Bài Thảo Luận - Kỹ Thuật Chuyển Mạch Gói

Đây là bài thảo luận được làm bởi mình và các bạn trong nhóm trong quá trình mình học Đại Học,được biên soạn làm sẵn trên PowerPoint và Word rất thuận tiện cho việc trình chiếu khi thảo luận.Mong nó sẽ giúp ích cho các bạn đỡ tốn nhiều thời gian mắc công phải tìm kiếm tài liệu rồi mất nhiều thời gian biên soạn.Chúc các bạn thành công

BÀI THẢO LUẬN

Vũ Trọng Đức

* Khái niệm kỹ thuật 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 năngchuyển tiếp thông tin

trong sự phát triển của hạ tầng viễn thông chuyển mạch gói trở nên rất quan trọng trong hẹ thống truyền thông khi các dịch vụ số liệu tăng và vượt một số dịch vụ thoại

* Cơ sở kỹ thuật chuyển mạch gói :

Kỹ thuật chuyển mạch gói dựa trên nguyên tắc chuyển thông tin qua mạng lớn dưới dạng gói.Gói tin là thực thế truyền thông hoàn chỉnh gồm 2 phần : Tiêu đề mang các thông tin điều khiển của mạng hoặc người sử dụng

và tải tin là dữ liệu thực cần chuyển qua mạng

Quá trình chuyển thông tin qua mạng chuyển mạch gói có thể không cần xác lập đường dành riêng và các mạng chuyển mạch gói được coi là mạng chia sẻ tài nguyên.Các gói tin sẽ được chuyển giao

từ các nút mạng này tới nút mạng khác trong mạng chuyển mạch theo nguyên tắc lưu đệm và chuyển tiếp,nên mạng chuyển mạch gói còn được coi là mạng chuyển giao trong khi mạng chuyển mạch kênh được coi là mạng trong suốt đối với dữ liệu người sử dụng

Trên hướng tiếp cận trong đối đơn giản là khía cạnh dịch vụ cung cấp ,các dịch vụ được cung cấp trên mạng viễn thông chia thành dịch vụ thoại và dịch vụ phi thoại,trong đó đại diện cho dịch vụ phi thoại là dịch vụ số liệu Chúng ta hiểu rằng,số hóa và gói hóa là hai vấn đề hoàn toàn khác nhau,trong mạng chuyển mạch điên thoại công cộng PSTN hiện nay tín hiệu thoại đã được số hóa,và kỹ thuật truyền thống được áp dụng kỹ thuật chuyển mạch kênh

Phân loại chuyển mạch gói:

Quá trình chuyển mạch được thực hiện tại các nút mạng, trong mạng chuyển mạch kênh các nút mạng 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) Trong một số mạng đặc biệt, phần tử thực hiện nhiệm vụ chuyển mạch có thể vừa đóng vai trò thiết bị đầu cuối vừa đóng vai trò chuyển mạch và chuyển tiếp thông tin

Chuyển mạch được chia làm 2 loại cơ bản : Mạng chuyển mạch kênh và mạng chuyển mạch gói Tuynhiên, dưới góc độ truyền và xử lý thông tin, chuyển mạch còn có thể phân thành bốn kiểu: chuyển mạch kênh, chuyển mạch bản tin, chuyển mạch gói và chuyển mạch tế bào

Mạng chuyển mạch gói:

Khái niệm:

Nối chuyển gói, hay đơn giản hơn chuyển gói, (packet switching), có nơi còn gọi là nối chuyển khung hay c, là một loại chuyển khung kĩ thuật gửi dữ liệu từ máy tính nguồn tới nơi nhận qua mạng dùng một loại giao thức thoả mãn 3 điều kiện sau:

Dữ liệu cần vận chuyển được chia nhỏ ra thành các gói có kích thước và định dạng xác định.

Mỗi gói như vậy sẽ được chuyển riêng rẽ và có thể đến nơi nhận bằng các đường truyền khác nhau Như vậy, chúng có thể dịch chuyển trong cùng thời điểm

Khi toàn bộ các gói dữ liệu đã đến nơi nhận thì chúng sẽ được hợp lại

thành dữ liệu ban đầu

Mỗi gói dữ liệu có kích thước được định nghĩa từ trước (đối với giao

thức TCP/IP thì kích thước tối đa của nó là 1500 bytes) và thường bao gồm 3 phần:

Phần mào đầu : chứa địa chỉ máy gửi, địa chỉ máy nhận và các thông tin về loại giao thức sử dụng và số thứ tự của gói

Phần tải dữ liệu: là một trong những đoạn dữ liệu gốc đã được cắt nhỏ

Phần đuôi : bao gồm tín hiệu kết thúc gói và thông tin sửa lỗi dữ liệu

Khái quát về chuyển mạch gói:

Bản tin cần chuyền được chia thành nhiều gói

Mỗi gói được gắn header để định tuyến gói đến đích

Giao thức làm việc của mạng chuyển mạch gói:

một mạng chuyển mạch gói bao gồm các thành phần chính :

1 Các nốt mạng voi các đầu cuối pt (parket terminal)

* Ưu điểm chuyển mạch gói:

- tăng hiệu suất đường chuyền

- một kết nối node – node có thể dùng chung bởi nhiều gói

- các gói xếp hàng và chuyền 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

Sơ lược về mạng chuyển mạch gói:

Trên hướng tiếp cận tương đối đơn giản từ khía cạnh dịch vụ cung cấp, các dịch vụ được cung cấp trên mạng viễn thông chia thành

dịch vụ thoại và dịch vụ phi thoại, trong đó đại diện cho dịch vụ phi thoại là dịch vụ số liệu, số hoá và gói hoá thoại là hai vấn đề hoàn toàn khác nhau, trong mạng chuyển mạch điện thoại công cộng

PSTN hiện nay tín hiệu thoại đã được số hoá, và kỹ thuật chuyển mạch truyền thống được áp dụng là kỹ thuật chuyển mạch kênh Dữ liệu thoại chỉ được gọi là đã gói hoá nếu những gói này được chuyển tải trên mạng chuyển mạch gói Trong mục này chúng ta sẽ xem xét những vấn đề kỹ thuật cơ bản được ứng dụng trong hệ thống chuyển mạch: Kỹ thuật chuyển mạch kênh và kỹ thuật chuyển mạch gói Mạng điện thoại công cộng (PSTN) được phát triển trên mạng

chuyển mạch kênh để cung cấp các dịch vụ thoại truyền thống Các mạng dữ liệu như các mạng cục bộ LAN (Local Area Network), mạng Internet là mạng chuyển mạch gói rất thích hợp để trao đổi dữ liệu.)

Mô hình kết nối hệ thống mở OSI.

Lớp thấp cung cấp các dịch vụ đầu cuối - tới - đầu cuối đáp ứng

phương tiện truyền số liệu, các chức năng hướng về phía mạng từ lớp 3 tới lớp 1 Lớp cao cung cấp các dịch vụ ứng dụng đáp ứng truyền thông tin, các chức năng hướng về người sử dụng từ lớp 4 tới lớp 7

Mô hình OSI có thể chia thành ba môi trường điều hành:

Môi trường mạng: liên quan tới các giao thức, trao đổi các bản tin và các tiêu chuẩn liên quan tới các kiểu mạng truyền thông số liệu khác nhau

Môi trường OSI: Cho phép thêm vào các giao thức hướng ứng dụng

và các tiêu chuẩn cho phép các hệ thống kết cuối trao đổi thông tin tới

(i) Lớp ứng dụng

Cung cấp các dịch vụ truyền thông của người sử dụng với các dạng thức số liệu, báo hiệu điều khiển và các đáp ứng của các thiết bị đầu cuối, các hệ thống giao thức điều khiển các ứng dụng thông qua các phần tử dịch vụ ứng dụng, quản lý truyền thông giữa các ứng dụng

ii) Lớp trình diễn

lop trình diễn chịu trách nhiệm tạo ra các khuôn dạng dữ liệu cho lớp ứng dụng tương thích giữa các ứng dụng và hệ thống truyền thông Các giao thức lớp trình diễn đưa ra các ngôn ngữ, cú pháp và tập đặc tính phù hợp cho truyền thông, đồng thời thống nhất các mã, dữ liệu cho các dịch vụ lớp ứng dụng

(iii) Lớp phiên

Lớp phiên quản lý các dịch vụ và điều khiển luồng số liệu giữa các người

sử dụng tham gia vào phiên truyền thông, các giao thức lớp phiên chỉ ra các luật và phương pháp thực hiện phiên truyền thông mà không can thiệp vào nội dung truyền thông

(iv) Lớp truyền tải

Lớp truyền tải cung cấp các dịch vụ truyền tải dữ liệu từ đầu cuối tới đầu cuối, cung cấp khả năng truyền tải có độ tin cậy giữa các thiết bị đầu cuối

mà không liên quan trực tiếp tới phần c tiếp tới phần cứng mạng truyền

thông Đáp ứng các yêu cầu của lớp phiên qua chất lượng dịch vụ, kích

thước đơn vị dữ liệu, điều khiển luồng và các yêu cầu sửa lỗi

(v) Lớp mạng

Lớp mạng cung cấp chức năng định tuyến, thiết lập và quản lý các kết nối trong mạng, các giao thức lớp mạng cung cấp thông tin về cấu hình logic của mạng, địa chỉ và ánh xạ các kết nối tới các thiết bị vật lý trong mạng (vi) Lớp liên kết dữ liệu

Lớp liên kết dữ liệu hoạt động trên các liên kết dữ liệu hoặc một phần mạng của kết nối, lớp liên kết dữ liệu cung cấp các chức năng liên quan tới hệ

thống truyền dẫn như đồng bộ, điều khiển luồng dữ liệu, phát hiện và sửa lỗi truyền dẫn và ghép hợp các kênh logic trên đường dẫn vật lý

(vii) Lớp vật lý

Lớp vật lý cung cấp môi trường truyền dẫn, tín hiệu đồng hồ và cách thức truyền bit trên phương tiện truyền dẫn Các chuẩn của lớp vật lý cung cấp các đặc tính và nguyên tắc giao tiếp cơ, điện, sóng tới phương tiện truyền thông

* Nguyên lý chuyển mạch cơ bản

- Dữ liệu được truyền thành các gói nhỏ

- Thông thường là 1000 byte

- Dữ liệu lớn được chia thành chuỗi các gói nhỏ để truyền

- Mỗi gói gồm dữ liệu cộng thêm thông tin điều khiển

- Các gói được nhận, lưu tạm thời và truyền cho node kế tiếp

Quá trình xử lý và vận chuyển của một gói dữ liệu

Đóng gói dữ liệu là quá trình đặt dữ liệu nhận được vào sau header (và trước trailer) trên mỗi lớp Lớp Physical không đóng gói dữ liệu vì nó không dùng header và trailer

Quá trình đóng gói dữ liệu :

Đóng gói dữ liệu là quá trình đặt dữ liệu nhận được vào sau

header (và trước trailer) trên mỗi lớp Lớp Physical không đóng gói dữ liệu vì nó không dùng header và trailer Việc đóng gói dữ liệu không nhất thiết phải xảy ra trong mỗi lần truyền dữ liệu của trình ứng dụng Các lớp 5, 6, 7 sử dụng header trong quá trình khởi động nhưng trong phần lớn các lần truyền thì không có header của lớp 5, 6, 7 lý do là không có thông tin mới để trao đổi

Các dữ liệu tại máy gởi được xử lý theo trình tự sau :

Người dùng thông qua lớp Application để đưa các thông tin vào máy tính Các thông tin này có nhiều dạng khác nhau như : hình ảnh, âm thanh, văn bản, …

Tiếp theo, các thông tin đó được chuyển xuống lớp Presentation để chuyển thành dạng chung, rồi mã hóa và nén dữ liệu.

Tiếp đó, dữ liệu được chuyển xuống lớp Session để bổ sung các thông tin về phiên giao dịch này.

Dữ liệu tiếp tục được chuyển xuống lớp Transport, tại lớp này dữ liệu được cắt ra thành nhiều Segment và bổ sung thêm các thông tin về phương thức vận chuyển dữ liệu để đảm bảo độ tin cậy khi truyền.

Dữ liệu tiếp tục được chuyển xuống lớp Network, tại lớp này mỗi Segment được cắt ra thành nhiều Packet và bổ sung thêm các thông tin định tuyến.

Tiếp đó, dữ liệu được chuyển xuống lớp Data Link, tại lớp này mỗi Packet sẽ được cắt ra thành nhiều Frame và bổ sung thêm các thông tin kiểm tra gói tin (để kiểm tra ở nơi nhận).

Cuối cùng, mỗi Frame sẽ được tầng Vật lý chuyển thành một chuỗi các bit và được đẩy lên các phương tiện truyền dẫn để truyền đến các thiết bị khác.

Quá trình truyền dữ liệu từ máy gởi đến máy nhận :

Bước 1 : Trình ứng dụng (trên máy gởi) tạo ra dữ liệu và các chương trình phần

cứng, phần mềm cài đặt mỗi lớp sẽ bổ sung vào header và trailer (quá trình đóng gói

dữ liệu tại máy gởi).

Bước 2 : Lớp Physical (trên máy gởi) phát sinh tín hiệu lên môi trường truyền

tải để truyền dữ liệu.

Bước 3 : Lớp Physical (trên máy nhận) nhận dữ liệu.

Bước 4 : Các chương trình phần cứng, phần mềm (trên máy nhận) gỡ bỏ

header và trailer và xử lý phần dữ liệu (quá trình xử lý dữ liệu tại máy nhận).

Giữa bước 1 và bước 2 là quá trình tìm đường đi của gói tin Thông thường, máy gởi đã biết địa chỉ IP của máy nhận Vì thế, sau khi xác định được địa chỉ IP của máy nhận thì lớp Network của máy gởi sẽ so sánh địa chỉ IP của máy nhận và địa chỉ

IP của chính nó :

Nếu cùng địa chỉ mạng thì máy gởi sẽ tìm trong bảng MAC Table của mình

để có được địa chỉ MAC của máy nhận Trong trường hợp không có được địa chỉ MAC tương ứng, nó sẽ thực hiện giao thức ARP để truy tìm địa chỉ MAC Sau khi tìm được địa chỉ MAC, nó sẽ lưu địa chỉ MAC này vào trong bảng MAC Table để lớp Data Link sử dụng ở các lần gởi sau Sau khi có địa chỉ MAC thì máy gởi sẽ gởi gói tin đi (giao thức ARP sẽ được nói thêm trong phần sau).

Nếu khác địa chỉ mạng thì máy gởi sẽ kiểm tra xem máy có được khai

báo Default Gateway hay không.

Nếu có khai báo Default Gateway thì máy gởi sẽ gởi gói tin thông

qua Default Gateway.

Nếu không có khai báo Default Gateway thì máy gởi sẽ loại bỏ gói tin và

thông báo ”Destination host Unreachable”.

Chi tiết quá trình xử lý tại máy nhận :

Bước 1 : Lớp Physical kiểm tra quá trình đồng bộ bit và đặt chuỗi bit nhận được vào vùng đệm Sau đó thông báo cho lớp Data Link dữ liệu đã được nhận

Bước 2 : Lớp Data Link kiểm lỗi Frame bằng cách kiểm tra FCS trong trailer Nếu có lỗi thì Frame bị bỏ Sau đó kiểm tra địa chỉ lớp Data Link (địa chỉ MAC) xem có trùng với địa chỉ máy nhận hay không Nếu đúng thì phần dữ liệu sau khi loại header và trailer sẽ được chuyển lên cho lớp Network

Bước 3 : Địa chỉ lớp Network được kiểm tra xem có phải là địa chỉ máy nhận hay không (địa chỉ IP) Nếu đúng thì dữ liệu được chuyển lên cho lớp

Transport xử lý

Bước 4 : Nếu giao thức lớp Transport có hỗ trợ việc phục hồi lỗi thì số định danh phân đoạn được xử lý Các thông tin ACK, NAK (gói tin ACK, NAK dùng để phản hồi về việc các gói tin đã được gởi đến máy nhận chưa) cũng được

xử lý ở lớp này Sau quá trình phục hồi lỗi và sắp thứ tự các phân đọan, dữ liệu được đưa lên lớp Session

Bước 5 : Lớp Session đảm bảo một chuỗi các thông điệp đã trọn vẹn Sau khi các luồn đã hoàn tất, lớp Session chuyển dữ liệu sau header lớp 5 lên cho lớp Presentation xử lý.

Bước 6 : Dữ liệu sẽ được lớp Presentation xử lý bằng cách chuyển đổi dạng thức dữ liệu Sau đó kết quả chuyển lên cho lớp Application.

Bước 7 : Lớp Application xử lý header cuối cùng Header này chứa các tham số thỏa

thuận giữa hai trình ứng dụng Do vậy tham số này thường chỉ được trao đổi lúc khởi động quá trình truyền thông giữa hai trình ứng dụng.

Kỹ thuật chuyển mạch gói cho phép kết nối thông tin từ đầu cuối tới đầu cuối qua quá trình chia sẻ tài nguyên, sử dụng các tập thủ tục và các liên kết có tốc độ khác nhau để truyền cácchia sẻ tài nguyên, sử dụng các tập thủ tục và các liên kết có tốc độ khác nhau để truyền các gói tin và có thể chuyển gói trên nhiều đường dẫn khác nhau Có hai kiểu chuyển mạch gói cơ gói tin và có thể chuyển gói trên nhiều đường dẫn khác nhau Có hai kiểu chuyển mạch gói cơ bản, mô tả sơ lược 2 kiểu chuyển mạch này Chuyển mạch Datagram và chuyển mạch kênh ảo

Datagram

-Mỗi gói được xử lý độc lập

- Các gói có thể đi theo bất cứ đường thích hợp nào

- Các gói có thể đến đích không theo thứ tự gởi

- Các gói có thể thất lạc trên đường đi

- Bên nhận phải sắp xếp lại các gói mất trật tự và khôi phục các gói thất lạc

Virtual circuit

-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 (handshake)

- Mỗi đường đi được gán một số ID

- Mỗi gói chứa ID của đường đi thay vì địa chỉ máy đích

- Không cần tìm đường cho từng gói

- Đường đi không dành riêng

So sánh So sánh Virtual Circuit và Datagram

Sự trình tự và điều khiển

Thời gian trễ đễ truyền được một gói

Thời gian trễ đễ truyền các gói sau gói đầu tiên

Khả năng chịu lỗi

Tính linh động về đường đi

KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CHUYỂN MẠCH GÓI

Mục tiêu cơ bản của các phương pháp định tuyến nhằm sử dụng tối đa tài nguyên mạng, và tối thiểu hoá giá thành mạng Để đạt được điều này kỹ thuật định tuyến phải tối ưu được các tham số mạng và người sử dụng như : Xác suất tắc ngẽn, băng thông, độ trễ, độ tin cậy, giáthành,v v Vì vậy, một kỹ thuật định tuyến phải thực hiện tốt 2 chức năng chính sau đây:

* Định chọn đường theo những tiêu chuẩn tối ưu nào đó.

Độ trễ trung bình của thời gian truyền gói tin.

Số lượng nút trung gian giữa nguồn và đích của gói tin.

Độ an toàn của việc truyền tin

* Cập nhật thông tin định tuyến, tức là thông tin dùng cho chức năng (i)

**** Các thuật toán tìm đường ngắn nhất

* Thuật toán định tuyến theo Vector khoảng cách: Là một thuật toán định tuyến tương thích nhằm tính toán con đường ngắn nhất giữa các cặp node trong mạng, dựa trên phương pháp tập trung được biết đến như là thuật toán Bellman-Ford Các node mạng thực hiện quá trình trao đổi thông tin trên cơ sở của địa chỉ đích, node kế tiếp, và con đường ngắn nhất tới đích

* Thuật toán định tuyến theo trạng thái liên kết (LSA): Trong thuật toán lên quan tới trạng thái của các liên kết, các node mạng quảng bá giá trị liên kết của nó với các node xung quanh tới các node khác