(TIỂU LUẬN) báo cáo đồ án MẠNG VIỄN THÔNG NHÓM 3 đề tài 8 tìm ĐƯỜNG TRONG CHUYỂN MẠCH

Quá trình chuyển mạch được thực hiện tại các nút chuyển mạch, trong mạng chuyển mạch kênh thường được gọi là hệ thống chuyển mạch tổng đài trong mạng chuyển mạch gói thường được gọi là t

KHOA: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG CHUYÊN NGÀNH: VIỄN THÔNG - MẠNG



BÁO CÁO ĐỒ ÁN MẠNG VIỄN THÔNG

NHÓM 3

ĐỀ TÀI 8: TÌM ĐƯỜNG TRONG CHUYỂN MẠCH

GVHD: Th.S TRẦN THỊ HUỲNH VÂN

TP.Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2021

NHÓM: 3

1 Hoàng Bảo Ân(TB) 18200001

MỤC LỤC:

LỜI NÓI ĐẦU 4

I ĐỊNH NGHĨA: 5

1 Chuyển mạch: 5

2 Tìm đường trong chuyển mạch: 5

II PHÂN LOẠI: 6

1 Chuyển mạch kênh (circuit switching): 6

2 Chuyển mạch tin (message switching) : 7

3 Chuyển mạch gói (packet switching): 7

4 Một số loại chuyển mạch khác: 10

a Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) 10

III TÌM ĐƯỜNG TRONG CHUYỂN MẠCH: 11

1 Tìm đường trong chuyển mạch kênh: 11

a FHR – Fixed Hierarchical Routing : 12

b DNHR – Dynamic Nonhierarchical Routing : 14

2 Tìm đường trong chuyển mạch gói 17

a Chức năng: 17

b Phân biệt kĩ thuật định tuyến : 17

3 Chiến thuật tìm đường : 18

a Fixed Routing 18

b Flooding Routing 18

c Random Routing 18

d Adaptive Routing 18

4 Thuật toán: 19

a Distance Vector Algorithm: 19

b Link State Algorithm: 20

5 Đánh giá, so sánh: 21

a Bellman - Ford: 21

b Dijkstra: 22

IV QUALITY OF SERVICE (QoS): 22

1 Mục tiêu: 22

a Đáp ứng đòi hỏi về QoS của các luồng dữ liệu: 22

b Tối ưu hệ số sử dụng tài nguyên mạng: 22

c Hiệu suất mạng không bị giảm đáng kể khi có sự cố xuất hiện như tắc nghẽn: 22

2

2 Các kiểu định tuyến và khó khăn 22

a Một số kiểu định tuyến được phát triển 22

b Định tuyến hỗ trợ QoS cũng gặp một số khó khăn nhất định: 23

3 Cách tiếp cận bài toán tìm đường: 23

a Định tuyến tập trung: 23

b Định tuyến phân tán: 23

c Định tuyến phân cấp: 23

4 Chi phí: 24

a Chi phí giao thức: 24

b Chi phí yêu cầu xử lí: 24

c Chi phí lưu trữ thông tin: 24

V ỨNG DỤNG: 24

TÀI LIỆU THAM KHẢO 26

LỜI NÓI ĐẦU

Nhiều công trình khoa học ra đời theo thời gian, chất lượng cuộc sống ngày càng cải

thiện Do đó nhu cầu trao đổi thông tin cũng không ngừng tăng Việc trao đổi thông tin giữa

con người ở những khoảng cách khác nhau được đặt ra Cùng với sự phát triển của khoa học

và công nghệ, Mạng viễn thông ra đời và đáp ứng hầu hết những yêu cầu của con người

Việc truyền thoại, số liệu đã trở nên rất đơn giản Kỹ thuật chuyển mạch là một trong những

kỹ thuật mấu chốt trong các mạng truyền thông

Lần này, nhóm chúng em được thử sức với đề tài “Tìm đường trong chuyển mạch” ở

bộ môn Mạng viễn thông Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến cô Vân – GV phụ trách bộ môn

Mạng viễn thông đã giúp chúng em một phần hoàn thành đề tài này Tiếp thêm những kiến

thức cơ bản quan trọng và bổ ích về chuyên ngành

Trong quá trình tìm hiểu và hoàn thành không tránh những thiếu sót Vì vậy rất mong

nhận được sự góp ý của cô và các bạn

Chúng em xin chân thành cảm ơn

NHÓM 8

I ĐỊNH NGHĨA:

1 Chuyển mạch:

Chuyển mạch là một quá trình thực hiện đấu nối và chuyển thông tin cho người sử dụng

thông qua hạ tầng mạng viễn thông Nói cách khác, chuyển mạch trong mạng viễn thông bao

gồm chức năng định tuyến cho thông tin và chức năng chuyển tiếp thông tin

Quá trình chuyển mạch được thực hiện tại các nút chuyển mạch, trong mạng chuyển

mạch kênh thường được gọi là hệ thống chuyển mạch (tổng đài) trong mạng chuyển mạch

gói thường được gọi là thiết bị định tuyến (bộ định tuyến)

Xét về mặt công nghệ, chuyển mạch chia thành hai loại cơ bản: chuyển mạch kênh và

chuyển mạch gói Mặt khác, chuyển mạch còn được chia ra thành bốn kiểu: chuyển mạch

kênh, chuyển mạch bản tin, chuyển mạch gói và chuyển mạch tế bào

2 Tìm đường trong chuyển mạch:

Chuyển mạch trong mạng máy tính giúp quyết định đường tốt nhất để truyền dữ liệu nếu

có nhiều đường khác nhau trong một mạng lớn

Cung cấp kết nối one-to-one giữa 2 node đầu và cuối

Yêu cầu:

- Xử lí được tải trên mạng vào giờ cao điểm

- Giảm thiểu số lượng thiết bị trong mạng (node và trunk)

- Có những trường hợp lưu thông trên mạng vượt quá tải thiết kế Mạng phải đảm bảo hoạt động ở mức độ nào đó trong những trường hợp mạng như vậy

II PHÂN LOẠI:

1 Chuyển mạch kênh (circuit switching):

Một đặc trưng nổi bật của kĩ thuật này là hai trạm muốn trao đổi thông tin với nhau thì

giữa chúng sẽ được thiết lập một “ kênh” (circuit) cố định, kênh kết nối này được duy trì và

dành riêng cho hai trạm cho tới khi cuộc truyền tin kết thúc Thông tin cuộc gọi là trong

suốt Quá trình thiết lập cuộc gọi tiến hành gồm 3 giai đoạn:

mạng thành một tuyến (kênh) duy nhất dành riêng cho cuộc gọi Kênh này đối với PSTN là 64kb/s (do bộ

mã hóa PCM có tốc độ lấy mẫu tiếng nói 8kb/s và được mã hóa

8 bit)

- Giai đoạn truyền tin: Thông tin cuộc gọi là trong suốt Sự trong suốt thể hiện qua hai

yếu tố: thông tin không bị thay đổi khi truyền qua mạng và độ trễ nhỏ

- Giai đoạn giải phóng (huỷ bỏ) kết nối: Sau khi cuộc gọi kết thúc, kênh sẽ được giải phóng

để phục vụ cho các cuộc gọi khác

Qua đó, ta nhận thấy mạng chuyển mạch kênh có những ưu điểm nổi bật như chất lượng

đường truyền tốt, ổn định, có độ trễ nhỏ Các thiết bị mạng của chuyển mạch kênh đơn giản,

có tính ổn định cao, chống nhiễu tốt Nhưng ta cũng không thể không nhắc tới những hạn

chế của phương thức truyền dữ liệu này như:

- Sử dụng băng thông không hiệu quả: Tính không hiệu quả này thể hiện qua hai yếu tố Thứnhất, độ rộng băng thông cố định 64k/s Thứ hai là kênh là dành riêng cho một cuộc gọi nhất định.Như vậy, ngay cả khi tín hiệu thoại là “lặng” (không có dữ liệu) thì kênh vẫn không được chia sẻ chocuộc gọi khác

- Tính an toàn: Do tín hiệu thoại được gửi nguyên bản trên đường truyền nên rất dễ bị nghetrộm Ngoài ra, đường dây thuê bao hoàn toàn có thể bị lợi dụng để ăn trộm cước viễn thông

- Khả năng mở rộng của mạng kênh kém: Thứ nhất là do cơ sở hạ tầng khó nâng cấp vàtương thích với các thiết bị cũ Thứ hai, đó là hạn chế của hệ thống báo hiệu vốn đã được sử dụng từtrước đó không có khả năng tùy biến cao

6

2 Chuyển mạch tin (message switching) :

- Là loại phục vụ sự trao đổi thông tin giữa các bản tin như điện tín, thư điện tử

- Thiết bị đầu cuối gửi đến node chuyển mạch các thông tin về địa chỉ

- Tại đây, bản tin được thu nhận, xử lý rồi chờ được chuyển đi

- Thông tin được gửi đi như một đơn vị đầy đủ và chuyển tiếp tại các node trung chuyển bằngstore and forward mechanism

- Không phù hợp cho streaming media và các ứng dụng thời gian thực do các bản tin sau khi được tiếp nhận phải chờ mới được chuyển đi

3 Chuyển mạch gói (packet switching):

Trong chuyển mạch gói mỗi bản tin được chia thành các gói tin (packet), có khuôn dạng

được quy định trước Trong mỗi gói cũng có chứa thông tin điều khiển: địa chỉ trạm nguồn,

địa chỉ trạm đích và số thứ tự của gói tin,… Các thông tin điều khiển được tối thiểu, chứa

các thông tin mà mạng yêu cầu để có thể định tuyến được cho các gói tin qua mạng và đưa

nó tới đích Tại mỗi node trên tuyến gói tin được nhận, nhớ và sau đó thì chuyển tiếp cho tới

chạm đích Vì kỹ thuật chuyển mạch gói trong quá trình truyền tin có thể được định tuyến

động để truyền tin Điều khó khăn nhất đối với chuyển mạch gói là việc tập hợp các gói tin

để tạo bản tin bản đầu đặc biệt là khi mà các gói tin được truyền theo nhiều con đường khác

nhau tới trạm đích Chính vì lý do trên mà các gói tin cần phải được đánh dấu số thứ tự, điều

này có tác dụng, chống lặp, sửa sai và có thể truyền lại khi hiên tượng mất gói xảy ra

Các ưu điểm của chuyển mạch gói:

- Mềm dẻo và hiệu suất truyền tin cao: Hiệu suất sử dụng đường truyền rất cao vì trongchuyển mạch gói không có khái niệm kênh cố định và dành riêng, mỗi đường truyền giữa các node cóthể được các trạm cùng chia sẻ cho để truyền tin, các gói tin sắp hàng và truyền theo tốc độ rất nhanhtrên đường truyền

- Khả năng truyền ưu tiên: Chuyển mạch gói còn có thể sắp thứ tự cho các gói để có thểtruyền đi theo mức độ ưu tiên Trong chuyển mạch gói số cuộc gọi bị từ chối ít hơn nhưng phải chấpnhận một nhược điểm vi thời gian trễ sẽ tăng lên

- Khả năng cung cấp nhiều dịch vụ thoại và phi thoại

- Thích nghi tốt nếu như có lỗi xảy ra: Đặc tính này có được là nhờ khả năng định tuyến động của mạng

Bên cạnh những ưu điểm thì mạng chuyển mạch gói cũng bộc lộ những nhược điểm như:

- Trễ đường truyền lớn: Do đi qua mỗi trạm, dữ liệu được lưu trữ, xử lý trước khi được truyền đi

- 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

- Tính bảo mật trên đường truyền chung là không cao.

a) Datagram:

Trong phương pháp này, mỗi gói được xử lý độc lập Ngay cả khi một gói là một phần

của cuộc truyền nhiều gói đi nữa thì mạng (và các chức năng lớp mạng) đều xử lý chúng như

là đơn lẻ Phương pháp này được gọi là datagram

Hình dưới đây cho thấy hướng datagram có thể dùng để chuyển giao 4 gói từ trạm A đến

trạm X Trong ví dụ này, tất cả bốn gói (hay datagram) đều thuộc về cùng một bản tin nhưng

có thể đi đến đích bằng nhiều đường dẫn khác nhau

Tuy nhiên phương pháp này có thể làm cho các gói đến đích không theo thứ tự, điều này

yêu cầu lớp vận chuyển trong hầu hết các giao thức để sắp xếp lại trước khi đi đến đích

Kết nối liên kết mỗi cặp của nút có thể gồm nhiều kênh Mỗi kênh này lại có thể mang

datagram từ một hay nhiều nguồn khác nhau Phương pháp đa hợp có thể dùng là TDM hay

FDM Một số đường trong mạng có thể chỉ dùng một kênh trong khi đường khác thì dùng

nhiều kênh

b) Chuyển mạch ảo:

Kênh ảo (VC: Virtual Circuit) là phương tiện truyền dữ liệu qua mạng chuyển mạch gói

theo cách mà nó có vẻ như có một liên kết vật lý chuyên dụng giữa nguồn và đích hệ thống

cuối của dữ liệu này Thuật ngữ mạch ảo đồng nghĩa với kết nối ảo

Trước khi kết nối hoặc mạch ảo có thể được sử dụng, nó phải được thiết lập giữa hai

hoặc nhiều nút hoặc ứng dụng phần mềm Sau đó, luồng bit hoặc luồng byte có thể được

phân phối giữa các nút

- Nối kết logic của kênh truyền được thiết lập trước khi truyền các gói gọi là kênh ảo

VC

- Giống như chuyển mạch kênh và kênh ảo sẽ được giải phóng khi kết thúc quá trình chuyển tin

Cùng một thời gian thì một PSE có thể có nhiều VC đến một PSE khác PSE: Packet

Switching Exchange (Tổng đài chuyển mạch gói);

Kênh ảo vĩnh viễn PVC (Permanent Virtual Circuit):

- PVC là phương thức thiết lập kênh ảo cố định giữa hai thuê bao cho dù có truyền dữ liệu hay không

- PVC có thể được xem như việc thuê kênh riêng, trong kiểu này thì kênh dẫn được thiết lậpmột lần ở thời điểm khởi tạo và sẽ được giải phóng khi hết nhu cấu sử dụng dịch vụ (hợp đồng).Giao tiếp mạch ảo tương tự như chuyển mạch kênh, vì cả hai đều là định hướng kết nối,

nghĩa là trong cả hai trường hợp, dữ liệu được phân phối theo đúng thứ tự và chi phí báo

hiệu là cần thiết trong giai đoạn thiết lập kết nối Tuy nhiên, chuyển mạch kênh cung cấp tốc

độ bit và độ trễ không đổi, trong khi những tốc độ này có thể khác nhau trong dịch vụ mạch

ảo do các yếu tố như:

- Độ dài hàng đợi gói khác nhau trong các nút mạng

- Tốc độ bit khác nhau được tạo ra bởi ứng dụng

- Tải khác nhau từ những người dùng khác chia sẻ cùng tài nguyên mạng bằng phương pháp ghép kênh thống kê , v.v

Mạch ảo lớp 4: Các giao thức lớp truyền tải định hướng kết nối như TCP có thể dựa vào

giao thức lớp mạng chuyển mạch gói không kết nối như IP , nơi các gói khác nhau có thể

được định tuyến qua các đường dẫn khác nhau, và do đó được giao không theo đơn đặt hàng

Tuy nhiên, có thể sử dụng TCP như một mạch ảo, vì TCP bao gồm việc đánh số phân đoạn

cho phép sắp xếp lại thứ tự ở phía người nhận để đáp ứng việc phân phối không theo thứ tự

Mạch ảo lớp 2/3: Lớp liên kết dữ liệu và lớp mạng các giao thức mạch ảo dựa trên

chuyển mạch gói hướng kết nối , nghĩa là dữ liệu luôn được phân phối dọc theo cùng một

đường dẫn mạng, tức là qua các nút giống nhau Ưu điểm của việc này so với chuyển mạch

gói không kết nối là: Hỗ trợ:

- Bảo lưu băng thông trong giai đoạn thiết lập kết nối, làm cho chất lượng dịch vụ (QoS) đượcđảm bảo Ví dụ, một lớp QoS tốc độ bit không đổi có thể được cung cấp, dẫn đến mô phỏng chuyểnmạch kênh

- Yêu cầu ít chi phí hơn vì các gói không được định tuyến riêng lẻ và thông tin địa chỉ hoànchỉnh không được cung cấp trong tiêu đề của mỗi gói dữ liệu Chỉ cần một mã

định danh kênh ảo (VCI) nhỏ trong mỗi gói Thông tin định tuyến chỉ được chuyển

đến các nút mạng trong giai đoạn thiết lập kết nối

- Các nút mạng nhanh hơn và có dung lượng cao hơn về lý thuyết vì chúng là các thiết bịchuyển mạch chỉ thực hiện định tuyến trong giai đoạn thiết lập kết nối, trong khi các nút mạng khôngkết nối là các bộ định tuyến thực hiện định tuyến cho từng gói tin riêng lẻ Việc chuyển đổi chỉ liênquan đến việc tra cứu mã nhận dạng kênh ảo trong bảng chứ không phải phân tích một địa chỉ hoànchỉnh Việc chuyển mạch có thể dễ dàng thực hiện trong phần cứng ASIC , trong khi việc định tuyếnphức tạp hơn và yêu cầu thực hiện phần mềm Tuy nhiên, do thị trường bộ định tuyến IP rộng lớn và

vì bộ định tuyến IP tiên tiến hỗ trợ chuyển mạch lớp 3 , bộ định tuyến IP hiện đại ngày nay có thểnhanh hơn bộ chuyển mạch cho các giao thức hướng kết nối

4 Một số loại chuyển mạch khác:

a Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS).

Chuyển mạch nhãn đa giao thức là công nghệ đưa ra phương thức cải tiến cho việc

chuyển tiếp gói tin qua mạng MPLS là sự kết hợp giữa kỹ thuật định tuyến lớp 3 và chuyểnmạch lớp 2 cho phép nâng cao tốc độ chuyển tiếp lưu lượng trên mạng lõi và định tuyến tốt

ở mạng biên bằng cách gắn thêm nhãn vào các gói tin

Vị trí và dạng của nhãn tùy thuộc vào giao thức truyền tải ở lớp 2 Mục tiêu của MPLS là

tạo ra một cấu trúc mạng có tính mềm dẻo có thể mở rộng và tạo sự ổn định của mạng

VD minh họa:

10

Các gói tin khi đến biên của mạng MPLS thì router A thực hiện phân nhóm, gán nhãn chogói tin và xác định đường đi xuyên qua mạng Các router B và router C thực hiện việc thay đổigiá trị của nhãn và chuyển tiếp gói tin Router biên D gỡ bỏ nhãn ra khỏi gói tin Các routertrong mạng như B và C không kiểm tra toàn bộ header mà chỉ dựa vào thông tin của nhãn vàthông tin duy trì tại mỗi node mạng để chuyển gói tin Nên tốc độ xử lý trong miền MPLS sẽnhanh hơn rất nhiều so với định tuyến IP theo từng chặng đường truyền thống.

1 Tìm đường trong chuyển mạch kênh:

Tìm đường trong chuyển mạch kênh là quá trình xác định đường đi giữa các node mạngđảm bảo tối ưu về mặt kinh tế và kỹ thuật của mạng

Nó phải thỏa yêu cầu trong các quá trình định tuyến như: không có vòng lặp giữa các nodemạng, thủ tục điều khiển đơn giản, quản lý thiết bị thích ứng được với các điều kiện mạng thayđổi trong quá trình sử dụng Có hai phương pháp cơ bản thường sử dụng trong mạng chuyểnmạch kênh phân chia dựa trên thuộc tính động là định tuyến động và định tuyến tĩnh

- Hữu ích khi có nhiều đường thay thế

a FHR – Fixed Hierarchical Routing :

Hầu hết các biến thể của tìm đường luân phiên tĩnh dùng trong mạng PSTN

Nút chuyển tiếp

a)Tuyến dự phòng

Trung kếNút A

Tuyến trực tiếp

Nút B

Nút C

Các chuyển mạch được kết nối theo cấu trúc phân cấp – Fixed Hierachical (thường là

hình cây) Thiết kế các đường trunk nối ngang cấu trúc cây để cung cấp các đường thay thế

Như trong hình gọi là định tuyến luân phiên tĩnh vì mỗi một tuyến đường thì số kênh

được khai báo sử dụng là cố định và được tính toán trên kết quả dự báo lưu lượng Nên nếu

kết quả dự báo sai thì sẽ dẫn đến hai khả năng:

+ Lưu lượng bị tổn thất nhiều dẫn đến chất lượng dịch vụ không cao

+ Số kênh bị thừa nhiều thì dẫn đến hiệu quả sử dụng kênh không cao

Thuật toán trong FHR: