- Thông tin cá nhân Mạng riêng ảo
CHƯƠNG III CÁC MẠNG VIỄN THễNG
GIỚI THIỆU CHƯƠNG
Chương 3 đề cập cỏc hoạt động cơ bản của một số mạng viễn thụng điển hỡnh như mạng điện thoại, cỏc mạng truyền số liệu, mạng mỏy tớnh và mạng viễn thụng hiện đại ngày nay.
Mạng điện thoại truyền thống là mạng viễn thụng cơ bản nhất. Hoạt động của một mạng điện thoại truyền thống được hiểu một cỏch đơn giản thực hiện chức năng cỏc kết nối thoại trờn mạng. Mạng thụng tin di động cũng là mạng điện thoại, mạng này đang phỏt triển rất mạnh và mang lại rất nhiều lợi nhuận trong kinh doanh viễn thụng.
Nhu cầu truyền số liệu đó và đang phỏt triển rất mạnh mẽ. Số liệu cú thể được truyền qua mạng theo nhiều phương thức và kỹ thuật khỏc nhau. Chương này trỡnh bày cỏc cụng nghệ truyền số liệu và cỏch thức số liệu được truyền qua cỏc mạng. Hiện nay cỏc mạng mỏy tớnh, mạng Internet, Intranet, Extranet đang phỏt triển rất nhanh. Nhu cầu sử dụng cỏc dịch vụ viễn thụng qua cỏc mạng mỏy tớnh và Internet là rất lớn. Chớnh điều đú đó thỳc đẩy cỏc cụng nghệ mạng mỏy tớnh và Internet phỏt triển. Chương này cũng phõn tớch cỏc kiến trỳc mạng mỏy tớnh, cỏc khỏi niệm mạng LAN, MAN, WAN cũng như mạng Internet.
Tiếp theo, chương 3 trỡnh bày về xu hướng phỏt triển mạng viễn thụng núi chung và xu hướng hội tụ dịch vụ và mạng trong mụi trường mạng viễn thụng thế hệ sau (NGN).
Chương 3 cũn giới thiệu những khỏi niệm căn bản về mạng, về quan điểm phõn tầng giao thức khi xõy dựng mạng và cỏc phương thức chuyển giao thụng tin cơ bản qua cỏc mạng.
Học viờn cần phải hiểu được khỏi niệm về được cỏc loại mạng và cụng nghệ mạng, cỏc thành phần cơ bản của một mạng và nắm được xu hướng phỏt triển của viễn thụng, hiểu được quan điểm phõn tầng và những phương thức chuyển giao trong mạng viễn thụng.
3.1 SỰ HèNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC MẠNG VIỄN THễNG
Mục tiờu cơ bản của một mạng viễn thụng là để truyền tải thụng tin của một người sử dụng ở bất kỳ dạng nào tới người sử dụng khỏc trờn mạng. Người sử dụng của cỏc mạng cụng cộng, vớ dụ như mạng điện thoại, được gọi là cỏc thuờ bao. Những thụng tin của người sử dụng cú thể ở nhiều dạng khỏc nhau như là tiếng núi, số liệu, hỡnh ảnh và cỏc thuờ bao cú thể sử dụng nhiều cụng nghệ truy nhập để truy nhập vào cỏc mạng khỏc nhau theo phương thức cố định hoặc di động. Mạng viễn thụng lõu đời nhất cú thể nhắc tới là mạng điện thoại cố định, sau đú là cỏc mạng điện thoại vụ tuyến, mạng đa dịch vụ, mạng Internet ... Chỳng ta cú thể thấy là mỗi mạng mạng viễn thụng cú thể cung cấp nhiều dịch vụ cơ bản như là dịch vụ thoại cố định, di động hay số liệu. Cỏc mạng này cú thể liờn kết với nhau để cung cấp dịch vụ liờn mạng cho nhiều đối tượng thuờ bao. Cỏc mạng này sẽ được đề cập ở cỏc phần sau trong chương.
46
3.1.1 Mạng điện thoại
Như đó giới thiệu ở Chương 2, dịch vụ điện thoại chủ yếu được hai mạng điện thoại cung cấp là mạng điện thoại cố định (mạng điện thoại chuyển mạch cụng cộng –PSTN, mạng viễn thụng cơ bản đầu tiờn cung cấp dịch vụ điện thoại cố định) và mạng thụng tin di động (cũn gọi là mạng điện thoại di động, mạng ra đời sau cú khả năng cung cấp tớnh năng di động cho thuờ bao sử dụng dịch vụ điện thoại).
3.1.1.1 Mạng PSTN
Mạng điện thoại chuyển mạch cụng cộng (PSTN) là mạng dịch vụ phỏt triển rất sớm, sau hệ thống điện bỏo Morse. Mạng PSTN cung cấp cỏc dịch vụ thoại và phi thoại.
Do đõy là một hệ thống cung cấp dịch vụ thoại nờn nú được triển khai rộng khắp trờn thế giới và đó trải qua nhiều giai đoạn cụng nghệ khỏc nhau. PSTN là mạng viễn thụng lõu đời nhất và lớn nhất từ trước tới nay, tớnh đến 1998 đó cú trờn 700 triệu thuờ bao, tới năm 2000 đó cú trờn 1 tỷ thuờ bao trờn toàn thế giới. Ở Việt Nam, tớnh đến 2004 đó cú trờn 6 triệu thuờ bao điện thoại PSTN trờn tổng số hơn 10 triệu thuờ bao điện thoại (cố định+di động) và tới 6/2006, con số tương ứng là khoảng 9 triệu thuờ bao PSTN trờn tổng số khoảng 17 triệu thuờ bao điện thoại.
Xột về bản chất PSTN là một mạng hoạt động theo phương thức mạch (circuit mode), nghĩa là theo phương thức hướng kết nối (connection-oriented): một cuộc gọi điện thoại được tiến hành theo 3 pha: Thiết lập kết nối, duy trỡ kết nối và giải phúng kết nối (setup-conversation-released) bằng cỏch sử dụng cỏc hệ thống bỏo hiệu.
Đặc điểm chủ yếu của PSTN:
- Truy nhập analog 300-3400 Hz - Kết nối song cụng chuyển mạch kờnh
- Băng thụng chuyển mạch 64kb/s hoặc 300-3400Hz đối với chuyển mạch analog - Khụng cú khả năng di động hoặc di động với cự ly hạn chế.
Hỡnh 3.1 cho thấy mụ hỡnh cơ bản của mạng điện thoại này. Trong hỡnh ta cú cỏc thiết bị đầu cuối phớa người sử dụng là cỏc mỏy điện thoại cố định. Mạng điện thoại sẽ cú nhiệm vụ kết nối cỏc mỏy điện thoại để thực hiện dịch vụ thoại. Mạng này gồm cỏc phần tử cơ bản là cỏc thiết bị truyền dẫn và cỏc thiết bị chuyển mạch, cỏc thiết bị này phối hợp hoạt động với nhau để nối thụng cỏc mỏy điện thoại cố định theo yờu cầu của người sử dụng dịch vụ thoại.
Về nguyờn tắc, tất cả cỏc mỏy điện thoại cú thể được đấu nối trực tiếp với nhau như thời ban đầu của nú. Tuy nhiờn khi mà số lượng thuờ bao tăng lờn, người ta thấy rằng cần phải thực hiện chuyển mạch giữa cỏc đụi dõy với nhau. Sau đú chỉ cú một số tuyến nối cần thiết giữa cỏc tổng đài do số lượng cỏc cuộc gọi ra thỡ nhỏ hơn nhiều so với số lượng thuờ bao; Cỏc thế hệ tổng đài ban đầu thực hiện chuyển mạch nhõn cụng dựa trờn cỏc phiến nối và phớch cắm.
47 Cỏc hệ thống chuyển mạch tự động được gọi là cỏc tổng đài tự động đầu tiờn được phỏt triển vào năm 1887 bởi Strowger. Sau đú thỡ quỏ trỡnh chuyển mạch được điều khiển bởi người sử dụng nhờ vào cỏc xung được tạo ra khi quay số. Qua nhiều thập kỷ, cỏc tổng đài dựa trờn hàng loạt cỏc bộ chọn điện cơ phức tạp, nhưng trong khoảng 20 năm trở lại đõy, chỳng được phỏt triển thành cỏc tổng đài số được điều khiển bằng phần mềm và cú thể cung cấp nhiều dịch vụ bổ sung. Cỏc tổng đài hiện đại thường cú dung lượng tương đối lớn, hàng ngàn số, và cú thể thực hiện nhiều cuộc gọi đồng thời. Thụng thường mạng điện thoại được chia thành cỏc cấp khỏc nhau, từ cấp truy nhập (kết nối từ thuờ bao tới tổng đài nội hạt) tới cấp trung chuyển (kết nối giữa cỏc tổng đài: kết nối giữa cỏc tổng đài host với nhau, giữa tổng đài host với tổng đài cấp cao hơn là tổng đài quốc gia và quốc tế).
℡ ℡ Tổng Tổng đài Nối tới vựng khỏc ℡ đài ℡ ℡ Tổng đài ℡ Tổng đài ℡ ℡ Mạng truyền dẫn Hỡnh 3.1: Mạng điện thoại cố định
Truyền dẫn là quỏ trỡnh truyền tải thụng tin giữa cỏc điểm kết cuối của một hệ thống hay một mạng. Cỏc hệ thống truyền dẫn cú thể sử dụng một hoặc nhiều phương tiện truyền dẫn cơ bản cho việc truyền đưa thụng tin giữa cỏc điểm như cỏp đồng, cỏp quang hoặc thậm chớ là mụi trường vụ tuyến (với điện thoại kộo dài).
Trong một mạng viễn thụng, cỏc hệ thống truyền dẫn sẽ kết nối cỏc tổng đài với nhau và cỏc hệ thống truyền dẫn này cũn được gọi là mạng truyền dẫn hay mạng truyền tải. Chỳ ý rằng, số lượng kờnh thoại (là một đơn vị đo dung lượng truyền dẫn) cần thiết giữa cỏc tổng đài thỡ nhỏ hơn rất nhiều so với số lượng thuờ bao bởi vỡ số lượng thuờ bao thực hiện gọi đồng thời là nhỏ. Trong chương IV chỳng ta sẽ thảo luận chi tiết hơn về truyền dẫn.
3.1.1.2 Mạng thụng tin di động
Là mạng ra đời sau mạng điện thoại cố định, mạng điện thoại di động cung cấp khả năng di động cho thuờ bao trong quỏ trỡnh thực hiện thụng tin liờn lạc. Tựy theo tớnh di động, đặc điểm phủ súng, mục đớch sử dụng và kỹ thuật điều chế, mó húa mà người ta phõn biệt cỏc hệ thống thụng tin di động khỏc nhau: thụng tin di động nội vựng (cũn gọi là thụng tin vụ tuyến nội hạt, mạch vũng vụ tuyến nội hạt ...), thụng tin di động toàn cầu GSM, thụng tin di động CDMA ...
Hỡnh 3.2 cho ta thấy cấu trỳc chung của mạng thụng tin di động tế bào. VLR HLR BTS PSTN/ISDN Internet Gateway MSC MSC PDSN BSC BSC BTS MS BTS Trong đú: Hỡnh 3.2: Mạng thụng tin di động tế bào
- Thiết bị đầu cuối di động MS (mỏy điện thoại di động): là thiết bị đầu cuối của người sử dụng; thiết bị này gọn, nhẹ, dễ sử dụng và cú nhiều tớnh năng hỗ trợ khỏch hàng. Mỗi thiết bị đầu cuối đều cú một số mỏy riờng biệt và thụng tin về thuờ bao được ghi trong vi mạch SIM. Tựy theo loại mỏy đầu cuối mà khả năng thu phỏt tớn hiệu cú mạnh yếu khỏc nhau khi thuờ bao ở gần ngoài vựng phủ súng.
- Trạm thu phỏt BTS: thực hiện việc thu phỏt thụng tin giữa thiết bị đầu cuối và đấu nối với tổng đài chuyển mạch trung tõm (thụng tin vụ tuyến) để truyền đi những thụng tin liờn quan đến thiết bị đầu cuối tới trung tõm chuyển mạch di động (MSC). Mỗi trạm BTS sẽ phủ súng trờn một vựng địa lý nhất định và cú khả năng phục vụ một số lượng thuờ bao xỏc định; vỡ vậy đụi khi cú quỏ nhiều thuờ bao MS cựng tập trung trong vựng phủ súng của một trạm BTS sẽ xảy ra hiện tượng nghẽn mạch (trong khu vực triển lóm, sõn búng đỏ, trung tõm hội nghị lớn ...); mỗi vựng phủ súng như vậy được gọi là một tế bào. Mạng thụng tin di động bao gồm nhiều trạm BTS cú thể phủ súng trong một khu vực rộng lớn. Khi thuờ bao di động ra khỏi vựng phủ súng, trạm BTS và thuờ bao đú sẽ khụng kết nối được với nhau.
- Tổng đài chuyển mạch trung tõm MSC: thực hiện cỏc cụng việc liờn quan đến thiết lập/giải phúng cuộc gọi, quản lý thuờ bao, đấu nối với cỏc mạng khỏc để thực hiện cỏc cuộc gọi liờn mạng. MSC quản lý cỏc BTS và được trang bị cỏc cơ sở dữ liệu cho phộp nhanh chúng cập nhật cỏc thụng tin về thuờ bao, vị trớ thuờ bao để cú cỏc đỏp ứng phự hợp.
* Cửa ngừ (Gateway): Cũn được gọi là cổng, ở vị trớ biờn mạng.
49 - Tổng đài chuyển mạch cửa ngừ *GMSC: kết nối với cỏc mạng khỏc như mạng
điện thoại cố định hay mạng Internet. GMSC thực hiện điều khiển cỏc cuộc gọi từ mạng di động vào mạng cố định và ngược lại.
- Bộ đăng ký định vị thuờ bao nhà HLR: là một cơ sở dữ liệu cơ bản lưu giữ cỏc thụng tin lõu dài về thuờ bao như địa chỉ, cỏc quyền của thuờ bao và cỏc thụng tin tham khảo khỏc.
- Bộ đăng ký định vị thuờ bao khỏch VLR: là một cơ sở dữ liệu của MSC lưu giữ cỏc thụng tin tạm thời về thuờ bao như vị trớ hiện tại của thuờ bao ...
3.1.2 Mạng truyền số liệu
Truyền số liệu là một loại hỡnh rất phổ biến trong thời đại thụng tin hiện nay. Đú là một trong cỏc loại hỡnh dịch vụ viễn thụng và được thực hiện trờn một số mạng khỏc nhau như: Mạng số liệu chuyển mạch gúi, mạng số liệu chuyển mạch kờnh, mạng điện thoại cụng cộng, hay đơn giản là cỏc mạng mỏy tớnh (LAN, MAN, WAN), cỏc mạng thuờ riờng, …
Mạng số liệu cụng cộng chuyển mạch kờnh - CSPDN (Circuited Switched Public Data Network): Được đưa vào sử dụng từ những năm 1980. Đõy là mạng hoàn toàn số và được thiết kế riờng cho truyền thụng số liệu. Thường cú bốn tốc độ truyền cơ bản là: 600, 2400, 4800 và 9600 bps, cú thể lựa chọn một trong bốn tốc độ này. Kờnh truyền sẽ được duy trỡ trong suốt thời gian truyền.
Mạng số liệu cụng cộng chuyển mạch gúi - PSPDN (Packet Switched Public Data Network): Được sử dụng khắp thế giới từ những năm 1970. Mạng này cho phộp cỏc đầu cuối cú tốc độ bit khỏc nhau và người sử dụng cú thể thõm nhập một số cơ sở dữ liệu lớn trờn khắp thế giới. Hầu hết cỏc mạng truyền số liệu trờn thế giới đều là chuyển đổi gúi.
Mạng điện thoại cụng cộng - PSTN (Public Switched Telephone Network): Do cỏc đường dõy điện thoại chỉ dựng để truyền cỏc tớn hiệu õm thanh với dải tần 0,3 –> 3.4 KHz nờn muốn truyền số liệu thỡ phải sử dụng Modem là cỏc thiết bị điều chế và giải điều chế tớn hiệu truyền dữ liệu lờn tớn hiệu õm thanh thoại và ngược lại.
Ngoài ra, việc truyền số liệu cũn được thực hiện thụng qua một số mạng khỏc như đó liệt kờ ở trờn, trong đú việc truyền số liệu qua mạng mỏy tớnh, mạng Internet đang phỏt triển rất mạnh mẽ. Chỳng ta sẽ nghiờn cứu về cỏc mạng này ở phần sau.
Khi thực hiện truyền số liệu trờn mạng, người sử dụng đũi hỏi một số yờu cầu như: chất lượng truyền, tốc độ, vấn đề an toàn và bảo mật thụng tin… Để đạt được điều này, dữ liệu truyền phải được mó húa và xử lý tuõn theo cỏc thể thức nhất định nào đú.
3.1.3 Mạng mỏy tớnh và mụ hỡnh Client/Server
3.1.3.1 Mạng mỏy tớnh
Vào những năm 1980, mỏy tớnh để bàn đó nổi lờn như một phương ỏn thay thế rẻ tiền cho cỏc mỏy tớnh lớn đắt giỏ. Mỗi mỏy tớnh để bàn đều cú khả năng tớch hợp mọi thiết bị ngoại vi và phần mềm để hoàn thành một số cụng việc cụ thể, song việc chuyển giao dữ liệu