + Tack thời gian phát gói tin ACK + Td trễ truyền sóng từ phía thu sang phía phát + Tap thời gian phía phát xử lý gói tin ACK Ta có tổng thời gian cần thiết để gói tin truyền là: T = T +T +T +T t ix p ip ack + T d + T ap Trong thực tế thời gian để phía thu xử lý gói tin Tip thời gian phía phát xử lý gói tin ACK nhỏ so với thời gian phát gói tin Tix thời gian trễ truyền sóng Tp, Td nên trình tính toán ta bỏ qua hai đại lượng Và ta bỏ qua gói tin ACK trình tính toán ngắn nhiều so với gói tin mang liệu Ta có: T = T +T +T t Mặt khác ta lại có T p =T d ix d nên: T =T t p ix + 2T p = T ix + 2T d Theo định nghĩa hiệu suất truyền tính sau: η lytuong = T T ix ix + 2T d = 1 + 2a Trong a xác định bởi: a=Td T Với: T + d = ix d v + d khoảng cách trạm phát thu + v vận tốc truyền sóng môi trường ( không gian tự môi trường cáp quang v=3 m/s với cáp đồng trục cáp xoắn v=2 m/s) 40 T Với: ix = F R + F kích thước gói tin + R tốc độ đường truyền Khi a= Rd vF a nhỏ hiệu suất truyền lớn Tuy nhiên thực tế ta phải đề cập đến yếu tố lỗi môi trường truyền gây liên kết có tốc độ lỗi bit BER dù nhiều hay Lỗi môi trường truyền đặc trưng tham số p Xác suất lỗi p định nghĩa xác suất phía thu nhận bit phía phát truyền bit ngược lại Giá trị p lớn chứng tỏ môi trường truyền không tốt Nếu môi trường truyền lý tưởng tức không lỗi p=0, môi trường có lỗi p=1 Khi xảy 0,5 < p < thông tin lỗi nhận phía thu lớn thông tin đúng, trường hợp ta dùng quy luật đảo bit luồng thông tin giảm xác suất lỗi bit, ta có < p < 0,5 Khi truyền thông tin môi trường có lỗi ta phải truyền lại gói tin nên hiệu suất nhỏ trường hợp lý tưởng Gọi N R số gói tin phải truyền ( 1≤ N R ≤ ∞ ) hiệu suất trường hợp thực tế là: η thucte = η N lytuong R Ta giả thiết ACK NAK không bị lỗi Với xác suất lỗi p thì: + Xác suất truyền gói tin thành công lần 1-p + Xác suất truyền gói tin thành công lần thứ hai p(1-p) Tổng quát ta có xác suất truyền gói tin thành công lần thứ i p i −1 (1 − P ) Ta có: 41 ∞ i −1 N R = ∑ i p (1 − p) = i =1 1− p Trong thực tế hiệu suất phương pháp RQ dừng đợi là: η thucte = η N lytuong R = 1− p + 2a Như ta thấy hiệu suất RQ dừng đợi phụ thuộc vào hệ số a= Rd vF , a nhỏ hiệu suất lớn Ta có nhận xét sau: + Khi R nhỏ điều không mong muốn truyền thông tin thực tế + Khi d nhỏ khoảng cách phía thu phía phát không thay đổi yêu cầu khách quan bên + Khi v lớn truyền sóng môi trường có vận tốc định kho thay đổi + Khi F lớn ta tăng hiệu suất lên cách tăng gói tin Tuy nhiên nhược điểm phương pháp gói tin ban đầu mà sai thông tin truyền lại lớn Do nên kích thước gói tin tương ứng với môi trường truyền dẫn định 4.2 Hiệu suất chế Go-back-N ARQ 4.2.1 Trường hợp điều kiện lý tưởng Trong trường hợp lý tưởng lỗi hiệu suất selective repeat ARQ hiệu suất Go-back-N ARQ Để tính hiệu suất phương pháp Go-back-N ARQ trường hợp dựa hiệu suất phương pháp dừng đợi Ta áp dụng công thức Nếu chuẩn hóa T p =1 η= a = T ix Tp + 2a với đơn vị thời gian trễ truyền sóng hai đầu thu phát a đơn vị thời gian 42 Giản đồ thời gian phương pháp cửa sổ trượt mô tả hình 4.2: + Trường hợp kích thước cửa sổ K > 2a + + Trường hợp kích thước cửa sổ K < 2a + Bit ®Çu gãi tin t0 A t0+ a A t + a +1 A B Gãi tin[a] Gãi tin gãi tin Gãi tin [a+1] Gãi tin gãi tin B B bit ®Çu ACK t + 2a+ A Gãi tin [2a+1] gãi tin [a+3] Gãi tin [a+2] B ACK Bit ®Çu gãi tin t0 A t0+ a A t + a +1 A B Gãi tin[a] Gãi tin gãi tin Gãi tin [a+1] Gãi tin gãi tin B B bit ®Çu ACK t + 2a+ A Gãi tin [2a+1] Gãi tin [a+2] B ACK Hình 4.2: Giản đồ thời gian phương pháp cửa sổ trượt Ta thấy hiệu suất phương pháp phụ thuộc vào kích thước cửa sổ giá trị a Trên phía phát tức phía A thực việc truyền gói tin thời điểm ( bit gói tin đầu tiên) Sau khoảng thời gian thời điểm + a bit đến phía thu B Sau toàn gói tin đầu 43 tiên đến B thời điểm + a + Nếu ta bỏ qua thời gian xử lý B gửi báo nhận ACK thời điểm + a + Trường hợp gói tin báo nhận có kích thước nhỏ thời điểm toàn gói báo nhận ACK rời khỏi phía thu Đến thời điểm +2a + báo nhận tới phía phát A Như có hai trường hợp xảy ta giả thiết phía phát có liệu để truyền liên tục: + Nếu K ≥ 2a+1 báo nhận đến phía phát trước K=0 Kể tù A nhận báo nhận đơn vị thời gian A phát gói tin, đồng thời A nhận báo nhận, ta thấy A phát tin liên tục + Nếu K ≤ 2a+1 cửa sổ phía phát đạt kích thước K=0 thời điểm + K điều xảy trước thời điểm +2a + 1, sau phía phát thực việc phát gói tin khoảng thời gian từ + K đến +2a + Khi hiệu suất phương pháp cửa sổ trượt là: K  K < 2a +1 η window = 2a +  η window = K ≥ 2a +1 4.2.2 Trường hợp Hiệu suất trường hợp thực tế nhỏ điều kiện lý tưởng có nhiều lỗi xảy Ta có: η Trong N R Go −back − N = η N window R số lần phát trung bình phát thành công Với phương pháp Go-back-N có lỗi xảy phía phát tiến hành phát lại W gói tin Xác suất để gói tin truyền thành công lần thứ i là: 44 p (i ) = p i −1.(1 − p ) Trong đó: i −1 + p xác suất để i – lần truyền bị sai + − p xác suất để truyền lần thứ i Trong trường hợp tổng số gói tin phải truyền lại là: f (i ) = + (i − 1).W Trong (i − 1).W tổng số gói tin phải truyền lại cho (i − 1) lần truyền bị sai Như trường hợp phải đến lần thứ i truyền số gói tin trung bình cần truyền là: N (i ) = f (i) p(i) Để truyền thành công số gói tin trung bình cần truyền là: ∞ ∞ i =1 i =1 N R = ∑ f (i ) p i −1 (1 − p ) = ∑ [ (1 − W) + W.i ] p i −1 (1 − p) ∞ ∞ i =1 i =1 N R = (1 − W)∑ pi −1 (1 − p ) + W ∑ ip i −1 (1 − p ) Ta áp dụng công thức:  ∞ i ∞ i −1 ∑ r = ∑ r = − r i =1  i =0 ∞  i −1  ∑ i.r = (1 − r )  i =1 Ta lại có: NR = 1− W + W − p + W p = 1− p 1− p + Ta tính giá trị K: Để tính hiệu suất phương pháp Go-back-N ARQ ta giả sử phía phát luôn có liệu để phát đi, tức phía phát thực việc phát 45 liên tục phải dừng lại cửa sổ có kích thước Như ta có nhận xét sau: - Nếu K ≥ 2a + W ≈ 2a + NAK gói tin thứ i phía phát phát thêm ≈ 2a + gói tin - Nếu K < 2a + K = W NAK gói tin thứ i kích thước cửa sổ W gói tin phía phát phát xong chờ báo nhận để phát tiếp gói tin i Khi hiệu suất phương pháp Go-back-N ARQ là: 1− p  η = K ≥ 2a + Go − back − N  + 2ap   K (1 − p ) η K < 2a + Go −back − N =  (2a + 1)(1 − p + K p) 46 [...]... Gói truyền đầu tin (gói S) sẽ có số thứ tự là 0, số thứ tự của gói tiếp theo sau gói có số thứ tự là 63 sẽ bắt đầu quay trở lại là 0 - Vùng kiểu gói (TYPE): để phân biệt nhiều kiểu gói khác nhau Mỗi kiểu gói khác nhau sẽ có nội dung và chức năng khác nhau - Vùng thông tin (DATA): nội dung của tập tin cần truyền được chứa trong gói ‘D’, còn ở gói ‘F’ chứa tên tập tin trong một số kiểu gói khác, vùng này... CHƯƠNG 3: MỘT SỐ GIAO THỨC TRUYỀN SỐ LIỆU TRONG MẠNG CHUYỂN MẠCH GÓI 3.1 Các giao thức thiên hướng kí tự 3.1.1 Giao thức XMODEM Giao thức XMODEM là một trong những giao thức đơn giản, nó sử dụng thủ tục idle RQ (dừng và đợi) kết hợp với kiểu gói dữ liệu có độ dài cố định Giao thức XMODEM hiện nay được sử dụng một cách khá phổ biến và thành một trong những giao tiếp truyền nhận tập tin chuẩn mà ở trong các... tự (&) trong hệ thống sử dụng ký tự dài 8 bit Vùng trong gói có ý nghĩa như sau: - Vùng đánh dấu (MARK): để đánh dấu bắt đầu của gói là ký tự SOH mã 01H 33 - Vùng độ dài (LEN): số bytes trong gói tính từ sau byte này (tức là tổng độ dài cuar gói trừ đi 2), có giá trị lớn nhất là 94, như vậy độ dài lớn nhất của một gói là 96 bytes - Vùng số thứ tự (SEQ): chỉ số thứ tự của gói, modulo với 64 Gói truyền. .. trình truyền số liệu cần yêu cầu phải có Trong giao thức XMODEM, tất cả các field trừ field thông tin, đều có độ dài là 1 byte như sau: SOH Chỉ số thứ tự Bù 1 của số thứ tự Thông tin Kiểm tra - SOH: chỉ ra sự bắt đầu của khung dữ liệu - Chỉ số thứ tự của gói truyền đầu tin là 1 và các số tiếp theo được tăng dần, module với 256 Ngoài ra còn có field để chứa giá trị bù 1 của số thứ tự gói hiện hành trong. .. nằm trong giới hạn cho phép khi lượng thông tin vào mạng tăng Giả sử trong mạng có n tiến trình điều khiển luồng với kích thước cửa sổ tương ứng là K1, K2, … Kn Lúc này trong mạng có tổng cộng là n ∑ β K i =1 i i trong đó nhận giá trị trong khoảng 0 → 1 phụ thuộc vào thời gian trễ của ACK Vậy các gói tin trong mạng sẽ có thời gian trễ trung bình là n T= ∑ β K i =1 i λ i trong đó � là thông lượng Khi số. .. nút đích sẽ xóa gói tin trong bộ đệm nếu nó đã được truyền đi thành công đến nút tiếp theo trên đường truyền hay đã đi ra khỏi mạng Gỉa sử có ba nút liên tiếp trên đường truyền là (i1, i, i+1) và bộ đệm của nút i đã có đầy K gói tin Khi đó nút i sẽ gửi gói ACK cho nút i-1 nếu nó đã gửi thành công một gói tin cho nút i+1 Nút i sẽ hực hiện điều này nếu nó nhận được một ACK từ nút i+1 Trong trường hợp... truyền và nhận nhiều tập tin cùng lúc - Yêu cầu của Kermit đối với kênh truyền rất tối thiểu, như kênh chỉ có thể truyền một ký tự mà ASCII, ký tự điều khiển SOH - Chiều dài gói dữ liệu của Kermit có thể thay đổi được - Các tín hiệu trả lời của máy thu là những gói (trong khi XMODEM chỉ dùng các ký tự) Kermit cũng có thể dùng thủ tục continuous RQ nhờ trong gói ACK và NAK có vùng (field) chứa chỉ số. .. nghẽn trong thời gian dài thì theo hệ quả, bộ đệm của các nút phía trước nút đó cũng sẽ đầy Hiện tượng này được gọi là backpressure 19 Hình 11: Cơ chế backpressure trong điều khiển luồng Hop-by-Hop Các ưu điểm của phương pháp Hop-by-Hop: + Trong trường hợp xấu nhất, giả sử xảy ra tắc nghẽn tại đường nối cuối cùng của tuyến truyền thì tổng số gói tin trong mạng sẽ là n.K Trong trường hợp này các gói tin... thấy mỗi gói tin đều mang một chỉ số để phân biệt với nhau Các gói tin đã được báo nhận sẽ được xóa khỏi bộ đệm truyền nhằm giải phóng bộ đệm Gói tin cuối cùng được báo nhận sẽ được xóa khỏi bộ đệm và khi đó trong bộ đệm sẽ có một vị trí trống làm cho biên trên cửa sổ tăng lên một đơn vị và một gói tin khác sẽ được nằm trong cửa sổ trượt Hay nói cách khác khi cửa sổ trượt qua gói tin nào thì gói tin... quả truyền thông đáng kể phù hợp với các mạng thực tế + Hạn chế thứ hai của phương pháp cửa sổ End-to-End là chưa đảm bảo công bằng cho người dùng trong tất cả các trường hợp Để đảm bảo thông tin được truyền tốt nhất, kích thước của mỗi cửa sổ tỷ lệ với số nút mạng trên đường đi từ nguồn đến đích và tỷ lệ với trễ truyền sóng dọc theo đường truyền Như vậy khi xảy ra tắc nghẽn, nếu trên một đường truyền ... bị chuyển mạch nhận dạng thông tin luồng ảo thực chuyển mạch toàn luồng ảo CHƯƠNG 2: TRUYỀN SỐ LIỆU TRONG MẠNG CHUYỂN MẠCH GÓI 2.1 Vấn đề tắc nghẽn mạng chuyển mạch gói Như nêu mạng chuyển mạch. .. dụng hạ tầng mạng viễn thông 1.2 Khái niệm đặc điểm mạng chuyển mạch gói a Khái niệm mạng chuyển mạch gói Trong mạng chuyển mạch gói tin chia thành gói truyền tiếp đầu tiếp cuối gói, tiếp đầu... độ truyền tin khả phục vụ mạng - Có thể định tuyến cho gói cho tất gói gọi theo thủ tục khác c Nguyên tắc chuyển mạch gói Sự khác biệt chuyển mạch tin chuyển mạch gói trình xử lý tin Chuyển mạch