Trong kỹ thuật chuyển mạch gói, nguyên tắc hoạt động có thể được vắn tắc như sau:
Khối dữ liệu cần phát sẽ được phân bố vào các gói nhỏ và được truyền đi trên mạng. Trong các gói này, ngoài dữ liệu còn có thêm vài tin tức điều khiển mà mạng yêu cầu để có thể định tuyến cho gói đi xuyên qua mạng đến đích. Nhằm đảm bảo việc chuyển dữ liệu dạt yêu cầu, mỗi mạng đều tuân thủ các chế độ làm việc nhất định. Có 2 chế độ làm việc căn bản trong mạng chuyển mạch gói, đó là chế độ không tạo cầu (Datagram) và chuyển mạch kênh ảo VC (Virtual Circuit). Hình 2.4 Mô tả sơ lượt 2 kiểu chuyển mạch này
Hình 2.4 Chuyển mạch Datagram và Chuyển mạch kênh ảo 2.2.2.2. Chuyển mạch gói (datagram)
Chuyển mạch datagram cung cấp cho các dịch vụ không yêu cầu thời gian thực,việc chuyển các gói tin phụ thuộc vào các giao thức lớp cao hoặc đường liên kết dữ liệu.
Là kỹ thuật chuyển mạch mà các gói tin đi theo các đường khác nhau từ nguồn tới đích mà không phụ thuộc lẫn nhau. Các gói tin có thể đến không theo thứ tự, chúng sẽ được lưu đệm và sắp xếp lại tại đích
Hình 2.5 Mạch không tại cầu nối Datagram
Ưu điểm
Chuyển mạch datagram cho phép lựa chọn các con đường tới đích nhanh nhất đáp ứng các thay đổi nhanh của mạng. Không cần giai đoạn thiết lập kết nối, thích hợp đối với dạng dữ liệu có lưu lượng thấp và thời gian tồn tại ngắn. Đồng thời nó có khả năng định tuyến lại một phần tử mạng có sự cố
Nhược điểm
Nếu một gói tin bị mất coi như là không thành công, các thông tin về trễ sẽ không được đảm bảo cũng như các hiện tượng lặp gói, mất gói cũng dễ dàng xảy ra đối với kiểu chuyển mạch này. Các datagram phải chứa toàn bộ các thông tin về địa chỉ đích và các yêu cầu của lớp dịch vụ phía trên được thể hiện trong tiêu đề, vì vậy tiêu đề của
datagram là khá lớn.
2.2.2.3 Chuyển mạch kênh ảo
Chuyển mạch kênh ảo yêu cầu giai đoạn thiết lập tuyến giữa thiết bị gởi và thiết bị nhận thông tin một kênh ảo được hình thành giữa các thiết bị trong đường dẫn chuyển mạch, kênh ảo là kênh chỉ được xác định khi có dữ liệu truyền qua và không phụ thuộc vào logic thời gian.
Đường đi được tạo trước khi gởi các gói dữ liệu. Các gói yêu cầu cuộc gọi và chấp nhận cuộc gọi được dùng để tạo kết nối. Mỗi đường đi được gán một ID. Mỗi gói chứa ID của đường đi thay vì địa chỉ máy đích. Không cần tìm đường cho từng gói và đường đi không giành riêng cho từng gói.
Ưu điểm
Tuyến được thiết lập cho toàn bộ các gói tin nên độ hữu dụng của gói cao hơn và phù hợp truyền các bản tin dài. Thứ tự và thời gian trễ lan truyền được khống chế. Nếu kênh ảo có lỗi hoặc hỏng, các hệ thống định tuyến sẽ tìm một đường khác thay thế
Nhược điểm: Nó cần thiết lập các pha.
2.4. Sự cố và cách khắc phục
Hình 2.7 minh họa một phần trong mạng chuyển mạch gói, trong đó host A là thuê bao gắn vào node chuyển mạch 1, host B là thuê bao gắn vào chuyển mạch 3. Giả sử A gửi bản tin gồm 3 gói tin tới B tập trung trên các node chuyển mạch 1,2,3,4. Điều quan trọng cần phải biết là cũng có rất nhiều gói tin của các thuê bao khác đang di chuyển trong mạng.
Hình 2.7 Sự hoạt động cơ bản của mạng chuyên mạch gói: vận chuyên 3 gói thuê bao A đến thuê bao B
2.4.1. Quá trình phát tin cơ bản
Thông tin được chuyển đi như sau: Thuê bao A gửi gói tin thứ nhất đến node 1, khi node này nhận được gói thì theo luật định tuyến nó sẽ phát gói tin đến địch bằng cách gửi ngang qua node 2. Trong lúc gói tin 2 đang di chuyển từ thuê bao A đến node 1 thì trạng thái trong mạng đã thay đổi, vì thế gói tin 2 từ thuê bao A đến thuê bao B được định tuyến qua node 4 (giống gói tin 2). Sau khi node 4 đã nhận đầy đủ và chính xác, gói tin 2 được gửi tới đích là node 3. Tuy nhiên trong khi chuyển gói 2 có lỗi xảy ra, khi node 3 nhận gói tin 2, cơ cấu phát hiện tìm ra lỗi và yêu cầu phát lại gói tin 2.
Trong khi tiến trình khắc phục lỗi diễn ra, gói 3 vẫn chuyển bình thường và đến node 3, do đó gói 2 phát lại đến sau gói 3 tại node 3. Như vậy, tại B thứ tự các gói đã bị thay đổi khác với trật tự gửi từ A.
2.4.2. Các lỗi
2.4.2.1 Gói tin bị mất
Sự thất thoát một gói tin có thể làm cho một cuộc nối không thể thiết lập được trong chế độ lập cầu (virtual circuit) hay không đảm bảo độ an toàn dữ liệu theo yêu cầu trên một mạng chuyển mạch gói. Khả năng xảy ra là có thể tiềm ẩn ngay trong hoạt động căn bản của mạch. Nhiệm vụ của người thiết kế phải phát hiện được tình huống để đề ra hường khắc phục
Có nhiều cách để khắc phục vấn đề này như:
- Node sẽ gửi báo nhận cho node gửi khi đã chuyển tiếp gói đến node kế.
- Trách nhiệm cuối cùng của gói tin thuộc vào node đầu tiên phát đi, như dịch vụ D bit trong X25
- Node cuối cùng yêu cầu đầu tiên gửi lại gói bị mất
Hình 2.8 Mạng chuyển mạch gói có node chuyển mạch bị hỏng làm mất gói tin 2.4.2.2 Nhân đôi gói tin (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Đó là cùng một lúc có hai hay nhiều đối tượng giống hệt nhau trong dữ liệu được xử lý bởi các phần mềm tổng đài. Sự nhân đôi gói tin cũng ảnh hưởng xấu đến độ chính xác dữ liệu nhận
Cách khắc phục:
- Xây dựng một thủ thuật nhận dạng xem gói vừa nhận đã có hay chưa, nếu có thực hiện xóa bớt một
Hình 2.9 Mạng chuyển mạch gói có đường dây bị hỏng: hiện tượng nhân đôi gói
2.5 Ưu nhược điểm của chuyển mạch gói
2.5.1 Ưu điểm
Việc chia nhỏ bản tin thành các gói tin làm cho việc truyền đơn giản hơn và nhanh hơn
- Tăng hiệu suất đường truyền: Một kết nối node-node có thể dùng chung bởi nhiều gói. Các gói xếp hàng và truyền đi nhanh nhất có thể.
- Một kết nối node-node có thể dùng chung bởi nhiều gói. - Các gói xếp hàng và truyền đi nhanh nhất có thể.
- Chuyển đổi tốc độ dữ liệu: Mỗi trạm kết nối với node cục bộ bằng tốc độ của trạm. Các node đệm dữ liệu nếu cần thiết để cân bằng tốc độ. Các gói được nhận ngay khi mạng đang bận.Việc phát có thể chậm lại, có thể phân độ ưu tiên cho các thông báo.
- Mỗi trạm kết nối với node cục bộ bằng tốc độ của trạm. - Các node đệm dữ liệu nếu cần thiết để cân bằng tốc độ. - Các gói được nhận ngay khi mạng đang bận.
- Việc phát có thể chậm lại.
- Có thể phân độ ưu tiên cho các thông báo .
- Kênh truyền chỉ bị chiếm dụng trong thời gian thực sự truyền gói tin.
- Các gói tin của cùng một bản tin có thể truyền đồng thời và độc lập nhau nên có thể sử dụng triệt để tính năng của hệ thống.
2.5 Nhược điểm của chuyển mạch gói
Các gói không có kích thước cố định mà phụ thuộc vào kích thước của bản tin cần truyền.
Tốc độ truyền không cao.
Độ tin cậy của mạng gói không cao, dễ xảy ra tắc nghẽn, lỗi mất bản tin.
Tính đa đường có thể gây ra lặp bản tin, làm tăng lưu lượng mạng không cần thiết.
2.6 So sánh chuyển mạch kênh và chuyển mạch góiDanh mục Danh mục
so sánh Chuyển mạch kênh Chuyển mạch gói
Đặc điểm
Thực hiện trao đổi thông tin giữa các người dùng (user) trên trục thời gian thực.
Các người dùng làm chủ kênh dẫn trong suốt quá trình trao đổi thông tin.
Hiệu suất thấp.
Yêu cầu độ chính xác thông tin cao.
Nội dung trao đổi không mang thông tin địa chỉ.
Khi lưu lượng tăng đến ngưỡng nào đó thì cuộc gọi mới có thể bị khóa, mạng từ chối mọi yêu cầu kết nối mới đến khi có thể.
Trao đổi thông tin không theo thời gian thực nhưng nhanh hơn chuyển mạch tin. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Đối tượng sử dụng không làm chủ kênh dẫn.
Hiệu suất cao.
Việc kiểm tra lỗi từng chặng là đảm bảo gói truyền không lỗi nhưng lại làm giảm tốc độ truyền gói qua mạng. Băng thông thấp, tốc độ thấp. Phù hợp vớ mạng truyền dẫn chất lượng thấp. Phương thức Là loại chuyển mạch phục vụ sự trao đổi thông tin bằng cách cấp kênh dẫn trực tiếp giữa các đối tượng sử dụng.
Xử lý cuộc gọi tiến hành qua 3 giai đoạn:
+ Thiết lập đường dẫn dựa vào như cầu trao đổi thông tin.
+ Duy trì kênh dẫn trong suốt thời gian trao đổi thông tin.
+ Giải phóng kênh dẫn khi đối tượng sử dụng hết nhu cầu trao đổi.
Là lại chuyển mạch phục vụ truyền số liệu, các bản tin được chia thành các gói với chiều dài xác định, mỗi gói có phần header mang thông tin địa chỉ, điều khiển và thứ tự gói.
Mỗi gói đi qua các node được tiến hành theo phương pháp store
and forward như chuyển mạch tin.
Tại đầu thu tiến hành xử lý và sắp xếp các gói trở lại.
Độ trễ
Trễ do quá trình thiết lập, nhưng thời gian trễ trong quá trình truyền không đáng kể có thể coi như bằng không.
Có: Trễ truyền các gói
Tốc độ
Loại chuyển mạch kênh hỗ trợ truyền thoại tốc độ tháp với tốc độ 64 Kbit/s bằng với tốc độ tạo tín hiệu cơ sở PCM
Tốc độ truyền tối đa là 2 Mbit/s
truyền Đường truyền dẫn được thiết lậpcho toàn bộ quá trình trao đổi thông tin.
Đường truyền được thiết lập cho mỗi gói.
Cách thức truyền dữ
liệu
Truyền liên tục Truyền theo gói
Thông báo
Không được lưu trữ
Tín hiệu bận nếu bên nhận không sẵn sàng.
Thông báo có thể được lưu trữ cho đến khi đến phần phát (đích).
Người gởi được thông báo nếu các gói không được phân phát. Chịu trách
nhiệm
Người dùng (User) chịu trách
nhiệm khi các thông báo bị thất lạc Mạng có thể chịu trách nhiệmcho các gói đơn lẻ, một chuỗi các gói (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Chuyển đổi Thường không cần chuyển đổi tốcđộ và bảng mã Chuyển đổi tốc độ và bảng mã Sử dụng
băng thông
Truyền dẫn băng thông cố định Linh động sử dụng băng thông Chi phí dữ
liệu Không tốn chi phí dữ liệu sau khithiết lập Tốn kém dữ liệu cho mỗi gói
Ứng dụng
Ứng dụng trong các hệ thống đòi hỏi thông tin tức thời, các hệ thống cần độ trung thực cao như các tổng đài điện thoại, điện báo, điện đàm và các hệ thống đòi hỏi thời gian thực … như: PSTN, CSPDN, ISDN…
Ứng dụng tryền số liệu như mạng GPRS …
CHƯƠNG III
KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN TRONG CHUYÊN MẠCH GÓI
Trong mạng viễn thông, các hệ thống chuyển mạch, định tuyến đóng vai trò là các nút mạng và được xem như là trái tim của mạng lưới. Như vậy, có nghĩa chuyển mạch có vai trò hết sức quan trọng, có ý nghĩa quyết định khả năng phục vụ, hoạt động của mạng lưới. Cùng với sự phát triển của công nghệ, các công nghệ về chuyển mạch và định tuyến cũng phát triển rất nhanh. Chuyển mạch đã trải qua sự phát triển lâu dài, từ tổng đài cơ điện cho đến tổng đài số, từ công nghệ chuyển mạch kênh sang công nghệ chuyển mạch gói…
3.1 Khái niệm về định tuyến
Định tuyến là một tiến tình lựa chọn con đường cho thực thể thông tin chuyển qua mạng, nó còn được coi là khả năng của một nút trong vấn đề lựa chọn đường truyền dẫn cho thông tin qua mạng
Nó được thực hiện ở tầng mạng (tầng 3 theo mô hình tham chiếu OSI). Quá trình định tuyến (routing) bao gồm hai hoạt động chính, đó là: xác định đường truyền (path determination) và chuyển tiếp thông tin (forwarding) theo đường đó (còn được gọi là switching). Việc truyền thông tin đi theo con đường đã chọn có thể nói là khá đơn giản (về mặt thuật toán), trong khi đó, việc xác định đường truyền phức tạp hơn rất nhiều.
Hình 3.1: Định tuyến trong chuyển mạch gói
Trong các mạng thông tin khác nhau, việc xác định đường truyền cũng diễn ra khác nhau. Tuy nhiên, cách xác định đường truyền nào cũng bao gồm hai công việc cơ bản. Thứ nhất là thu thập và phân phát thông tin về tình trạng của mạng (ví dụ như trạng thái đường truyền, tình trạng tắc nghẽn...) và của thông tin cần truyền (ví dụ như
lưu lượng, yêu cầu dịch vụ...). Các thông tin này sẽ được sử dụng làm cơ sở cho việc xác định đường truyền. Thứ hai là chọn ra đường truyền khả dụng (cũng có thể là đường truyền tối ưu) dựa trên các thông tin trạng thái trên. Đường truyền khả dụng là đường truyền thoả mãn mọi yêu cầu của thông tin cần truyền (ví dụ: tốc độ) và điều kiện của mạng (ví dụ: khả năng của đường truyền). Còn đường truyền tối ưu (theo một tiêu chuẩn nào đó) là đường truyền tốt nhất trong những đường truyền khả dụng.
3.2 Mục đích của định tuyến:
Mục đích cơ bản của định tuyến là tìm và chỉ ra con đường thích hợp để vận chuyển gói đến đích một cách chắc chắn và trong thời gian ngắn nhất. Nhằm sử dụng tối đa tài nguyên mạng, và tối thiểu hóa giá thành mạng. Để đạt được yêu cầu này kỹ thuật định tuyến phải tối ưu được các tham số mạng và người sử dụng như: Xác suất tắc nghẽn, băng thông, độ trễ, độ tin cậy, giá thành,….v.v
Từ các phần đã trình bày trên đây có nhận xét rằng thuộc tính Topo quan trọng của mạng chuyển mạch gói hiện thực là tồn tại nhiều đường, nhiều hướng có thể sử dụng để truyền tải các gói số liệu giữa nguồn và đích. Đương nhiên sự hoạt động của mạng phải bao gồm các phương pháp nhờ đó các gói tin tìm được đường đi tốt nhất hoặc tương đối tốt. Thuật ngữ đường tốt có thể hiểu theo các tiêu chí khác nhau. Ví dụ đó là đường đi ngắn nhất, chất lượng truyền dẫn tốt nhất, độ tin cậy cao nhất, độ trễ nhỏ nhất hay ít bị tắc ngẽn v.v... Việc tìm được một tuyến (hướng) tốt nhất qua mạng chuyển mạch gói là một bài toán rất phức tạp. Thông tin cần phải được xác định và mô tả rõ ràng về độ sẵn sàng, khả dụng của những đường có thể truyền tin khác nhau, chọn và định nghĩa các tiêu chí tối ưu và cuối cùng là hướng qua đó phải truyền được gói số liệu tới đích.
3.3 Phân loại định tuyến
Một kỹ thuật định tuyến phải thực hiện hai chức năng chính sau đây:
• Quyết định chọn đường theo những tiêu chuẩn tối ưu nào đó.
• Cập nhật thông tin định tuyến, tức là thông tin dùng cho chức năng 1.
Có rất nhiều kỹ thuật định tuyến khác nhau. Sự phân biệt giữa chúng chủ yếu căn cứ vào các yếu tố liên quan đến hai chức năng kể trên. Các yếu tố đó thường là:
• Sự thích nghi với trạng thái hiện hành của mạng.
• Các tiêu chuẩn tối ưu để chọn đường
3.3.1 Định tuyến lan tràn gói
3.3.1.1 Nguyên tắc
Phương pháp này truyền trong mọi đường có thể giữa nguồnà địch, do đó nó đảm bảo phần lưu thông cuối cùng rồi cũng xuyên được qua mạng, ngay cả trường hợp mạng có bị hư hỏng một cách nghiêm trọng hay là không. Với pháp này, gói được gửi từ node nguồn đến tất cả các node kế đó, mỗi node nhận một gói thì lập tức kiểm tra xem gói này đã nhận một lần nào trước đây chưa, nếu đã nhận rồi thì loại gói này được nhận một lần nào trước đây chưa, nếu đã nhận rồi thì loại gói mới tới này nếu chưa thì sau đó gửi gói đến tất cả các node kế đó. Trong phương pháp này mỗi con đường có
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});