Bài giảng Truyền thông kỹ thuật số: Chương 6 - Mạng chuyển mạch được biên soạn nhằm trang bị cho các bạn những kiến thức về khái niệm và ứng dụng của mạng chuyển mạch; các kỹ thuật chuyển mạch mạch; hệ thống SS7. Với các bạn chuyên ngành Kỹ thuật viễn thông thì đây là tài liệu hữu ích.
CHƯƠNG 6 MẠNG CHUYỂN MẠCH MẠCH (Circuit Switching Network) Giảng viên: Trịnh Huy Hoàng Email:hoangth@hcmup.edu.vn Nội dung Khái niệm và ứng dụng Các kỹ thuật chuyển mạch mạch Tìm đường Điều khiển tín hiệu Hệ thống SS7 CSE 501035 – Data Communication Lớp mạng (Network Layer) Chịu trách nhiệm trao đổi thơng tin giữa 2 thiết bị thơng qua một mạng truyền thơng Cung cấp giao tiếp cho các lớp trên (các lớp trên khơng cần biết topo bên dưới) Cung cấp việc quản trị kết nối, tìm đường, … X.25, IP, … Để hiệu quả, người ta muốn Kết nối các cấu hình điểmđiểm với nhau Kết nối các mạng cục bộ với nhau Kết nối nhiều mạng cục bộ trên diện rộng CSE 501035 – Data Communication Mơ hình truyền thơng PDN Chuyển mạch (CSPDN) Mơ hình này dựa trên mạng điện thoại hiện tại. Nó thường đi kèm với chế độ giao tiếp có kết nối Khi truy xuất PDN, người dùng được cấp phát một tập các kênh truyền giữa nguồn và đích. Những kênh truyền này dành riêng cho người dùng này trong suốt thời gian trao đổi dữ liệu Dùng “kênh truyền” để nhấn mạnh việc nhiều người có thể chia sẻ chung đường truyền vật lý Chuyển gói (PSPDN) Mơ hình này dựa trên tính chia sẻ tài ngun hiệu quả tùy theo nhu cầu trong các cơng nghệ chuyển mạch số hiện đại và phân kênh bất đồng bộ. Nó thường đi kèm với chế độ giao tiếp khơng kết nối Khi truy xuất PDN, người dùng gởi các gói dữ liệu cần truyền cho máy đích, PDN sẽ xử lý các gói này một cách độc lập Tùy theo cách hiện thực, các gói này có thể đi các đường khác nhau và đến đích khơng theo thứ tự Chính vì vậy, các nhà cung cấp chuyển gói có thể cung cấp dịch vụ điều khiển dòng và điều khiển lỗi (trong khi chuyển mạch thường khơng có) CSE 501035 – Data Communication Mạng chuyển mạch Mạng chuyển mạch Truyền dẫn khoảng cách xa thông thường được thực hiện trên một mạng các node chuyển mạch Các nodes không quan tâm đến nội dung dữ liệu được truyền Thiết bị đầu cuối là các trạm Computer, terminal, phone, etc Tập hợp các node và các kết nối tạo thành một mạng truyền thông Dữ liệu được truyền đi bằng cách chuyển từ node này sang node khác Node mạng Các node có thể chỉ kết nối với các node khác hoặc kết nối với các trạm và các node khác Kết nối từ node này đến node khác thơng thường được phân/hợp (FDM hoặc TDM) Mạng thơng thường được kết nối cục bộ Kết nối dư thừa là cần thiết cho tính tin cậy của mạng CSE 501035 – Data Communication Mạng chuyển mạch CSE 501035 – Data Communication Chuyển mạch mạch Đường truyền thông dành riêng giữa 2 trạm 3 giai đoạn Tạo kết nối Truyền dữ liệu Ngắt kết nối Phải có khả năng chuyển mạch và khả năng kênh truyền để tạo kết nối Phải có sự thơng minh trong việc tìm đường 2 kỹ thuật chuyển mạch Chuyển mạch theo không gian (Space Division Switching) Chuyển mạch theo thời gian (Time Division Switching) CSE 501035 – Data Communication Chuyển mạch mạch Ứng dụng Giai đoạn tạo kết nối tốn thời gian Một khi kết nối đã được tạo, q trình truyền dữ liệu là “trong suốt” Được phát triển để dùng trong các ứng dụng truyền dẫn thoại (phone) Khơng hiệu quả Khả năng của kênh được dành riêng trong suốt thời gian kết nối Nếu khơng có dữ liệu để truyền, khả năng truyền bị lãng phí CSE 501035 – Data Communication Chuyển mạch mạch Ứng dụng Ứng dụng về tiếng nói Mạng điện thoại cơng cộng (Public Telephone Network) PBX (Private Branch Exchange) Cung cấp khả năng trao đổi điện thoại giữa các máy trong cùng công ty hay tổ chức (buildings, clusters, ) Cung cấp khả năng kết nối đến mạng điện thoại công cộng Mạng kết nối riêng (Private Wire Area Network) Cung cấp kết nối hai chiều cho việc trao đổi tín hiệu tiếng nói giữa các máy trong mạng điện thoại Cuộc gọi có thể được thiết lập giữa bất kỳ hai th bao trong phạm vi quốc gia hay quốc tế Cung cấp khả kết nối giữa các sites khác nhau Thơng thường dùng để kết nối các PBX thuộc cùng một cơng ty hay tổ chức lại với nhau Ứng dụng về dữ liệu Chuyển mạch dữ liệu: cung cấp khả năng kết nối các máy tính và trạm đầu cuối ở một site cục bộ vào mạng điện thoại CSE 501035 – Data Communication Mạng chuyển mạch mạch cơng cộng Th bao Kết nối cục bộ (Local Loop) Kết nối thuê bao (Subscriber loop) Kết nối với mạng Bộ trao đổi chuyển mạch Thiết bị kết nối vào mạng Trung tâm chuyển mạch End office – hỗ trợ các thuê bao Trung kế Nhánh kết nối giữa các bộ trao đổi chuyển mạch Phân/hợp kênh CSE 501035 – Data Communication 10 Điều khiển switch – switch Thuê bao kết nối với các bộ chuyển mạch khác nhau Bộ chuyển mạch đầu phát được kết nối với đường trung kế, liên kết các bộ chuyển mạch Gởi tín hiệu “nhấc máy” (off hook) trên đường trung kế, yêu cầu thanh ghi số tại bộ chuyển mạch đích (cho địa chỉ) Bộ chuyển mạch đầu nhận gởi tín hiệu “nhấc máy” theo sau tín hiệu “gác máy” để báo hiệu thanh ghi đã sẵn sàng Bộ chuyển mạch đầu phát gởi địa chỉ CSE 501035 – Data Communication 30 Calling customer Line Originating central office Trunk On-hook Line Called customer On-hook On-hook Off-hook Time Dial tone Terminating central office Off-hook(Connect) (Address) Off-hook 10 "Wink" Ringing(20 Hz) On-hook 11 Address Audio ringing tone 5a Off-hook(Answer) Audio ringing teeminated Off-hook(Address) Ringing Terminated Customer connected-Conversstion ensues On-hook On-hook Disconnect Signaling on a Typical Completed Call CSE 501035 – Data Communication 31 Giai đoạn điều khiển tín hiệu Giữa thuê bao (subscriber) và mạng (network) Bên trong nội bộ mạng (internal network) Phụ thuộc thiết bị th bao và bộ chuyển mạch Quản lý các cuộc gọi của th bao và mạng Phức tạp hơn Thơng thường các kỹ thuật điều khiển tín hiệu khác nhau được dùng ở hai giai đoạn này, vì vậy chuyển mạch cục bộ mà th bao kết nối vào phải cung cấp cơ chế ánh xạ giữa cơ chế điều khiển tín hiệu từ th bao vào network và cơ chế điều khiển tín hiệu bên trong network CSE 501035 – Data Communication 32 Kỹ thuật điều khiển tín hiệu Inchannel Signaling Dùng chung kênh truyền cho tín hiệu điều khiển và cuộc gọi ? khơng đòi hỏi thêm phương tiện truyền dẫn Inband Các tín hiệu điều khiển có cùng tần số với tín hiệu thoại Có thể truyền đi bất cứ đâu mà tín hiệu thoại đi đến Khơng thể thiết lập cuộc gọi trên đường truyền thoại hỏng/có lỗi Outofband Tín hiệu thoại khơng dùng đủ băng thơng 4kHz Băng thơng hẹp dư thừa được dùng cho tín hiệu điều khiển Có thể được truyền ngay cả khi khơng có tín hiệu thoại Cần thêm thiết bị Tốc độ tín hiệu điều khiển chậm (băng thơng nhỏ) Nhược điểm Tốc độ truyền hạn chế Trì hỗn giữa khi quay số và khi kết nối Khắc phục bằng cách sử dụng common channel signaling CSE 501035 – Data Communication 33 Kỹ thuật điều khiển tín hiệu Common Channel Signaling Các tín hiệu điều khiển truyền trên kênh truyền độc lập với kênh truyền thoại Một kênh tín hiệu điều khiển chung cho một số kênh thuê bao Giảm đáng kể thời gian thiếp lập kết nối, độ tin cậy cao hơn các cơ chế khác Associated Mode Kênh tín hiệu chung đi kèm với đường trung kế liên kết các bộ chuyển mạch Disassociated Mode Cần các node phụ (các điểm trung chuyển tín hiệu) Thực chất là 2 mạng riêng biệt CSE 501035 – Data Communication 34 Cấu hình "common – channel" CSE 501035 – Data Communication 35 Common vs. In Channel Signaling CSE 501035 – Data Communication 36 Common vs. In Channel Signaling CSE 501035 – Data Communication 37 Hệ thống điều khiển tín hiệu số 7 Signaling System Number 7 (SS7) Cơ chế kênh tín hiệu điều khiển chung Dùng trong ISDN Được tối ưu cho mạng các kênh số 64k Dùng để điều khiển cuộc gọi, điều khiển từ xa, quản lý và bảo trì hệ thống Cung cấp một phương tiện tin cậy trong việc trao đổi thơng tin theo thứ tự Vẫn hoạt động đối với tín hiệu analog và băng thơng dưới 64k Dùng trong các liên kết mặt đất điểmđiểm và các liên kết vệ tinh Các phần tử trong mạng tín hiệu điều khiển Điểm điều khiển tín hiệu (Signaling point – SP) Điểm trao đổi tín hiệu (Signal transfer point – STP) Là một SP có khà năng tìm đường cho các thơng báo điều khiển Control plane Bất kỳ điểm nào trong mạng có khả năng xử lý các thơng báo điều khiển SS7 Chịu trách nhiệm tạo và duy trì kết nối Information plane Một khi kết nối đã được tạo, thơng tin sẽ được truyền trên “information plane” CSE 501035 – Data Communication 38 Điểm trao đổi STP CSE 501035 – Data Communication 39 Cấu trúc mạng điều khiển Khả năng của STP Số liên kết điều khiển có khả năng xử lý Thời gian truyền thơng báo Khả năng truyền thơng tin (throughput capacity) Hiệu suất mạng Số lượng SP Thời gian trễ điều khiển tín hiệu Khả năng và độ tin cậy Khả năng của mạng trong việc cung cấp các dịch vụ khi các STP bị hư/khơng sẵn sàng CSE 501035 – Data Communication 40 Softswitch Architecture Máy tính đa dụng chạy phần mềm để thực hiện chức năng chuyển mạch điện thoại thơng minh Giá thành thấp Chức năng đa dạng hơn Phần phức tạp nhất trong bộ chuyển mạch mạng điện thoại là một quá trình điều khiển cuộc gọi bằng phần mềm Phân gói các dữ liệu số hóa thoại Cho phép thoại trên IP (VoIP) Định tuyến cuộc gọi Xử lý luận lý cuộc gọi Thường chạy trên bộ xử lý đặc thù Tách việc xử lý cuộc gọi khỏi phần cứng của bộ chuyển mạch Chuyển mạch vật lý được thực hiện bằng cổng phương tiện (media gateway – MG) Xử lý cuộc gọi được thực hiện bằng bộ điều khiển cổng phương tiện (media gateway controller – MGC) CSE 501035 – Data Communication 41 Bộ chuyển mạch truyền thống CSE 501035 – Data Communication 42 Softswitch CSE 501035 – Data Communication 43 Đọc thêm W. Stallings, Data and Computer Communications (6th edition), Prentice Hall 2003, chapter 10 CSE 501035 – Data Communication 44 ... central office Trunk On-hook Line Called customer On-hook On-hook Off-hook Time Dial tone Terminating central office Off-hook(Connect) (Address) Off-hook 10 "Wink" Ringing(20 Hz) On-hook 11 Address... Phải có khả năng chuyển mạch và khả năng kênh truyền để tạo kết nối Phải có sự thơng minh trong việc tìm đường 2 kỹ thuật chuyển mạch Chuyển mạch theo khơng gian (Space Division Switching) Chuyển mạch theo thời gian (Time Division Switching)... Mạng chuyển mạch CSE 501035 – Data Communication Chuyển mạch mạch Đường truyền thơng dành riêng giữa 2 trạm 3 giai đoạn Tạo kết nối Truyền dữ liệu Ngắt kết nối Phải có khả năng chuyển mạch và khả năng kênh truyền để tạo