Bài giảng truyền dữ liệu chương 6 ths cao văn lợi

z Để thực hiện được việcliên kết giữa hai điểm nút, một đường nối giữa điểm nút này và điêm nút kia được thiết lập trong mạng thể hiện dưới dạng cuộc gọi thông qua các thiết bị chuyển mạ

Chương 6 Chuyển mạch kênh/chuyển mạch gói

1 Mạng chuyển mạch

2 Chuyển mạch kênh

3 Chuyển mạch gói

4 Công nghệ X.25

5 Công nghệ Frame Relay

6. Công nghệ truyền dẫn không đồng bộ ATM

z Mạng chuyển mạch

2 Chuyển mạch kênh - Circuit Switching

z Circuit Switching: Chuyển mạch kênh; Chuyển mạch cứng

– Kết nối giống như một đường ống (Pipe) nối nguồn và đích

z Để thực hiện được việc

liên kết giữa hai điểm

nút, một đường nối

giữa điểm nút này và

điêm nút kia được thiết

lập trong mạng thể hiện

dưới dạng cuộc gọi

thông qua các thiết bị

chuyển mạch

Hiện nay có 2 loại

mạng chuyển mạch là

chuyển mạch tương tự

z Chuyển mạch tương tự (Analog): Việc chuyển

dữ liệu qua mạng chuyển mạch tương tự được

thực hiện qua mạng điện thoại

z Chuyển mạch số (Digital): Đường truyền

chuyển mạch số lần đầu tiên được AT&T thiệu

vào cuối 1980 khi AT&T giới thiệu mạng

chuyển mạch số Acnet với đường truyền 56

kbs Việc sử dụng đường chuyển mạch số cũng

đòi hỏi sử dụng thiết bị phục vụ truyền dữ liệu

số (Data Service Unit - DSU) vào vị trí modem

trong chuyển mạch tương tự.

3 Chuyển mạch gói - Packet Switching

z Packet Switching: Chuyển mạch gói

– Connection Oriented; Virtual channels = hướng kết nối

– Connectionless; Datagram = không kết nối

ƒ Mạng chuyển mạch gói hoạt động theo nguyên

tắc sau : Khi một trạm trên mạng cần gửi dữ liệu

nó cần phải đóng dữ liệu thành từng gói tin, các

gói tin đó được đi trên mạng từ nút này tới nút

khác tới khi đến được đích

không gửi tin thì mọi tài nguyên của mạng sẽ

dành cho các trạm khác, do vậy mạng tiết kiệm

được các tài nguyên và có thể sử dụng chúng

một cách tốt nhất.

ƒ Người ta chia các phương thức chuyển mạch gói

ra làm 2 phương thức:

9 Phương thức chuyển mạch gói theo sơ đồ rời rạc.

9 Phương thức chuyển mạch gói theo đường đi

xác định.

¾ Với phương thức chuyển mạch gói

theo sơ đồ rời rạc các gói tin được

chuyển đi trên mạng một cách độc

lập, mỗi gói tin đều có mang địa

chỉ nơi gửi và nơi nhận

¾ Mỗi nút trong mạng khi tiếp nhận

gói tin sẽ quyết định xem đường

đi của gói tin phụ thuộc vào thuật

toán tìm đường tại nút và những

thông tin về mạng mà nút đó có

¾ Việc truyền theo phương thức này

cho ta sự mềm dẻo nhất định do

đường đi với mỗi gói tin trở nên

mềm dẻo tuy nhiên điều này yêu

cầu một số lượng tính toán rất lớn

tại mỗi nút nên hiện nay phần lớn

các mạng chuyển sang dùng

phương chuyển mạch gói theo

đường đi xác định.

¾ Trước khi truyền dữ liệu

một đưòng đi (hay còn gọi

là đường đi ảo) được thiết

lập giữa trạm gửi và trạm

nhận thông qua các nút của

mạng

¾ Đường đi trên mang số hiệu

phân biệt với các đường đi

khác, sau đó các gói tin

được gửi đi theo đường đã

thiết lập để tới đích, các gói

tin mang số hiệu của đường

ảo để có thể được nhận biết

khi qua các nút

¾ Điều này khiến cho việc

tính toán đường đi cho

phiên liên lạc chỉ cần thực

hiện một lần.

Circuit Switching: Đặc trưng công nghệ

z Tồn tại một kết nối (đường truyền) riêng, cố định giữa 2 thiết bị cuối trong cả quá trìnhtruyền thông (Dedicated line)

z Đường truyền nói trên có thể có nhiều chặng (Hop), được kết nối cố định nhờ giao thứcbáo hiệu (Signaling Protocol)

z Tốc độ truyền cố định, độ trễ truyền là xác định và không thay đổi

z Khi nhu cầu trao đổi số liệu tăng = số kết nối cần thiết lập tăng Æ xác suất blocking tăng

z Có thể tăng hiệu suất sử dụng kênh truyền kết nối qua các hệ thống chuyển mạch bằng các

kỹ thuật FDM (Frequency Division Multiplexing), TDM (Time Division Multiplexing)

Circuit Switching: ưu / nhược điểm

z Ưu: Việc điều khiển quá trình trao đổi số liệu tương đối đơn giản, thí

dụ không cần STT phát và nhận trong các gói tin (Pipelining).

z Nhược: hiệu suất sử dụng kênh truyền thấp; không có khả năng thích

ứng tốc độ truyền số liệu của các thiết bị cuối = hai thiết bị trao đổi

nhất thiết phải có cùng tốc độ.

Packet Switching - Đặc trưng công nghệ

z Số liệu được chia thành các gói độ dài có thể thay đổi được Header chứa các thông

tin điều khiển phục vụ cho routing và đảm bảo gửi đến đích đúng đắn

z Store-and-Forward = “chứa và chuyển tiếp”

z Connection Oriented Service:

– Tương tự Circuit Switching: cần thiết lập kết nối trước khi 2 bên trao đổi số liệu

– Khác Circuit Switching: cần quản lý STT phát và STT thu vì các gói tin có thể đi theo

nhiều con đường khác nhau đến đích

z Connectionless Service:

– Không cần thiết lập kết nối trước khi truyền thông

– Quyết định routing được thực hiện độc lập đối với từng gói số liệu, dựa trên các thông tin điều khiển.

Packet Switching vs Circuit Switching

z Hiệu suất sử dụng kênh cao hơn

z Do thực hiện Store-and-Forward

– Phải sử dụng các bộ đệm trong mạng + chi phí xử lý

– Các thiết bị cuối có tốc độ khác nhau có thể kết nối và trao đổi được

z Khi số kết nối và tải tăng (chưa vượt quá một giới hạn nhất định):

– Trễ tăng

– Xác suất blocking tăng, nhưng vẫn có thể phục vụ được

Phương thức địa chỉ hoá

z Cần phải có phương thức chung + thống nhất (global) để quản lý, cấp

phát địa chỉ ở mức mạng Nhờ đó các hệ thống chuyển mạch mới có

thể thiết lập kết nối:

– Connection Oriented: sử dụng giao thức báo hiệu

– Connectionless: sử dụng các giao thức định tuyến

z Theo ISO, địa chỉ của thiết bị mạng trong WAN độ dài có thể thay đổi, tối đa = 20 bytes, gồm 3 trường:

z AFI (Authority and Format Indicator):

– Xác định cơ quan cấp phát địa chỉ

– Và loại khuôn dạng địa chỉ trong trường DSP Chẳng hạn đó là số telephone,

telex, hoặc số IDSN, v.v

Phương thức địa chỉ hoá

z IDI (Initial Domain Identifier): xác định miền địa chỉ trong trường địa chỉ DSP Thí dụ, nếu DSP là số telephone, thì IDI là mã Quốc gia

z DSP (Domain Specific Part): Xác định địa chỉ cụ thể của thiết bị cuối trong miền địa chỉtương ứng Thường DSP còn được chia nhỏ hơn để địa chỉ hoá các đơn vị hành chính,

phân mạng trực thuộc hoặc thiết bị cuối cụ thể hoặc các thực thể giao thức mức transport

Kỹ thuật chọn đường

z Kỹ thuật chọn đường có thể dựa trên nhiều tiêu chuẩn: giá ($), số chặng (hop), thời gian trễ (delay), v.v.

z Với cùng một tiêu chuẩn, có thể có nhiều thuật toán chọn đường

z Chính tiêu chuẩn chọn đường cũng có thể thay đổi (theo trạng thái của

mạng) Æ cần phải có các thuật toán phù hợp để cập nhật các tiêu chuẩn.

z Phân loại các thuật toán chọn đường:

– Non-Adaptive: chọn đường không thích nghi = chọn đường tĩnh

– Adaptive: chọn đường thích nghi = chọn đường động

Kỹ thuật chọn đường

z Non-Adaptive routing algorithm

– Tính toán routing off-line

– Kết quả ghi vào routing table trong các hệ thống chuyển mạch một lần + không

thay đổi trong quá trình hoạt động

z Adaptive routing algorithm

– Dựa trên các thông tin thu thập định kỳ, phản ánh trạng thái thay đổi của mạng

– Tính toán routing on-line

z Kiểu tập trung: Thực hiện trên một hệ chuyển mạch, dựa trên thông tin thu thập từ các

hệ chuyển mạch trong mạng Kết quả là các routing table được gửi cho các hệ chuyển

Kỹ thuật chọn đường

Thí dụ về một thuật toán chọn đường thích nghi tập trung: Dijkstra

(Shortest Path Routing Algorithm)

• Ghi trọng số lên các cung; Đánh

dấu điểm khởi đầu A là cố định, lấy

điểm cố định đó làm điểm làm việc.

• Kiểm tra các đỉnh kề với điểm làm

việc, ghi nhãn thử cho chúng.

• Đánh dấu điểm cố định cho đỉnh có

nhưng cuối cùng không nằm

trên đường đi ngắn nhất A-D

• H được ghi lại nhãn thử trước

Điều khiển lưu lượng và điều khiển tắc nhẽn

Flow Control & Congestion Control

z Capacity – Dung lượng = khả năng vận chuyển số liệu của hệ thống truyền dẫn

z Throughout: thông lượng

z Offered load: lưu lượng số liệu chuyển vào hệ thống

z Lỗi truyền Æ phát lại

Æ Offered load tăng Æ Throughout giảm

Điều khiển lưu lượng và điều khiển tắc nghẽn

Flow Control & Congestion Control

z Các nguyên nhân dẫn đến phát lại

– Lỗi đường truyền

– Công suất xử lý không đủ

– Số liệu đến từ nhiều đường truyền, cần đi ra ở 1 đường

– Bộ nhớ đệm không đủ

– v.v

z Các biên pháp khắc phục

– Cung cấp đủ bộ đệm ở đầu vào và ra của các đường truyền

– Quản lý bộ đệm hợp lý, có thể loại bỏ sớm (RED)

– Hạn chế lưu lượng đến ngay ở đầu vào cảu toàn bộ hệ thống

– Điều khiển lưu lượng (thí dụ dùng Sliding Window)

4 Mạng truyền số liệu X.25

z Là mạng truyền dữ liệu công cộng đầu tiên.

z Vận chuyển dữ liệu hướng kết nối

z Để sử dụng X.25, máy tính đầu tiên phải thiết lập kết nối tới một máy

tính ở xa, nghĩa là phải thiết lập một cuộc gọi (telephone call)

z Kết nối này được gán 1 connection number để sử dụng cho các gói

(packet) số liệu vận chuyển:

Æ nhiều kết nối có thể được sử dụng đồng thời giữa 2 máy tính

Æ Kết nối trong X.25 là kết nối ảo (Virtual Circuit)

z X.25 được sử dụng rộng rãi trong khoảng 10 năm.

4 Mạng truyền số liệu X.25

4.2.1 Nguyên tắc hoạt động

z X.25 là một dịch vụ truyền thông công cộng, dựa trên hệ thống viễn thông diện rộng

(PSTN) X.25 được CCITT và sau này là ITU chuẩn hoá (1976)

z X.25 chỉ đặc tả giao diện giữa DTE và DCE

– DTE (Data Terminal Equipment)- thiết bị đầu cuối dữ liệu

– DCE (Data Circuit-terminating Equipment) - thiết bị mạch đầu cuối dữ liệu, hay là thiết bị kết nối mạng.

z X.25 không quy định cụ thể kiến trúc và tổ chức hoạt động nội bộ của mạng

z Tổ chức và thực hiện hệ thống mạng để cung cấp dịch vụ X.25 tại giao diện với NSD lànhiệm vụ của nhà cung cấp dịch vụ X.25 - thường là nhà cung cấp dịch vụ viễn thôngcông cộng

4 Mạng truyền số liệu X.25

4.2.1 Nguyên tắc hoạt động

X.25 qui định sử dụng các giao thức chuẩn ở các mức như sau:

z Mức vật lý:

– X.21 cho truyền số liệu số (Digital) giữa DTE và DCE

– X.21 bis cho truyền số liệu tương tự (Analog) giữa DTE và DCE

z Mức liên kết:

– LAPB, là một phần của HDLC, để trao đổi số liệu tin cậy giữa DTE và DCE

z Mức mạng:

– PLP (Packet Level Protocol), là giao thức được đặc tả mới trong X.25

– Đó là giao thức chuyển mạch gói + hướng kết nối

4 Mạng truyền số liệu X.25

X 25 PLP định nghĩa 2 loại liên kết lôgíc:

• VC (Virtual Circuit): là liên kết ảo có tính tạm thời được thiết lập và xóa

bỏ bởi các thủ tục của X25 PLP

• PVC (Permanent Virtual Circuit): là liên kết ảo được thiết lập vĩnh viễn

trên mạng không cần các thủ tục của X25 PLP

Các thủ tục chính của X25 PLP

• Call Setup: thiết lập liên kết

• Clearing: xóa bỏ liên kết

• Data: truyền dữ liệu thường

• Interrupt: truyền dữ liệu khẩn

• Reset: khởi động lại một liên kết

• Restart: khởi động lại một giao diện

z Kiểm soát luồng dữ liệu trong X25

X25 PLP sử dụng cơ chế “cửa sổ” (Window) để kiểm soát

luồng dữ liệu (data flow control) tại mỗi nút.

9Ở mỗi hướng truyền DL trên mỗi liên kết, một “cửa sổ”

được xác định như là một tập có thứ tự của W số hiệu P(S)

liên tiếp của các gói tin Như vậy cửa sổ được xác định bởi 1

giới hạn trên và 1 giới hạn dưới (gói tin dầu và cuối trong

W gói tin được truyền).

9Giá trị ngầm định của W là 2 (cho mỗi hướng truyền)

Nghĩa là tại một thời điểm chỉ có tối da 2 gói tin nằm trong

cửa sổ và chỉ các gói tin đó được phép truyền đi.

Nguyên tắc:

z Sliding Window Flow Control

– Được sử dụng rộng rãi nhất, có thể áp dụng tại một hay nhiều tầng của

mạng, thường là: Data Link, Internetwork, hay Transport.

– Cho phép bên gửi phát đi liên tiếp một số gói số liệu nhất định rồi mới

phải dừng lại chờ biên nhận, trước khi tiếp tục phát.

– Bên nhận điều khiển lưu lượng bằng cách kìm lại hay gửi ngay biên

nhận (gói ack, hoặc một gói số liệu + ack).

– Tại mọi thời điểm, bên gửi phải ghi nhớ một danh sách chứa số thứ tự

liên tiếp các gói số liệu mà nó được phép gửi đi, các gói số liệu này

được gọi là nằm trong cửa sổ gửi Tương tự như vậy, bên nhận cũng

duy trì một danh sách gọi là cửa sổ nhận, tương ứng với các gói số liệu

mà nó được phép nhận.

z Sliding window Flow Control

– Cửa sổ gửi và nhận không nhất thiết phải có độ lớn bằng nhau.

– Người ta đã đề xuất và sử dụng một số phương thức quản lý

cửa sổ khác nhau:

z biên nhận riêng rẽ

z biên nhận ở cuối cửa sổ

z biên nhận ở đầu cửa sổ

z v.v

– Kích thước cửa sổ W = 1 Æ giao thức Stop-and-wait

– Kích thước cửa sổ W > 1

5 Mạng chuyển mạch khung - Frame Relay (FR)

4.3.1 Kiến trúc

z Được cải tiến từ X.25

z Hướng kết nối Æ packets được phân phát đúng thứ tự.

z No Flow Control and Error Control Æ giống Wide Area LAN

z FR định nghĩa giao diện giữa ES với mạng

z Ứng dụng quan trọng nhất của Frame Relay: kết nối các mạng LAN

ở các văn phòng của một công ty.

z Frame Relay đạt được mức độ thành công vừa phải, hiện vẫn đang

được sử dụng.

…5 Mạng chuyển mạch khung – Frame Relay

Đặc trưng công nghệ

z FR thực hiện các chức năng cơ bản của mức Data link: tạo và xử lý frame, địa chỉ

hoá, quản lý các kênh ảo

5 Mạng chuyển mạch khung – Frame Relay

Đặc trưng công nghệ

mức Data link:

Æ Sử dụng hiệu quả hơn đường truyền

hiệu chuẩn Q.931 của mạng ISDN.

z No Flow Control and Error Control giữa các hệ thống

chuyển mạch kề nhau trong mạng (link-by-link).

z Hệ chuyển mạch ở giao diện giữa mạng và hệ thống

cuối kiểm tra CRC và không forward các frame bị lỗi.

z Các ES kiểm tra phát hiện lỗi và khắc phục

(end-to-end).

z Giao diện quản trị nội tại LMI (Local Management

Interface) của FR hỗ trợ việc quản trị trao đổi số liệu

5 Mạng chuyển mạch khung – Frame Relay

4.3.2 Nguyên tắc hoạt động

¾ Mỗi khi một liên kết dl được thiết lập thì nó được gán một DLCI (Data Link Connection Identifier – để định danh các liên kết dữ liệu được thiết lập).

¾ Ở mỗi nút khi nhận được 1 frame dl, chương trình điều khiển được cài ở đó sẽ đọc giá trị DLCI trong vùng header và kết hợp với số liệu của đường truyền vào để xác định đường truyền ra

và giá trị DLCI đi ra tương ứng Giá trị DLCI mới này sẽ được ghi vào header của frame và frame sẽ được đưa vào hàng đợi để gửi đi

¾ Mỗi khi chuyển tiếp một frame từ hàng đợi ra, cần kiểm tra kích thước của hàng đợi

6 Mạng ATM (Cell relay)

ATM = Cell relay

packet switching

™ Hiện nay kỹ thuật Cell Relay dựa trên phương thức

truyền thông không đồng bộ (ATM) có thể cho phép

thông lương hàng trăm Mbps

¾ Đơn vị dữ liệu dùng trong ATM được gọi là tế bào

(cell) các tế bào trong ATM có độ dài cố định là 53

bytes, trong đó 5 bytes dành cho phần chứa thông tin

điều khiển (cell header) và 48 bytes chứa dữ liệu của

tầng trên.

z Trong kỹ thuật ATM, các tế bào chứa các kiểu

dữ liệu khác nhau được ghép kênh tới một

đường dẫn chung được gọi là đường dẫn ảo

(virtual path)

ảo (virtual chanell) khác nhau, mỗi kênh ảo

được sử dụng bởi một ứng dung nào đó tại một

z ATM đã kết hợp những đặc tính tốt nhất của dạng

chuyển mạch liên tục và dạng chuyển mạch gói, nó có

thể kết hợp dải thông linh hoạt và khả năng chuyển

tiếp cao tốc và có khả năng quản lý đồng thời dữ liệu

số, tiếng nói, hình ành và multimedia tương tác

z Mục tiêu của kỹ thuật ATM là nhằm cung cấp một

mạng dồn kênh, và chuyển mạch tốc độ cao, độ trễ

nhỏ dáp ứng cho các dạng truyền thông đa phương

tiện (multimecdia)

z Chuyển mạch cell cần thiết cho việc cung cấp

các kết nối đòi hỏi băng thông cao, tình trạng tắt

nghẽn thấp, hổ trợ cho lớp dịch vụ tích hợp lưu

thông dữ liệu âm thanh hình ảnh Đặc tính tốc độ

cao là đặc tính nổi bật nhất của ATM

z ATM sử dụng cơ cấu chuyển mạch đặc biệt: ma trận nhị

phân các thành tố chuyển mạch (a matrix of binary

switching elements) để vận hành lưu thông Khả năng vô

hướng (scalability) là một đặc tính của cơ cấu chuyển

mạch ATM Đặc tính này tương phản trực tiếp với những

gì diễn ra khi các trạm cuối được thêm vào một thiết bị

liên mạng như router Các router có năng suất tổng cố

định được chia cho các trạm cuối có kết nối với chúng