IV. Các mạng đồng bộ
Bài 7 KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH GÓI I.Khái niệm chung:
I. Khái niệm chung:
1.1. Khái niệm:
Trong viễn thông, chuyển mạch gói là một phương pháp nhóm dữ liệu được truyền qua mạng kỹ thuật số thành các gói. Các gói được tạo bởi một tiêu đề và một
trọng tải. Dữ liệu trong tiêu đề được sử dụng bởi phần cứng mạng để hướng gói tin đến đích của nó, nơi tải trọng được trích xuất và sử dụng bằng phần mềm ứng dụng. Chuyển mạch gói là cơ sở chính cho truyền thông dữ liệu trong các mạng máy tính
trên toàn thế giới.
Một định nghĩa đơn giản về chuyển mạch gói là:
- Việc định tuyến và truyền dữ liệu bằng các gói có địa chỉ để một kênh chỉ bị chiếm dụng trong quá trình truyền gói, và khi hoàn thành quá trình truyền, kênh sẽ sẵn sàng để chuyển các lưu lượng khác.
- Chuyển mạch gói cho phép phân phối các luồng dữ liệu tốc độ bit thay đổi, được thực hiện dưới dạng chuỗi các gói, qua mạng máy tính phân bổ tài nguyên truyền khi cần bằng kỹ thuật ghép kênh thống kê hoặc phân bổ băng thông động. Khi chúng đi qua phần cứng mạng , chẳng hạn như bộ chuyển mạch và bộ định tuyến, các gói được nhận, lưu vào bộ đệm, xếp hàng đợi và truyền lại (được lưu trữ và chuyển tiếp), dẫn đến độ trễ và thông lượng thay đổi tùy thuộc vào dung lượng liên kết và tải lưu lượng trên mạng. Các gói thường được chuyển tiếp bởi các nút mạng trung gian một cách không đồng bộ bằng cách sử dụng tính năng nhập trước, xuất trước đệm, nhưng có thể được chuyển tiếp theo một số kỷ luật lập lịch để xếp hàng hợp lý , định hình giao thông hoặc chất lượng dịch vụ được đảm bảo hoặc khác biệt, chẳng hạn như xếp hàng hợp lý
hiện có hoặc không có các nút chuyển tiếp trung gian (bộ chuyển mạch và bộ định tuyến). Trong trường hợp một phương tiện vật lý được chia sẻ (chẳng hạn như radio hoặc 10BASE5), các gói có thể được phân phối theo một sơ đồ đa truy cập .
- Chuyển mạch gói trái ngược với một mô hình mạng chính khác, chuyển mạch kênh, một phương pháp phân bổ trước băng thông mạng chuyên dụng cụ thể cho mỗi phiên giao tiếp, mỗi phiên có tốc độ bit và độ trễ không đổi giữa các nút. Trong trường hợp các dịch vụ tính phí, chẳng hạn như dịch vụ truyền thông di động, chuyển mạch kênh được đặc trưng bởi một khoản phí trên một đơn vị thời gian kết nối, ngay cả khi không có dữ liệu được truyền, trong khi chuyển mạch gói có thể được đặc trưng bởi một khoản phí trên một đơn vị thông tin được truyền đi, chẳng hạn như ký tự, gói tin hoặc tin nhắn.
- Một bộ chuyển mạch gói có bốn thành phần: cổng đầu vào, cổng đầu ra, bộ xử lý định tuyến và kết cấu chuyển mạch.
1.2. Cơ sở mạng chuyển mạch gói:
- Dữ liệu được chia thành nhiều gói nhỏ có chiều dài thay đổi, mỗi gói được gán thêm địa chỉ cùng những thông tin điều khiển cần thiết.
- Các gói khi đi vào trong bộ đệm cho đến khi được xử lý, sau đó xếp hàng trong hàng đợi chờ đến lúc có thể được truyền trên tuyến tiếp theo.
- Việc lưu trữ gói tại mỗi node gây nên trễ nhưng đảm bảo việc truyền dẫn không lỗi và phương pháp truyền như vậy gọi là phương thức tích lũy trung gian (store and forward).
1.3. Cấu trúc gói:
- Sử dụng mô hình 7 lớp ISO OSI để mô tả khái niệm được sử dụng ở mạng chuyển mạch gói và chủ yếu dựa trên ba lớp bậc thấp:
* Dành cho tuyến nối vật lý giữa thiết bị trong mạng. Thông tin trao đổi dưới dạng bit, bao gồm các thông tin về số liệu, báo hiệu (điều khiển) dùng để điều khiển thao tác của tuyến nối.
* Xác định trạng thái có thể sử dụng của tuyến, đồng hồ nhịp để ghép nối các tín hiệu số liệu khi khôi phục cấu trúc tin phát ở máy thu.
* Các tín hiệu này dùng để trao đổi tin tức cấp cao hơn giũa hai thiết bị. · Lớp tuyến dữ liệu
* Chuyển tin giữa các thiết bị, theo đó, yêu cầu bản tin được chuyển đi không bị lỗi và theo một trình tự chính xác.
* Phát hiện lỗi trong khung truyền bằng phương pháp ARQ (automstic repeat request) bao gồm ba phương thức:
* Phương thức dừng và chờ * Phương thức quay lùi
* Phương thức lặp lại có chọn lọc
· Lớp mạng
* Lớp tuyến làm công việc sửa lỗi, điều khiển luồng theo tuyến giữa hai thiết bị đấu nối với nhau.
* Lớp mạng tạo điều kiện cho thông tin giữa các thiết bị mà chúng không được đấu nối trực tiếp với nhau (nghĩa là qua mạng).
· Để thiết lập tuyến nối lớp mạng giữa hai thiết bị, thì chúng cần có khả năng thích ứng với nhau. Thông thường, mỗi thiết bị đấu nối vào mạng có địa chỉ riêng, mỗi thiết bị có thể dựa vào địa chỉ của thiết bị khác mà yêu cầu thiết lập thông tin của chúng.
- Có 2 cách để xây dựng lớp mạng: * Mỗi thiết bị có một địa chỉ riêng.
* Dùng tuyến nối giữa hai thiết bị xây dựng một địa chỉ.
Định tuyến cố định:
- Đây là phương thức định tuyến đơn giản nhất, trong đó thiết bị chuyển mạch gói của mạng chứa các bảng định tuyến cố định nhằn cung cấp cho chúng tất cả các thông tin cần thiết để phân hướng các gói qua mạng. Thực ra các bảng định tuyến này đã được cấu tạo sẵn và được nạp vào các node chuyển mạch gói khi mạng được cấu trúc lần đầu, nếu có một thiết bị đầu cuối mới được đưa vào mạng thì bảng tạo tuyến này phải được cập nhật để phân tuyến cố định cho thiết bị đó.
- Nói chung các bảng tạo tuyến ở mỗi node chuyển mạch là khác nhau. Do đó ở các mạng lớn quản lý nhiều tập hợp bảng tạo tuyến trở thành một công việc khó nhọc cho người điều khiển và quản lý mạng. Để khắc phục điều này người ta chia khu vực trong mạng điện thoại, địa chỉ của thiết bị đầu cuối chứa một số thông tin về tạo tuyến.
- Định tuyến cố định tuy đơn giản nhưng có nhiều nhược điểm như các bảng tạo tuyến cần được thiết lập nhân công, đồng thời quá trình thiết lập chúng cần phải biết khá rõ về tình hình mạng và lưu lượng tải. Ngoài ra, người ta có thể sử dụng bảng tạo hướng phụ, đề phòng khi hướng chính có sự cố tuy nhiên giải pháp trên là rất phức tạp.
v Định tuyến động:
- Đối với phương thức này, các thiết bị chuyển mạch gói có thể đưa ra những quyết định tạo hướng và dựa vào trạng thái của mạng khi chuyển mạch cho các gói. Một số mạng có mức độ hiệu dụng rất quan trọng, có nghĩa là thời gian sử dụng đường nối giữa các thiết bị càng nhiều càng tốt.
- Như vậy, muốn tăng độ hiệu dụng thì mạng cần có khả năng tự động sử dụng tuyến phụ giữa các thiết bị đầu cuối trong trường hợp có sự cố tuyến hoặc node chuyển mạch. Mặ khác để sử dụng mạng tối ưu, cần tách lưu lượng cho các hướng khác nhau (hay còn gọi là phân tải). Thuận tiện cho việc điều chỉnh luồng tải cho mỗi hướng để đảm bảo sử dụng tối đa các tuyến và thời gian trể các gói tin là thấp nhất.
1.5. Ưu điểm của chuyển mạch gói
- Hiệu quả về mặt sử dụng đường truyền:
* Đường dẫn có thể được sử dụng chung để truyền các gói từ đầu cuối khác nhau.
* Các gói được sắp hàng và được truyền ngay khi có thể - Chuyển đổi tốc độ dữ liệu:
* Mỗi trạm được nối với các node cục bộ với tốc độ của nó
* Node có thể được yêu cầu phải đệm dữ liệu để đảm bảo tốc độ cho kết cuối - Các gói vẫn được nhận ngay cả khi mạng bận: Phân phối các gói có thể chậm lại
- Độ ưu tiên có thể sử dụng với mục địch nhất định
1.6. Kênh logic
Kênh: Đường dẫn thông tin
Kênh nối đã được thiết lập là kênh logic với các loại sau tùy thuộc vào các hình thái dịch vụ.
v Kênh ảo (VC: Virtual Circuit)