CÔNG NGHỆ MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG: TÌM HIỂU CHUNG VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG QUANG

DSL Digital Subcriber Line kênh thuê bao số FDM Frequency division multiplexing ghép kênh phân chia theo tần số ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet LAN Local Area

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

KHOA VIỄN THÔNG I

-

TIỂU LUẬN HỌC PHẦN CÔNG NGHỆ MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG

TÌM HIỂU CHUNG VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG QUANG

Giảng viên : Cao Hồng Hơn

Nhóm 1: Bùi Tuấn Thành – B18DCVT398 Nguyễn Minh Hiếu– B18DCVT155 Trịnh Minh Đạt– B18DCVT094

HÀ NỘI-2021

Lời mở đầu

Hiện nay, mạng truyền thông đã trở thành nhân tố quan trọng, là cầu nối trao

đổi thông tin giữa các cá nhân, tổ chức và các doanh nghiệp trên phạm vi toàn cầu

Nó đóng vai trò quan trọng không thể thiếu trong quá trình quản trị, điều hành các hoạt động sản xuất kinh doanh của mỗi doanh nghiệp

Nhờ có mạng truyền thông mà chúng ta có thể truy cập và nhận được thông tin ở khắp nơi, về bất cứ vấn đề gì một cách nhanh chóng và chình xác Vì vậy, lượng thông tin truyền qua mạng ngày càng lớn, số người sử dụng mạng ngày càng nhiều Tuy nhiên, với tần suất truy cập cao và khối thông tin truy cập lớn như trong khi đường truyền còn hạn chế Vấn đề đặt ra là phải cải thiện dung lượng, chất lượng đường truyền để đáp ứng được một khối lượng lớn các yêu cầu truy cập thông tin một cách nhanh chóng, chính xác Với sự ra đời và ứng dụng của công nghệ cáp quang vào mạng truyền thông đã giải quyết được những vấn đề ở trên Và việc thiết kế mạng quang để khai thác khả năng dải thông cực lớn sợi quang là việc tất yếu

Trong nội dung bài tiểu luận, chúng ta sẽ cùng đi tìm hiểu hệ thống truyền tin bao gồm hệ thống truyền tin nguyên thủy, kênh tin, nhận tin và một số vấn đề cơ bản của hệ thống truyền tin Chúng em cũng giới thiệu đến thầy và các bạn về mạng thông tin quang cũng như kiến trúc và các thành phần của mạng quang

MỤC LỤC

Lời mở đầu 2

Thuật ngữ viết tắt 4

Chương 1: Giới thiệu về hệ thống truyền tin 5

1.1 Nguồn tin nguyên thủy 5

1.2 Kênh tin 6

1.3 Nhận tin 7

1.4 Những vấn đề cơ bản của hệ thống truyền tin 8

Chương 2: Giới thiệu về mạng truyền thông quang 8

2.1 Kiến trúc mạng truyền thông quang 9

2.2 Dịch vụ, chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói 11

2.2.1.Tổng quan thay đổi dịch vụ 14

2.3 Các mạng quang 15

2.3.1 Các kĩ thuật ghép kênh 17

2.3.2 Các mạng quang thế hệ 2 18

2.4 Lớp quang 20

Tổng kết 27

Tài liệu tham khảo 27

Thuật ngữ viết tắt

DSL Digital Subcriber Line kênh thuê bao số

FDM Frequency division multiplexing ghép kênh phân chia theo tần số ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet LAN Local Area Network mạng máy tính cục bộ

MAN Metropolitan Area Network mạng đô thị

MPLS MultiProtocol Label Switching Chuyển Mạch Nhãn Đa Giao

ThứcPSTN Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch

công cộng SDH Synchronous Digital Hierarchy Phân cấp số đồng bộ

SONET Synchronous optical networking Mạng quang đồng bộ

OADM Optical add-drop multiplexer bộ ghép kênh xen/kẽ quang

OTDM Optical Time Division Multiplexing ghép kênh quang phân chia theo

thời gian

TDM Time Division Multiplexing ghép kênh phân chia theo thời

gian

WDM Wavelength Division Multiplexing ghép kênh phân chia theo bước

sóng

Chương 1: Giới thiệu về hệ thống truyền tin

Những hệ thống truyền tin cụ thể mà con người đã sử dụng và khai thác có rất nhiều dạng và khi phân loại chúng trên nhiều cơ sở khác nhau Một số ví dụ về cách phân loại đó là phân loại trên cơ sở năng lượng mang tin, dựa trên biểu hiệu bên ngoài của thông tin Truyền tin là dịch chuyển thông tin từ điểm này đến điểm khác trong một môi trường xác định Hai điểm đó gọi là điểm nguồn tin và điểm nhận tin Môi trường truyền tin gọi là kênh tin

1.1 Nguồn tin nguyên thủy

Là tập hợp những tin nguyên thủy (chưa qua phép biến đổi nào) ví dụ: tiếng nói, hình ảnh… Các tin nguyên thủy phần nhiều là những hàm liên tục theo thời gian f(t) hoặc là những hàm biến đổi theo thời gian

Thông thường các tin nguyên thủy mang tính chất liên tục theo thời gian và mức; nghĩa là có thể biểu diễn một thông tin nào đó dưới dạng một hàm s(t) tồn tại trong quãng thời gian T và lấy cá giá trị bất kỳ trong phạm vi

Hình 1.1 Ví dụ về tín hiệu nguyên thủy

Những tin nguyên thủy có thể được đưa trực tiếp vào kênh để truyền đi Cũng có thể bằng những phép biến đổi nhân tạo như rời rạc hóa theo thời gian và theo mức rồi đưa vào kênh truyền Lúc này tin trước khi vào kênh là đã thành tin rời rạc Nguồn tin lúc này gọi là nguồn tin rời rạc và kênh tin gọi là kênh tin rời rạc để phân biệt với trường hợp đưa tin liên tục vào kênh gọi là nguồn tin liên tục và kênh liên tục

Nói chung các tin rời rạc, nguyên thủy rời rạc hoặc nguyên thủy liên tục đã được rời rạc hóa, trước khi đưa vào kênh thông thường đều qua thiết bị mã hóa

Thiết bị mã hóa biến đổi tập hợp tin nguyên thủy thành tập hợp những tin thích hợp với đặc điểm cơ bản của kênh như thông lượng, tính chất tín hiệu và tạp nhiễu Tóm lại mã hóa là phép biến đổi tính thống kê và tính chống nhiễu của nguồn tin

Để nghiên cứu định lượng nguồn tin cũng như hệ thống truyền tin, chúng ta

có thể mô hình hóa toán học nguồn tin bằng bốn quá trình sau:

- Quá trình ngẫu nhiên liên tục: nguồn tiếng nói, âm nhạc, hình ảnh là tiểu biểu cho quá trình này

- Quá trình ngẫu nhiên rời rạc: một quá trình ngẫu nhiên liên tục sau khi được lượng tử hóa theo mức sẽ trở thành quá trình này Một ngôn ngữ, tín hiệu điện tín, các lệnh điều khiển là nguồn rời rạc này

- Dãy ngẫu nhiên liên tục: Đây là trường hợp một nguồn liên tục đã được mã hóa theo thời gian

- Dãy ngẫu nhiên rời rạc: trong các hệ thống thông tin xung có lượng tử hóa như điều biên (pha, tần) xung lượng tử hóa, điều xung mã (PCM)

Ta biết rằng tín hiệu có thể truyền lan trong nhiều môi trường khác nhau Khi tín hiệu đi qua các môi trường như vậy ngoài sự biến đổi năng lượng, dạng của tín hiệu cũng bị thay đổi do tác động của tạp nhiễu tồn tại trong các môi trường vật lý đó hoặc do phương thức truyền lan, sự biến đổi các thông số vật lý của môi trường gây

ra sự điều chế tín hiệu không cần thiết Rõ ràng tác động của nhiễu lên tín hiệu tiêu biểu cho môi trường truyền lan của tín hiệu Vậy có thể lấy tạp nhiễu làm đặc tính chung của môi trường truyền lan và lấy sự phân tích, phân loại tạp nhiễu để phân tích và phân loại môi trường Tuy rằng trong thực tế môi trường truyền lan rất khác nhau, chúng ta vẫn có thể quy nạp về các dạng cơ bản sau:

- Môi trường trong đó nhiễu cộng là chủ yếu

- Môi trường trong đó nhiễu nhân là chủ yếu

- Môi trường gồm cả nhiễu cộng và nhiễu nhân

Ngoài ra trong trường hợp truyền tin xảy ra giữa hai vật di động so với nhau, tín hiệu sẽ bị điều tần phụ do hiệu ứng Doppler gây nên, chúng ta xếp riêng một loại gọi là kênh hiệu ứng doppler

Tóm lại để mô tả kênh chúng ra dùng mạng hai cửa và sự quan hệ giữa tín hiệu đầu ra với tín hiệu đầu vào như hình

Hình 1.2 Mô hình kênh với tín hiệu vào ra

Với giả thiết rằng mạng hai cửa này có hàm truyền đơn vị (bằng 1) trên mọi tần số và trên toàn miền thời gian, chúng ta có:

𝑆𝑟(𝑡) = 𝑁𝑛(𝑡)𝑆𝑣(𝑡) + 𝑁𝑐 (𝑡) trong đó 𝑁𝑛(𝑡) ký hiệu cho nhiễu nhân và 𝑁𝑐 (𝑡) ký hiệu cho nhiễu cộng Nhiễu cộng sinh ra một tín hiệu ngẫu nhiên không mong muốn và tác động cộng thêm vào tín hiệu ở đầu ra Nhiễu cộng là do các nguồn nhiễu công nghiệp và vũ trụ tạo ra, luôn luôn tồn tại trong các môi trường truyền lan tín hiệu Dải phổ của nhiễu cộng rất rộng, cho nên với bất kỳ tín hiệu có phổ ở đoạn tần số nào, chúng cũng tạo thành một nền trùm lên tín hiệu

Nhiễu nhân, tác động nhân vào tín hiệu, gây ra do phương thức truyền lan của tín hiệu hay là sự thay đổi thông số vật lý của bộ phận môi trường truyền lan khi tín hiệu đi qua Trong trường hợp đầu nhiễu sẽ tác động nhanh lên tín hiệu và tác động chậm trong trường hợp thứ hai vì các biến động của môi trường thường xảy ra với những chu kỳ vài phút đến vài giờ Hiện tượng này thường gặp khi thu các tín hiệu vô tuyến ở dải sóng ngắn bằng nhiều con đường truyền lan khác nhau tùy theo sai trình của các đường đó thay đổi làm cho tổng cường độ điện trường ở đầu thu biến đổi, gây ra biên độ tín hiệu thu khi lớn khi bé và đôi khi mất hẳn, gọi là hiện tượng fading

Các kênh tin trong thực tế không đảm bảo đặc tính xung hoặc đặc tính tần số đơn vị nên công thức tính tín hiệu ra là:

𝑆𝑣(𝑡) = 𝑎(𝑡) cos [𝑤(𝑡) − 𝛩(𝑡)]

Các thông số biên độ a(t), tần số w(t) hay góc pha 𝛩(𝑡) biến đổi theo quy luật của thông tin để mang tin và nhiều tác động sẽ làm thay đổi các thông số này làm sai lạc thông tin

1.3 Nhận tin

Nhận tin là đầu cuối của hệ thống truyền tin Nhận tin thường gồm có bộ nhận biết thông tin được phát và xử lý thông tin Bộ xử lý thông tin có thể là người, cũng có thể là thiết bị Nếu bộ phận xử lý thông tin là thiết bị tự động chúng ta có một hệ thống truyền tin tự động

Vì tín hiệu nhận được ở đầu ra của kênh là một hỗn hợp tín hiệu và tạp nhiễu xảy ra trong kênh, nên nói chung tín hiệu ra không giống với tín hiệu đưa vào kênh Nhiệm vụ chính cần thực hiện tại nhận tin là từ tín hiệu nhận được y(t) phải xác định được x(t) nào được đưa vào đầu vào của kênh Bài toán này được gọi là phục hổi tín hiệu tại điểm thu

1.4 Những vấn đề cơ bản của hệ thống truyền tin

Các vấn đề cơ bản của hệ thống truyền tin gồm có:

- Hiệu suất truyền tin hay tốc độ truyền tin của hệ thống Đó là lượng thông tin

hệ thống cho phép truyền đi trong một đơn vị thời gian

- Độ chính xác truyền tin (hay khả năng chống nhiễu của hệ thống)

Yêu cầu tối đa với bất kỳ một hệ thống truyền tin nào là thực hiện được sự truyền tin nhanh chóng và chính xác Những cơ sở lý thuyết nói ở trong các phần sau giải đáp những vấn đề này Những khái niệm về lý thuyết thông tin cho biết giới hạn tốc độ truyền tin trong một kênh tin, nghĩa là khối lượng thông tin lớn nhất mà kênh cho truyền qua với độ sai nhỏ tùy ý

Khi sự truyền tin tiến hành trên những cự ly rất lớn, người ta thường dùng năng lượng mang tin là sóng điện từ Trong trường hợp này nếu công suất máy phát bị hạn chế, năng lượng tín hiệu và tạp nhiễu ở đầu thu sẽ xấp xỉ bằng nhau, một vấn đề

lý thuyết đặt ra là xác định cấu trúc của thiết bị thu tín hiệu lý tưởng, nghĩa là có thể phát hiện và tách tín hiệu trong nền tạp âm lớn

Trong nhiều trường hợp nguồn tin nguyên thủy là liên tục nhưng dùng kênh rời rạc để truyền tin Vậy nguồn liên tục trước khi mã hóa phải được rời rạc hóa Để xác minh phép biến đổi nguồn liên tục thành nguồn rời rạc là một phép biến đổi tương đương 1-1 về mặt thông tin, trước tiên chúng ta khảo sát cơ sở lý thuyết của phép rời rạc hóa gồm các định lý lấy mẫu và quy luật lượng tử hóa

Sự xác minh tính đúng đắn về phương diện lý thuyết phép rời rạc hóa là một phép biến đổi tương đương không những có một ý nghĩa to lớn về thực nghiệm

mà về mặt lý thuyết cũng có một ý nghĩa rõ rệt Nhờ đó mà những điều đã được khảo sát và kết luận trong hệ thống rời rạc có thể mở rộng trong các hệ thống liên tục mà sự khảo sát trực tiếp sẽ làm nảy sinh nhiều vấn đề khó khăn về phương pháp

Chương 2: Giới thiệu về mạng truyền thông quang

Bắt đầu thiên niên kỷ mới, chúng ta đang thấy những thay đổi đáng kể trong ngành viễn thông có ý nghĩa sâu rộng đối với đời sống con người Có nhiều lý giải cho những thay đổi này Đầu tiên và quan trọng nhất là nhu cầu có thêm dung lượng trong mạng luôn liên tục và không ngừng Sự phát triển vượt bậc của Internet và

World Wide Web, cả về số lượng người dùng và thời gian sử dụng Và do đó băng thông được sử dụng bởi mỗi người dùng là một yếu tố được quan tâm hàng đầu Lượng người truy cập Internet đã tăng nhanh liên tục trong nhiều năm Các ước tính

về tăng trưởng đã thay đổi đáng kể trong những năm qua Bất chấp các thay đổi, những ước tính tăng trưởng luôn ở mức cao, với những ước tính gần đây là khoảng 50% hàng năm Trong khi đó, các công nghệ truy cập băng thông rộng như Kênh thuê bao kỹ thuật số (DSL) và modem cáp đang được triển khai rộng rãi

Đồng thời, các doanh nghiệp ngày nay dựa vào mạng tốc độ cao để điều hành công việc Các mạng này được sử dụng nhằm kết nối nhiều vị trí với nhau trong một công ty cũng như giữa các công ty để giao dịch giữa các doanh nghiệp Các tập đoàn lớn từng thuê đường truyền 155 Mb/s để kết nối các mạng nội bộ của

họ, ngày nay họ thường thuê các kết nối 1 Gb/s

Tồn tại mối tương quan chặt chẽ giữa sự gia tăng nhu cầu và chi phí của băng thông Các tiến bộ công nghệ đã thành công trong việc giảm giá băng thông Chi phí băng thông giảm lại thúc đẩy sự phát triển của một bộ ứng dụng mới sử dụng nhiều băng thông hơn Một ví dụ đơn giản là khi các cuộc gọi điện thoại ngày càng rẻ hơn, mọi người dành nhiều thời gian hơn trên điện thoại Điều này thúc đẩy nhu cầu về băng thông rộng hơn trong mạng Chu kỳ tích cực này sẽ không có dấu hiệu giảm bớt trong tương lai gần

Một yếu tố khác gây ra những thay đổi lớn trong ngành là việc bãi bỏ quy định ngành điện thoại Một thực tế là các công ty độc quyền cản trở sự tiến bộ nhanh chóng Các công ty độc quyền mất thời gian để thích ứng với những thay đổi

và không có động cơ để giảm chi phí và cung cấp các dịch vụ mới Bãi bỏ quy định đối với những công ty độc quyền này đã kích thích cạnh tranh trên thị trường, do đó

đã dẫn đến chi phí thấp hơn cho người dùng, triển khai nhanh hơn các công nghệ và dịch vụ mới Bãi bỏ quy định cũng đã dẫn đến việc thành lập một số nhà cung cấp dịch vụ mới cũng như các công ty mới thành lập cung cấp thiết bị cho các nhà cung cấp này

Trước đây các mạng, kế thừa được thiết kế để hỗ trợ hiệu quả giọng nói hơn

là dữ liệu Ngày nay, các dịch vụ truyền tải dữ liệu có tính phổ biến và có khả năng cung cấp dịch vụ chất lượng để mang lại hiệu suất nhạy cho các ứng dụng như thoại

và video thời gian thực

Những yếu tố này đã thúc đẩy sự phát triển của mạng quang dung lượng cao

và sự chuyển đổi nhanh chóng đáng kể của họ từ các phòng thí nghiệm nghiên cứu sang triển khai thương mại

2.1 Kiến trúc mạng truyền thông quang

Các nhà cung cấp dịch vụ trước đây chủ yếu là các công ty điện thoại, nhưng ngày nay có rất nhiều nhà mạng hoạt động theo các mô hình kinh doanh khác nhau, nhiều người trong số họ thậm chí không cung cấp dịch vụ thoại Ngoài các nhà cung

cấp truyền thống cung cấp thoại và các dịch vụ kênh thuê riêng, ngày nay có các nhà cung cấp dịch vụ chuyên kết nối với Các nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP), các nhà cung cấp dịch vụ cung cấp số lượng lớn băng thông cho các nhà cung cấp dịch vụ khác và thậm chí có cả các nhà cung cấp dịch vụ ảo-cung cấp dịch vụ mà không sở hữu bất kỳ cơ sở hạ tầng nào

Mạng riêng là mạng do các tập đoàn sở hữu và điều hành để sử dụng nội bộ Nhiều tập đoàn dựa vào nguồn lực lực do các mạng công cộng cung cấp để triển khai các mạng riêng của họ, nếu các mạng này đi qua đất công, họ cần có giấy phép

để xây dựng mạng Mạng kéo dài giữa các tòa nhà, nhiều nhất là vài km được gọi là mạng cục bộ (LAN); những cái trải dài trong khuôn viên trường hoặc khu đô thị, thường từ hàng chục đến vài trăm km, được gọi là mạng đô thị (MAN); và các mạng trải dài khoảng cách thậm chí xa hơn, từ hàng trăm đến hàng nghìn km, được gọi là mạng diện rộng (WAN)

Hình 2.1 mô tả tổng quan về kiến trúc mạng quang công cộng điển hình Mạng rất rộng lớn và phức tạp, các phần khác nhau của mạng có thể được sở hữu và được vận hành bởi các nhà cung cấp dịch vụ khác nhau Các nút trong mạng là các trung tâm điều khiển, còn được gọi là điểm hiện diện (POPs) (Trong một số trường hợp, POP dùng để chỉ các nút "nhỏ" và các trung tâm đề cập đến các nút “lớn”.) Liên kết giữa các nút bao gồm các cặp sợi hoặc nhiều cặp sợi Liên kết trong mạng đường dài rất tốn kém để xây dựng Nên cấu trúc liên kết của nhiều mạng đường dài Bắc Mỹ khá thưa thớt Ở Châu Âu, liên kết ngắn hơn và cấu trúc có xu hướng dày đặc hơn Đồng thời, bắt buộc phải cung cấp các đường dẫn thay thế trong trường hợp một số liên kết bị lỗi Những hạn chế này dẫn đến việc triển khai rộng rãi các cấu trúc liên kết vòng, đặc biệt là ở Bắc Mỹ Các vòng khá thưa thớt (chỉ có hai liên kết trên mỗi nút) nhưng vẫn cung cấp một đường dẫn thay thế để định tuyến lại lưu lượng truy cập Trong nhiều trường hợp, một mạng chia lưới được thực hiện dưới dạng các mạng vòng kết nối với nhau

Ở cấp độ cao, mạng có thể được chia thành mạng đô thị và mạng đường dài Mạng đô thị là một phần của mạng nằm trong một thành phố lớn hoặc một khu vực Mạng đường dài kết nối các thành phố hoặc các vùng khác nhau Mạng đô thị bao gồm một mạng lưới truy cập đô thị và một mạng liên trạm Mạng truy cập mở rộng

từ văn phòng trung tâm đến các doanh nghiệp hoặc nhà riêng lẻ (thông thường là các nhóm nhà thay vì nhà riêng lẻ) Phạm vi tiếp cận của mạng truy cập thường là một vài km và nó chủ yếu thu thập lưu lượng truy cập từ vị trí của khách hàng vào mạng của nhà cung cấp dịch vụ Do đó, hầu hết lưu lượng truy cập trong mạng truy cập được tập trung tại văn phòng trung tâm của nhà cung cấp Mạng liên trạm kết nối các nhóm văn phòng trung tâm trong một thành phố hoặc khu vực Mạng này thường kéo dài vài km đến vài chục km giữa các văn phòng Mạng đường dài kết nối các thành phố, khu vực khác nhau và trải dài hàng trăm đến hàng nghìn km giữa các văn phòng trung tâm Trong vài trường hợp, một phần khác của mạng cung cấp

sự chuyển giao giữa mạng đô thị và mạng đường dài, đặc biệt khi mạng được vận

hành bởi các nhà cung cấp dịch vụ khác nhau Ngược lại với mạng truy cập, sự

phân bổ trong mạng đô thị và mạng đường dài là chia lưới (hoặc phân tán) Khoảng

cách minh họa ở đây rất khác nhau dựa trên vị trí của mạng

Hình 2.1 Các thành phần mạng công cộng

Mạng trong hình 2.1 là mạng trên mặt đất Cáp quang cũng được sử dụng

rộng rãi trong các mạng lưới dưới biển Các mạng lưới dưới biển có thể trải dài từ

vài trăm km đến vài ngàn km đối với các tuyến vượt Đại Tây Dương và Thái Bình

Dương

2.2 Dịch vụ, chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói

Nhiều loại dịch vụ được đưa ra bởi các nhà cung cấp cho khách hàng của họ

Trong nhiều trường hợp, đây là các dịch vụ hướng kết nối, trong đó có khái niệm

kết nối giữa hai hoặc nhiều bên trên một mạng cơ sở Sự khác biệt nằm ở băng

thông của kết nối và loại mạng cơ sở mà kết nối được hỗ trợ, điều này có tác động

đáng kể đến việc đảm bảo chất lượng dịch vụ cung cấp cho khách hàng Mạng cũng

có thể cung cấp dịch vụ không kết nối

Có hai loại cơ sở hạ tầng mạng trên cách lưu lượng được ghép kênh và

chuyển mạch trong mạng: chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói Hình 2.2 minh

họa một số khác biệt trong ghép kênh sử dụng trong những trường hợp này

Mạng chuyển mạch kênh cung cấp các kết nối chuyển mạch kênh cho khách

hàng của nó Trong chuyển mạch kênh, một lượng băng thông đảm bảo được phân

bổ cho mỗi kết nối và luôn sẵn sàng cho kết nối, ngay khi kết nối được thiết lập

Tổng băng thông của tất cả các mạch hoặc kết nối trên một liên kết phải nhỏ hơn

băng thông liên kết

Hình 2.2 Các kiểu ghép kênh phân chia thời gian

(a) cố định, (b) thống kê

Ví dụ phổ biến nhất về mạng chuyển mạch kênh là mạng điện thoại chuyển mạch công cộng (PSTN), cung cấp kết nối cố định cho người dùng cuối với lượng băng thông cố định (thường khoảng 4 kHz) ngay khi kết nối được thiết lập Mạch này được chuyển đổi thành mạch kỹ thuật số 64 kb/s tại văn phòng trung tâm của hãng vận chuyển, được thiết kế để hỗ trợ luồng giọng nói và hoạt động tốt cho ứng dụng này

Các dịch vụ chuyển mạch kênh ngày nay bao gồm các mạch ở nhiều tốc độ bit khác nhau, từ mạch thoại 64 kb/s cho đến vài Gb/s Các kết nối này thường được một nhà cung cấp dịch vụ cho khách hàng của mình thuê và duy trì trong thời gian khá dài, từ vài ngày đến vài tháng đến hàng năm đi cùng băng thông trên kết nối tăng lên Các dịch vụ này còn được gọi là dịch vụ đường dây riêng PSTN phù hợp với danh mục này với một điểm khác biệt quan trọng- trong PSTN, người dùng quay số và thiết lập kết nối giữa họ, trong khi với các dịch vụ đường dây riêng, nhà cung cấp thường thiết lập kết nối bằng hệ thống quản lý Tình hình này đang thay đổi và sau này chắc chắn người dùng quay số cho đường dây riêng tốc độ cao hơn, đặc biệt là khi thời lượng kết nối giảm xuống

Vấn đề của chuyển mạch kênh là nó không hiệu quả trong việc xử lý lưu lượng dữ liệu nhanh Một ví dụ về luồng lưu lượng truy cập nhanh là lưu lượng truy cập từ người dùng gõ trên bàn phím Khi người dùng nhập, các bit được truyền với tốc độ ổn định nhanh hoặc chậm Khi người dùng dừng, không có lưu lượng truy cập Một ví dụ khác là duyệt Web Khi người dùng đang nhìn vào màn hình tải

liên kết, một trang mới cần được tải xuống càng sớm càng tốt từ mạng Do đó, một luồng liên tục đòi hỏi nhiều băng thông từ mạng bất cứ khi nào nó hoạt động và rất

ít băng thông khi nó không hoạt động Nó thường được đặc trưng bởi băng thông trung bình và băng thông đỉnh, tương ứng với tốc độ bùng nổ trung bình trong dài hạn và ngắn hạn Trong mạng chuyển mạch kênh, phải dự trữ đủ băng thông để xử

lý tốc độ cao nhất và băng thông này thường không dùng đến

Chuyển mạch gói được phát minh để giải quyết vấn đề truyền tải lưu lượng

dữ liệu nhanh một cách hiệu quả Trong mạng chuyển mạch gói, luồng dữ liệu được chia thành các gói dữ liệu nhỏ Các gói này được ghép cùng với các gói từ các luồng dữ liệu khác bên trong mạng Các gói được chuyển bên trong mạng dựa trên đích của chúng Để tạo điều kiện thuận lợi cho việc chuyển này, một tiêu đề gói được thêm vào trọng tải trong mỗi gói Tiêu đề mang thông tin địa chỉ, ví dụ, địa chỉ đích hoặc địa chỉ của nút tiếp theo trong đường dẫn Các nút trung gian đọc tiêu đề

và xác định nơi chuyển gói dựa trên thông tin chứa trong tiêu đề Tại đích, các gói thuộc một luồng cụ thể sẽ được nhận và luồng dữ liệu được kết hợp lại với nhau Ví

dụ chủ yếu của mạng chuyển mạch gói là Internet, sử dụng Giao thức Internet (IP)

để định tuyến các gói từ nguồn đến đích của chúng

Chuyển mạch gói sử dụng một kỹ thuật được gọi là ghép thống kê khi ghép nhiều luồng dữ liệu nhanh với nhau trên một liên kết Vì mỗi luồng dữ liệu đều có thể hoạt động, nên có khả năng tại bất kỳ thời điểm nào, chỉ một số luồng hoạt động còn những luồng khác thì không Xác suất để tất cả các luồng hoạt động đồng thời

là khá nhỏ Do đó băng thông yêu cầu trên liên kết có thể nhỏ hơn đáng kể so với băng thông yêu cầu khi tất cả các luồng hoạt động đồng thời

Ghép kênh thống kê cải thiện việc sử dụng băng thông nhưng dẫn đến một số ảnh hưởng lớn khác Nếu nhiều luồng hoạt động đồng thời vượt quá độ rộng băng tần có sẵn trên liên kết, thì một số gói sẽ phải được xếp hàng đợi hoặc vào bộ đệm cho đến khi liên kết trở lại bình thường Do đó, độ trễ mà một gói tin trải qua phụ thuộc vào có bao nhiêu gói tin được xếp hàng trước nó Do đó, độ trễ mà một gói tin trải qua phụ thuộc vào có bao nhiêu gói tin được xếp hàng trước nó Điều này làm cho độ trễ là một tham số ngẫu nhiên Đôi khi, lưu lượng truy cập có thể cao đến mức khiến bộ đệm tràn khiến một số gói phải được loại bỏ khỏi mạng Thông thường, một giao thức truyền tải lớp cao hơn, chẳng hạn như giao thức điều khiển truyền (TCP) trong Internet, phát hiện điều này và đảm bảo rằng các gói này được truyền lại Trên hết, một mạng chuyển mạch gói truyền thống thậm chí không hỗ trợ khái niệm về một kết nối Các gói thuộc về một kết nối được xử lý như các thực thể độc lập và các gói khác nhau có thể đi các tuyến đường khác nhau thông qua mạng Đây là trường hợp của các mạng sử dụng IP Loại dịch vụ không kết nối này được gọi là dịch vụ datagram Điều này dẫn đến nhiều biến thể hơn về độ trễ do các gói khác nhau gây ra và cũng buộc giao thức truyền tải lớp cao hơn phải gửi lại các gói tin đến không theo trình tự tại điểm đến của chúng