Quá trình chuyển mạch được thực hiện tại các nút chuyển mạch, trong mạng chuyển mạchkênh thường được gọi là hệ thống chuyển mạch tổng đài trong mạng chuyển mạch gói thường được gọi là th
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC Tự NHIÊN, ĐHQG - TPHCM
KHOA: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG CHUYÊN NGÀNH: VIỄN THÔNG - MẠNG
BÁO CÁO ĐỒ ÁN MẠNG VIỄN THÔNG
Trang 2DANH SÁCH THÀNH VIÊN
NHÓM: 3
Trang 3MỤC LỤC:
LỜI NÓI ĐẦU 4
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
TÌM ĐƯỜNG TRONG CHUYỂN MẠCH
Trang 42. 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 gặpmộtsố 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
TÌM ĐƯỜNG TRONG CHUYỂN MẠCH
Trang 5LỜI NÓI ĐẦU
Nhiều công trình khoa học ra đời theo thời gian, chất lượng cuộc sống ngày càng cảithiện Do đó nhu cầu trao đổi thông tin cũng không ngừng tăng Việc trao đổi thông tin giữacon 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 Việctruyền thoại, số liệu đã trở nên rất đơn giản Kỹ thuật chuyển mạch là một trong những kỹthuật mấu chốt trong các mạng truyền thông
Lần này, nhóm chúng em được thử sức với đề tài “Tìm đường trong chuyển mạch” ở bộmôn Mạng viễn thông Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến cô Vân - GV phụ trách bộ mônMạng viễn thông đã giúp chúng em một phần hoàn thành đề tài này Tiếp thêm những kiếnthức 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 mongnhận được sự góp ý của cô và các bạn
Chúng em xin chân thành cảm ơn
NHÓM 8
Trang 6I ĐỊNH NGHĨA:
1 Chuyển mạch:
Chuyển mạch là một quá trình thực hiện đấu nối và chuyển thông tin cho người sử dụngthông qua hạ tầng mạng viễn thông Nói cách khác, chuyển mạch trong mạng viễn thông baogồm 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 mạchkênh 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 vàchuyển mạch gói Mặt khác, chuyển mạch còn được chia ra thành bốn kiểu: chuyển mạchkênh, 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
Trang 7II 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 thìgiữa chúng sẽ được thiết lập một “ kênh” (circuit) cố định, kênh kết nối này được duy trì vàdành 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:
- Giai đoạn thiết lập kêt nối: Thực chất quá trình này là liên kết các tuyến giữa các trạm
trên mạng thành một tuyến (kênh) duy nhất dành riêng cho cuộc gọi Kênh này đối vớiPSTN 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 lượngđường 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 chếcủa 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 Thứ nhất, độ rộng băng thông cố định 64k/s Thứ hai là kênh là dành riêng cho mộtcuộc gọi nhất định Như vậy, ngay cả khi tín hiệu thoại là “lặng” (không có dữ liệu)thì kênh vẫn không được chia sẻ cho cuộc gọi khác
- Tính an toàn: Do tín hiệu thoại được gửi nguyên bản trên đường truyền nên rất dễ bị
nghe trộm Ngoài ra, đường dây thuê bao hoàn toàn có thể bị lợi dụng để ăn trộm cướcviễn 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 đãđược sử dụng từ trước đó không có khả năng tùy biến cao
Trang 82 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
bằng store 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 dạngđược 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 cácthông tin mà mạng yêu cầu để có thể định tuyến được cho các gói tin qua mạng và đưa nó tớiđích Tại mỗi node trên tuyến gói tin được nhận, nhớ và sau đó thì chuyển tiếp cho tới chạmđích Vì kỹ thuật chuyển mạch gói trong quá trình truyền tin có thể được định tuyến động đểtruyền tin Điều khó khăn nhất đối với chuyển mạch gói là việc tập hợp các gói tin để tạo bảntin bản đầu đặc biệt là khi mà các gói tin được truyền theo nhiều con đường khác nhau tớitrạm đích Chính vì lý do trên mà các gói tin cần phải được đánh dấu số thứ tự, điều này cótác 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 truyềngiữa các node có thể được các trạm cùng chia sẻ cho để truyền tin, các gói tin sắp hàng
và truyền theo tốc độ rất nhanh trên 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 hơnnhưng phải chấp nhận 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 tuyếnđộng 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 đượctruyền 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
Trang 9TÌM ĐƯỜNG TRONG CHUYỂN MẠCH
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 củacuộc truyền nhiều gói đi nữa thì mạng (và các chức năng lớp mạng) đều xử lý chúng như làđơn 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 đếntrạm 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 mangdatagram từ một hay nhiều nguồn khác nhau Phương pháp đa hợp có thể dùng là TDM hayFDM Một số đường trong mạng có thể chỉ dùng một kênh trong khi đường khác thì dùngnhiều kênh
b) Chuyển mạch ảo:
Kênh ảo (VC: Virtual Circuit) là phương tiện truyền dữ liệu qua mạng chuyển mạch góitheo cách mà nó có vẻ như có một liên kết vật lý chuyên dụng giữa nguồn và đích hệ thốngcuối của dữ liệu này Thuật ngữ mạch ảo đồng nghĩa với kết nối ảo
8
Trang 11TÌM ĐƯỜNG TRONG CHUYỂN MẠCH
10
Trang 12Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS).
TÌM ĐƯỜNG TRONG CHUYỂN
MẠCH
11
Trang 13- 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 thayđổi giá 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.
III TÌM ĐƯỜNG TRONG CHUYỂN MẠCH:
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 mạngthay đổi trong quá trình sử dụng Có hai phương pháp cơ bản thường sử dụng trong mạngchuyển mạch kênh phân chia dựa trên thuộc tính động là định tuyến động và định tuyến tĩnh
- Không quan tâm đến trạng thái kênh
truyền của mạng hay thay đổi trong ma
- Phản ứng lại với kết nối và node bị lỗi
- + Tăng tiêu tốn tài nguyên khi phải
thông tin của các node xa
- + Các node sẽ theo dõi và khi kênh
thì sẽ chuyển kênh khác nhưng không cógiao thức rõ ràng như trong IP (InternetProtocols)
-TÌM ĐƯỜNG TRONG CHUYỂN MẠCH
12
Trang 14a FHR - Fixed Hierarchical Routing :
- - Hầu hết các biến thể của tìm đường luân phiên tĩnh dùng trong mạng PSTN
- Các chuyển mạch được kết nối theo cấu trúc phân cấp - Fixed Hierachical (thường là hìnhcây) 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 đượckhai 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:
Trang 15
Các quy tắc cơ bản của FHR :
- + Lựa chọn đường đi chỉ dựa trên số gọi ( từ thiết bị đầu cuối) Nơi gọi không bị ảnhhưởng
- + Một node luôn lựa chọn nhóm kênh khả dụng đầu tiên để cung cấp cho cuộc gọi
- + Các đường thay thế được sắp xếp theo thứ tự khoảng cách phân tầng tăng dần từ nodegần nhất đến node thiết bị đầu cuối
- + Đường thay thế cuối cùng luôn dùng nhóm trunk cuối Nếu không có các kênh rảnhthậm chí trong nhóm trunk cuối thì cuộc gọi sẽ bị khóa
- + Không sử dụng hiệu quả tài nguyên mạng
TÌM ĐƯỜNG TRONG CHUYỂN MẠCH
14
Trang 16b DNHR - Dynamic Nonhierarchical Routing :
Tất cả các kết nối đều ngang hàng - không có sự phân tầng
- Một nhóm kênh có thể là lựa chọn cuối cho một vài cuộc gọi và không là lựa chọn cuối củacác cuộc gọi khác
- Độ dài của các đường thay thế là 2 hop :
- + Không bị vòng lặp
- + Tránh việc các đường thay thế dài sẽ có vấn đề khi bị quá tải trên mạng
- Dùng hệ thống các bảng định tuyến, mỗi bảng sẽ được chọn dựa trên thời gian trong ngày
- Dùng OOC ( Origianl Office Control) và crankback
- Tạo và tối ưu hóa các bảng định tuyến yêu cầu thu thập dữ liệu đường đi tập trung
TÌM ĐƯỜNG TRONG CHUYỂN MẠCH
15
Trang 17c DAR - Dynamic Alternative Routing :
DAR hoạt động trong mạng dạng lưới hoàn toàn (full mesh) Đường đi trực tiếp từ node iđến node j và các đường thay thế có tối đa 2 hop được sử dụng Với k(i,j) - node thay thế gầnnhất cho việc truyền thông từ node i đến node j, rf j là tham số kết nối i,j
- Một cuộc gọi từ node i đến node j luôn luôn dùng kênh trực tiếp nếu kênh sẵn sàng Nếu
không, cuộc gọi sẽ dùng đường thay thế có 2 hop qua node k Cuộc gọi thành công nếu r ik và
r k j khả dụng Nếu không, cuộc gọi sẽ bị khóa và lựa chọn một node k mới.
- + Một cuộc gọi dùng đường thay thế 2 hop có thể gây ra chặn cả các cuộc gọi đến saunếu nó được phép dự trữ kênh cuối cùng
- + Không có tham số kết nối rf j thì trạng thái của mạng sẽ không ổn định - số lượngtối đa các kết nối thay thế thông qua giữa các mức độ tạo ra dao động mạng
- + Trên các kết nối dung lượng lớn thì r cũng là giá trị nhỏ Thậm chí mặc định là r^0trên đường thay thế đầu tiên
- + Nếu một cuộc gọi được phép thử truyền thêm trên một kênh truyền thay thế 2 hop,giá trị của r phải tăng
- + Một số đường thay thế tốt hơn các đường thay thế khác nên sẽ ưu tiên được chọn.Nếu truyền thông trên một kênh thay thế tăng mạnh thì nó có thể phân tán ra mộtvài kênh truyền thay thế gần đó
- Ví dụ: Có N node, N(N-1) kết nối, mỗi kết nối có M kênh Mỗi node phát sinh p cuộc gọithì :
- + Nếu các cuộc gọi chỉ dùng kết nối trực tiếp => pN < N(N-1)M => p < (N-1)M
- + Nếu các cuộc gọi đều dùng kết nối kênh truyền 2 hop : tổng cộng có 2pN kênhtruyền => 2pN < N(N-1)M => p < (N-1)M/2
Trang 18d RCAR - Residual Capacity Adaptive Routing:
Cải thiện hiệu suất mạng đáng kể
- Đáp ứng nhanh với các kiểu hình truyền thông khác thường và với các kết nối hay
node bị lỗi
- Lợi ích liên quan đến sự khác biệt thời gian giữa các biên.
- Dễ lỗi đối với trung tâm quản lí Sẽ trả về dạng FHR nếu trung tâm quản lí bị lỗi.
e RTNR - Real-time Network Routing :
Dùng trong mạng AT&T từ 1991.
- Là kế thừa của mạng DNHR.
Trang 19- Nguồn node i trước hết thử kết nối trực tiếp đến đích j Nếu kết nối trực tiếp không
sẵn sàng, hỏi trạng thái điểm đích để tìm ra node phụ k
- Việc xếp hàng có thể là nguyên nhân gây trì hoãn trong việc thiết lập kết nối Có
thể dùng các kết quả để xếp trước đó, sắp xếp và lưu vào cache cho các cuộc gọi kếtiếp Cần crankback
f Tổng kết về tìm đường trong chuyển mạch kênh:
- Định tuyến tĩnh là phổ biến nhất trong PSTN.
- Định tuyến luân phiên dễ dàng như một lẽ tự nhiên khi cuộc gọi đang diễn ra giữ
nguyên kênh truyền và cuộc gọi mới tìm một đường thay thế khác
- Định tuyến động với thông tin nội bộ thường đạt được tỉ lệ bị khóa thấp giống như
định tuyến theo tải cần thông tin toàn cục
2 Tìm đường trong chuyển mạch gói
- Mục tiêu cơ bản của các phương pháp định tuyến là nhằm sử dụng tối đa tài nguyên mạng,tối ưu giá thành mạng và phải đạt được các yêu cầu như: Chính xác, đơn giản, tính mạnh mẽ,
ổn định, công bằng với tối ưu và phải sử dụng một cách hiệu quả
a Chức năng:
- Quyết định chọn đường theo một tiêu chuẩn tối ưu nào đó
- + Số chặng đường (hopcount) là tối thiểu
- + Chi phí (cost) là tối thiểu
- Mỗi một đường dẫn có một chi phí khác nhau
- Chi phí có thể là: Data rate hay delay (do các gói phải xếp hàng chờ đượcchuyển)
- Cập nhập thông tin định tuyến (thông tin dùng cho chức năng)
b Phân biệt kĩ thuật định tuyến :
- Thời điểm và nơi quyết định tìm đường:
- + Thời điểm: Trên cơ sở mạch ảo hoặc mạch gói
- Datagram quyết định thực hiện riêng cho mỗi gói
- Virtual circuit quyết định đưa ta lúc kết nối
- + Nơi quyết định: Có thể là phân tán (distributed), tập trung (centralized) hay là tạinguồn (source)
- Nguồn thông tin mạng và thời điểm cập nhập thông tin:
- Các quyết định tìm đường thường được dựa trên các thông tin trên mạng như: tải lưuthông hay chi phí của đường đi
- Cần phải các định thời điểm cập nhập các thông tin mạng được lưu trữ ở các nodenhư:
không bao giờ cập nhập (fixed), cập nhập thường xuyên (adaptive) hay trade off
