BÁO cáo đồ án môn học MẠNG VIỄN THÔNG MẠNG CHUYỂN MẠCH (CIRCUIT SWITCHED NETWORK)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP.HCM KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG  BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC MẠNG VIỄN THÔNG HK2 - NĂM HỌC: 2020-2021 MẠNG CHUYỂN MẠCH (CIRCUIT-SWITCHED NETWORK) Nguyễn Tiến Lộc Đoàn Ngọc Quang Trương Hoàng Hào Nguyễn Văn Quang TP.HCM – 5/2021 MỤC LỤC PHẦN 1: GIỚI THIỆU CHUNG I Kỹ thuật chuyển mạch II Định nghĩa chuyển mạch PHẦN 2: CHUYỂN MẠCH GÓI (PACKET SWITCHING) I Định nghĩa II Nguyên tắc III Ưu nhược điểm PHẦN 3: CHUYỂN MẠCH KÊNH (CIRCUIT SWITCHING) I Định nghĩa II Nguyên tắc III Đặc điểm IV Ưu nhược điểm PHẦN 4: SO SÁNH CHUYỂN MẠCH GÓI VÀ CHUYỂN MẠCH KÊNH 10 PHẦN 5: CHUYỂN MẠCH QUANG 12 I Định nghĩa 12 II Chuyển mạch chùm quang 12 PHẦN 6: KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH 15 I Kỹ thuật chuyển mạch gói 15 II Kỹ thuật chuyển mạch kênh 16 TÀI LIỆU THAM KHẢO 17 PHẦN I GIỚI THIỆU CHUNG I Kỹ thuật chuyển mạch Kỹ thuật chuyển mạch lĩnh vực tìm hiểu, nghiên cứu phương thức chuyển mạch, định hướng thông tin từ nguồn tin đến đích nhận tin cách xác, hiệu quả, nhằm đảm bảo chất lượng dịch vụ cao, tạo sở tổ chức mạng viễn thông linh hoạt, đa tạo nhiều tiện ích cho người sử dụng Trong trình lịch sử phát triển lĩnh vực kỹ thuật truyền chuyển mạch dạng thông tin điện nhiều công nghệ chuyển mạch áp dụng hệ chuyển mạch nhân công, loại tổng đài chuyển mạch hệ điện, tổng đài chuẩn điện tử, tổng đài điện tử với loại phần tử chuyển mạch khác ma trận chuyển mạch tương tự, chuyển mạch số tương lai chuyển mạch quang … Các nguyên lý chuyển mạch khác thay kết hợp với trung tâm chuyển mạch mạng viễn thông nguyên lý phân kênh không gian, nguyên lý chuyển mạch thời gian tương tự (chuyển mạch PAM), chuyển mạch số tín hiệu điều chế xung mã ghép kênh đồng (chuyển mạch PCM), chuyển mạch thông tin số dạng gói Kỹ thuật chuyển mạch thường kết hợp với lĩnh vực kỹ thuật công nghệ khác cấu trúc thiết bị hệ thống thiết bị hoàn chỉnh kỹ thuật điều khiển, kỹ thuật xử lý trình ngẫu nhiên, kỹ thuật điện-điện tử chế tạo linh kiện, kỹ thuật truyền dẫn, báo hiệu xử lý báo hiệu Nhìn chung, trung tâm chuyển mạch hệ thống hoàn chỉnh, phức tạp kết hợp nhiều lĩnh vực kỹ thuật mà kỹ thuật chuyển mạch tảng AI Định nghĩa chuyển mạch Chuyển mạch trình thực đấu nối chuyển thông tin cho người sử dụng thông qua hạ tầng mạng viễn thơng Nói cách khác, chuyển mạch mạng viễn thông bao gồm chức định tuyến cho thông tin chức chuyển tiếp thông tin Như vậy, theo khía cạnh thơng thường khái niệm chuyển mạch gắn liền với lớp mạng lớp liên kết liệu mơ hình OSI Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ISO Hình 1.1 Kỹ thuật chuyển mạch (Switching Engineering) Các hệ thống chuyển mạch cấu thành mạng chuyển mạch, ta có hai dạng chuyển mạch bản: Chuyển mạch kênh chuyển mạch gói PHẦN II CHUYỂN MẠCH GÓI I Định nghĩa Là loại kỹ thuật gửi liệu từ máy tính nguồn đến máy tính đích qua mạng dùng loại giao thức thỏa mãn điều kiện sau:  Dữ liệu cần vận chuyển chia nhỏ thành gói (hay khung) có kích thước (size) định dạng (format) xác định  Mỗi gói chuyển riêng rẽ đến nơi nhận đường truyền (router) khác Như chúng dịch chuyển vùng thời gian  Khi tồn gói liệu đến nơi nhận chúng hợp lại thành liệu ban đầu Đặc điểm chuyển mạch gói sử dụng phương pháp kết hợp tuyến truyền dẫn theo u cầu Mỗi gói truyền thơng tin sau đường thông tin tương ứng rỗi Nhu đường truyền dẫn phối hợp sử dụng số lớn nguồn tương đối hoạt động AI Nguyên tắc 1) Khái quát chung Trong kỹ thuật chuyển mạch gói, nguyên tắc hoạt động vắn tắc sau: Khối liệu cần phát phân bố vào gói nhỏ truyền mạng Trong gói này, ngồi liệu cịn có thêm vài tin tức điều khiển mà mạng yêu cầu để định tuyến cho gói xun qua mạng đến đích Nhằm đảm bảo việc chuyển liệu dạt yêu cầu, mạng tuân thủ chế độ làm việc định Có chế độ làm việc mạng chuyển mạch gói, chế độ khơng tạo cầu (Datagram) chuyển mạch kênh ảo VC (Virtual Circuit) Hình 2.1 Chuyển mạch Datagram Chuyển mạch kênh ảo 2) Chuyển mạch gói (datagram) Chuyển mạch datagram cung cấp cho dịch vụ không yêu cầu thời gian thực,việc chuyển gói tin phụ thuộc vào giao thức lớp cao đường liên kết liệu Là kỹ thuật chuyển mạch mà gói tin theo đường khác từ nguồn tới đích mà khơng phụ thuộc lẫn Các gói tin đến không theo thứ tự, chúng lưu đệm xếp lại đích Hình 2.2 Mạch khơng cầu nối Datagram  Đặc điểm: Mỗi gói sử lý độc lập theo đường thích hợp Đường gói khơng giống Các gói tin đến đích khơng theo thứ tự, chúng xếp lại đích Khi node bị hư tạm thời, gói chờ node bị Bên nhận phải phát gói hư sử lý tương úng  Ưu điểm: Chuyển mạch datagram cho phép lựa chọn đường tới đích nhanh đáp ứng thay đổi nhanh mạng Không cần giai đoạn thiết lập kết nối, thích hợp dạng liệu có lưu lượng thấp thời gian tồn ngắn Đồng thời có khả định tuyến lại phần tử mạng có cố  Nhược điểm: Nếu gói tin bị coi không thành công, thông tin trễ không đảm bảo tượng lặp gói, gói dễ dàng xảy kiểu chuyển mạch Các datagram phải chứa toàn thơng tin địa đích u cầu lớp dịch vụ phía thể tiêu đề, tiêu đề datagram lớn 3) Chuyển mạch kênh ảo Chuyển mạch kênh ảo yêu cầu giai đoạn thiết lập tuyến thiết bị gởi thiết bị nhận thông tin kênh ảo hình thành thiết bị đường dẫn chuyển mạch, kênh ảo kênh xác định có liệu truyền qua khơng phụ thuộc vào logic thời gian Hình 2.3 Cầu mạch ảo (VC) Đường tạo trước gởi gói liệu Các gói yêu cầu gọi chấp nhận gọi dùng để tạo kết nối Mỗi đường gán ID Mỗi gói chứa ID đường thay địa máy đích Khơng cần tìm đường cho gói đường khơng giành riêng cho gói  Đặc điểm: Đường định trước gửi gói liệu Đường cố định cho phiên giao dịch Các gói điều khiển dùng để tạo kết nối Mỗi đường gán ID Mỗi gói chứa ID đường thay địa máy đích Khơng cần tìm đường cho gói đường khơng giành riêng cho gói  Ưu điểm: Tuyến thiết lập cho tồn gói tin nên độ hữu dụng gói cao phù hợp truyền tin dài Thứ tự thời gian trễ lan truyền khống chế Nếu kênh ảo có lỗi hỏng, hệ thống định tuyến tìm đường khác thay  Nhược điểm: Nó cần thiết lập pha Ưu nhược điểm 1) Ưu điểm  Mềm dẻo hiệu suất truyền tin cao: Hiệu suất sử dụng đường truyền cao chuyển mạch gói khơng có khái niệm kênh cố định dành riêng, đường truyền node trạm chia sẻ cho để truyền tin, gói tin hàng truyền theo tốc độ nhanh đường truyền  Khả truyền ưu tiên: Chuyển mạch gói cịn thứ tự cho gói để truyền theo mức độ ưu tiên Trong chuyển mạch gói số gọi bị từ chối phải chấp nhận nhược điểm vi thời gian trễ tăng lên  Khả cung cấp nhiều dịch vụ thoại phi thoại BI  Thích nghi tốt có lỗi xảy ra: Đặc tính có nhờ khả định tuyến động mạng Nhược điểm  Các gói khơng có kích thước cố định mà phụ thuộc vào kích thước tin cần truyền  Trễ lớn nên ko dùng dịch vụ thời gian thực  Tốc độ truyền không cao  Độ tin cậy mạng gói khơng cao, dễ xảy tắc nghẽn, lỗi tin  Tính đa đường gây lặp tin, làm tăng lưu lượng mạng không cần thiết 2) PHẦN III CHUYỂN MẠCH KÊNH I Khái niệm Chuyển mạch kênh hiểu kỹ thuật chuyển mạch đảm bảo việc thiết lập đường truyền dẫn dành riêng cho việc truyền tin q trình thơng tin hai hay nhiều thuê bao khác Chuyển mạch kênh ứng dụng cho việc liên lạc cách tức thời mà q trình chuyển mạch thực cách không tạo cảm giác chậm trễ (tính thời gian thực) Chuyển mạch kênh tín hiệu số q trình kết nối, trao đổi thơng tin khe thời gian số đoạn tuyến truyền dẫn TDM số Một đặc trưng bật kĩ thuật hai trạm muốn trao đổi thông tin với chúng thiết lập “ kênh” (circuit) cố định, kênh kết nối trì dành riêng cho hai trạm truyền tin kết thúc Thông tin gọi suốt Quá trình thiết lập gọi tiến hành gồm giai đoạn:  Giai đoạn thiết lập kêt nối: Thực chất trình liên kết tuyến trạm mạng thành tuyến (kênh) dành riêng cho gọi Kênh PSTN 64kb/s (do mã hóa PCM có tốc độ lấy mẫu tiếng nói 8kb/s mã hóa bit)  Giai đoạn truyền tin: Thơng tin gọi suốt Sự suốt thể qua hai yếu tố: thông tin không bị thay đổi truyền qua mạng độ trễ nhỏ  Giai đoạn giải phóng (huỷ bỏ) kết nối: Sau gọi kết thúc, kênh giải phóng để phục vụ cho gọi khác AI Nguyên tắc Mạng chuyển mạch bao gồm nhiều nút (hay trạm nối dây) Mỗi nút đầu cuối địa hố Nguồn gửi thơng tin yêu cầu nối mạng tới địa đích Các nút mạng tự động tìm nút trung gian để nối thành mạch dẫn từ nguồn tới đích cách liên tục theo thuật tốn định sẵn (quá trình lâu hai máy nguồn máy đích cách qua nhiều nút trung gian hơn) Trường hợp nút trung gian khơng thể hồn tất việc nối mạch tín hiệu bận (busy) chuyển từ nút Trong thực tế, nút có sẵn bảng ghi nhận địa nút tương ứng gọi bảng chuyển tiếp (forwarding table) Bảng cập nhật có thêm nút hay địa Do đó, nút việc yêu cầu nối dây với đường thích hợp dựa vào bảng có lệnh thiết lập đường nối từ ngõ vào tới địa Nếu máy đích chấp thuận, việc nối mạch với máy đích hồn tất tín hiệu thơng mạch (hay tính hiệu chấp thuận) trả Ngược lại tín hiệu hết thời lượng (timeout) gửi máy chủ Máy chủ bắt đầu trao đổi thông tin hay hủy bỏ việc trao đổi Các nút mạng tự hủy bỏ đường nối, giải phóng nút cho yêu cầu nối-chuyển khác BI Đặc điểm Độ tin cậy cao: đường nối hoàn tất thất tín hiệu gần khơng đáng kể Băng thông cố định Đối với kiểu nối vận tốc chuyển thơng tin số phụ thuộc vào đặc tính vật lý thông số cài đặt thiết bị Có thể dùng kỹ thuật vào nơi cần vận tốc chuyển liệu cao nơi cần truy nhập liệu với thời gian thực (realtime data access) Tuy nhiên, vận chuyển lấy nhiều tài nguyên chúng cấp cho đường nối dây dùng xong hay có lệnh hủy Nói cách khác, đường nối liệu thời gian mở đường nối mà gặp phải nút bận dùng cho đường nối trước buộc phải đợi nút giải phóng IV Ưu nhược điểm 1) Ưu điểm Chất lượng đường truyền tốt, ổn định, có độ trễ nhỏ Các thiết bị mạng chuyển mạch kênh đơn giản, có tính ổn định cao, chống nhiễu tốt 2) Nhược điểm Sử dụng băng thông không hiệu quả: Tính khơng hiệu thể qua hai yếu tố Thứ nhất, độ rộng băng thông cố định 64k/s Thứ hai kênh dành riêng cho gọi định Như vậy, tín hiệu thoại “lặng” (khơng có liệu) kênh khơng chia sẻ cho gọi khác Tính an tồn: Do tín hiệu thoại gửi ngun đường truyền nên dễ bị nghe trộm Ngoài ra, đường dây th bao hồn tồn bị lợi dụng để an trộm cước viễn thông Khả mở rộng mạng kênh kém: Thứ sở hạ tầng khó nâng cấp tương thích với thiết bị cũ Thứ hai, hạn chế hệ thống báo hiệu vốn sử dụng từ trước khơng có khả tùy biến cao 10 PHẦN IV SO SÁNH CHUYỂN MẠCH GÓI VÀ CHUYỂN MẠCH KÊNH Danh mục so sánh Đặc điểm Phương thức Độ trễ Tốc độ Đường truyền Cách thức truyền liệu Thông báo Chịu trách nhiệm Chuyển đổi Sử dụng băng thơng Chi phí liệu Ứng dụng Bảng 4.1 So sánh chuyển mạch gói chuyển mạch kênh 12 PHẦN V CHUYỂN MẠCH QUANG I Định nghĩa Về nguyên lý, chuyển mạch thực chuyển lưu lượng từ cổng lối vào kết nối lưu lượng khối chuyển mạch tới cổng lối Hệ thống chuyển mạch quang hệ thống chuyển mạch cho phép tín hiệu bên sợi cáp quang hay mạch quang tích hợp chuyển mạch có lựa chọn từ mạch tới mạch khác Tuỳ thuộc vào kỹ thuật chuyển mạch mà thông tin trao đổi dạng thời gian thực (chuyển mạch kênh) dạng ghép kênh thông kê (chuyển mạch gói) Chuyển mạch kênh phương pháp thông tin sử dụng để thiết lập cho thông tin điểm Số liệu truyền tuyến thông tin truyền thời gian thực Khác với chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói thực truyền gói số liệu độc lập Mỗi gói từ cổng tới cổng khác theo đường Các gói khơng thể gửi tới nút chưa thực thành công nút trước Mỗi nút cần có đệm để tạm thời lưu gói Mỗi nút chuyển mạch gói yêu cầu hệ thống quản lý để thông báo điều kiện truyền thông tin tới nút lân cận trường hợp số liệu truyền bị lỗi AI Chuyển mạch chùm quang Trong mạng chuyển mạch chùm quang, chùm liệu bao gồm nhiều gói chuyển mạch thơng qua mạng tồn quang Một tin điều khiển (tiêu đề) truyền trước chùm để thiết lập cấu hình chuyển mạch tuyến truyền chùm Các chùm liệu truyền sau tiêu đề mà không cần đợi tin xác nhận kết nối hoàn thành Một mạng chuyển mạch chùm quang bao gồm nút chuyển mạch chùm quang liên kết với qua tuyến sợi quang Nút mạng OBS hình 5.1, nút biên nút lõi Mỗi sợi quang hỗ trợ kênh đa bước sóng sử dụng ghép kênh WDM Một chuyển mạch chùm quang truyền tải chùm từ cổng đầu vào tới cổng đầu đích Các sợi liên kết mang nhiều bước sóng, bước sóng xem kênh mang thông tin (truyền chùm thông tin) Gói điều khiển truyền băng kênh liệu kênh điều khiển riêng Một chùm mang hay nhiều gói IP 13 Hình 5.1 Cấu trúc mạng OBS Tại lối vào nút biên gói đến kết hợp từ đầu cuối client thành chùm Các chùm truyền toàn quang định tuyến lõi OBS Lối nút biên chùm thu tách thành gói chuyển tiếp gói tới client đích Hình 5.2 Truyền gói mạng OBS Hình 5.3 minh hoạ chức khác mạng chuyển mạch chùm quang Đầu vào nút biên thực kết hợp thành chùm, định tuyến, gán bước sóng lập lịch cho chùm nút biên Nút lõi thực báo hiệu, lập lịch chùm liên kết lõi giải tranh chấp Đầu nút biên chủ yếu tách gói từ chùm chuyển gói tới lớp mạng cao Hình 5.3 Sơ đồ khối chức nút OBS Bộ định tuyến lõi bao gồm nối chéo OXC khối điều khiển chuyển mạch (Switching Control Unit - SCU) Khối điều khiển chuyển mạch tạo 14 trì bảng chuyển tiếp thực cấu hình OXC Khi SCU nhận gói tiêu đề chùm xác định đích chùm thị cho định tuyến xử lý báo hiệu để tìm cổng mong muốn Nếu cổng khả dụng chùm số liệu đến, SCU cấu hình cho OXC cho số liệu qua Nếu cổng khơng khả dụng OXC cấu hình phụ thuộc mức độ tranh chấp bổ sung mạng Tóm lại SCU thực phiên dịch tiêu đề, lập lịch, phát tranh chấp, định, tra cứu bảng định tuyến, điều khiển ma trận chuyển mạch, ghi lại tiêu đề chùm điều khiển chuyển đổi bước sóng Trong trường hợp chùm số liệu đến OXC trước gói điều khiển nó, chùm bị Bộ định tuyến biên thực chức xếp gói, đệm gói, kết hợp gói thành chùm, tách gói nguyên thuỷ Kiến trúc định tuyến biên bao gồm khối định tuyến (Routing Module - RM), kết hợp chùm lập lịch Khối định tuyến lựa chọn cổng thích hợp cho gói gửi gói đến khối kết hợp chùm tương ứng Mỗi khối kết hợp chùm thực kết hợp gói với tiêu đề cho định tuyến lối cụ thể Trong khối kết hợp chùm, có hàng đợi gói riêng cho lớp lưu lượng Bộ lập lịch tạo chùm theo kỹ thuật kết hợp chùm truyền chùm cổng mong muốn Tại định tuyến đầu ra, chùm tách gói chuyển lên lớp mạng cao 15 PHẦN VI KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH I Kỹ thuật chuyển mạch gói:  Trạm chia thơng báo dài thành nhiều gói nhỏ  Từng gói gửi vào mạng  Các gói xử lý theo cách:  Datagram:  Mỗi gói xử lý độc lập  Các gói theo đường thích hợp  Các gói đến đich khơng theo thứ tự gửi  Các gói thất lạc đường  Bên nhận phải xếp lại gói trật tự khơi phục gói thất lạc Minh họa Datagram  Virtual cỉcuit:  Đường tạo trước gửi gói liệu  Các gói yêu cầu gọi chấp nhận gọi dùng để tạo kết nối     (handshake) Mỗi đường gán số ID Mỗi gói chứa ID cửa đường thay địa máy đích Khơng cần tìm đường cho gói Đường khơng dành riêng 16 Minh họa Virtual circuit AI Kỹ thuật chuyển mạch kênh Phương thức hoạt động bản:  Mạng chuyển mạch bao gồm nhiều nút (hay trạm nối dây) Mỗi nút đầu cuối địa hoá  Nguồn gửi thông tin yêu cầu nối mạng tới địa đích  Các nút mạng tự động tìm nút trung gian để nối thành mạch dẫn từ nguồn tới đích cách liên tục theo thuật tốn định sẵn (q trình lâu hai máy nguồn máy đích cách qua nhiều nút trung gian hơn) Trường hợp nút trung gian khơng thể hồn tất việc nối mạch tín hiệu bận (busy) chuyển từ nút  Trong thực tế, nút có sẵn bảng ghi nhận địa nút tương ứng gọi bảng chuyển tiếp (forwarding table) Bảng cập nhật có thêm nút hay địa Do đó, nút việc yêu cầu nối dây với đường thích hợp dựa vào bảng có lệnh thiết lập đường nối từ ngõ vào tới địa  Nếu máy đích chấp thuận, việc nối mạch với máy đích hồn tất tín hiệu thơng mạch (hay tính hiệu chấp thuận) trả Ngược lại tín hiệu hết thời lượng (timeout) gửi máy chủ 17  Máy chủ bắt đầu trao đổi thông tin hay huỷ bỏ việc trao đổi Các nút mạng tự huỷ bỏ đường nối, giải phóng nút cho yêu cầu nối-chuyển khác -HẾT - TÀI LIỆU THAM KHẢO: http://imgs.khuyenmai.zing.vn/files/tailieu/ky-thuat-cong-nghe/ki-thuat-vienthong/mang_chuyen_mach_chum_quang_obs_8076.pdf http://linksysvietnam.vn/Tintuc/Tincongnghe/tabid/494/arid/2489/Default.aspx https://hocday.com/bo-co ti-k-thut-chuyn-mch-atm.html?page=3 https://vi.wikipedia.org/wiki/Chuy%E1%BB%83n_m%E1%BA%A1ch_k%C3%AA nh https://123doc.net//document/1051457-tai-lieu-ky-thuat-chuyen-mach-goi- docx.htm https://123doc.net/document/3544323-ky-thuat-chuyen-mach-kenh.htm https://tailieu.vn/doc/mang-chuyen-mach-goi-packet-switching 28804.html 18 ... phần tử chuyển mạch khác ma trận chuyển mạch tương tự, chuyển mạch số tương lai chuyển mạch quang … Các nguyên lý chuyển mạch khác thay kết hợp với trung tâm chuyển mạch mạng viễn thông nguyên... nguyên lý chuyển mạch thời gian tương tự (chuyển mạch PAM), chuyển mạch số tín hiệu điều chế xung mã ghép kênh đồng (chuyển mạch PCM), chuyển mạch thông tin số dạng gói Kỹ thuật chuyển mạch thường... thực đấu nối chuyển thông tin cho người sử dụng thông qua hạ tầng mạng viễn thơng Nói cách khác, chuyển mạch mạng viễn thông bao gồm chức định tuyến cho thông tin chức chuyển tiếp thông tin Như