Bài giảng Kỹ thuật truyền dữ liệu - Chương 7 Mạng chuyển mạch

BK TP.HCM 2008 dce Chương 7 Mạng chuyển mạch Mạng chuyển mạch  Mạng chuyển mạch mạch  Các khái niệm trong mạng chuyển mạch mạch  Điều khiển tín hiệu  Kiến trúc Softswitch  Nguyên lý chuyển mạch gói  X.25  Frame relay 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 2Data Communication and Computer Networks WAN 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 3Data Communication and Computer Networks Ví dụ một mạng WAN 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 4Data Communication and Computer Networks Mạng chuyển mạch • Truyền dẫn khoảng cách xa thường truyền qua một mạng các node trung gian (switching node) • Các node này không quan tâm đến nội dung dữ liệu truyền qua nó – Chức năng của các node là cung cấp khả năng chuyển mạch, nghĩa là chuyển dữ liệu đi từ node này qua node khác cho đến khi dữ liệu đến được đích • Dữ liệu được truyền từ node này sang node khác để đến thiết bị đầu cuối (máy tính, điện thoại ) • Tập hợp các node và các kết nối hình thành nên mạng truyền thông (communication network) 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 5Data Communication and Computer Networks Ví dụ mạng chuyển mạch (Switched network) 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 6Data Communication and Computer Networks Trạm và Node mạng • Trạm (station): thiết bị đầu cuối muốn giao tiếp với nhau (máy tính, điện thoại ...) • Node mạng: thiết bị cung cấp chức năng chuyển mạch – Các node có thể chỉ kết nối với các node khác hoặc vừa kết nối các node khác vừa kết nối với các trạm – Kết nối giữa hai node (node-to-node link) thường được dồn kênh bằng FDM hoặc TDM – Giữa hai node có thể không có kết nối trực tiếp, tuy nhiên giữa hai trạm nên có nhiều đường đi của dữ liệu để tăng độ tin cậy 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 7Data Communication and Computer Networks Circuit swiching network • Là một dạng mạng chuyển mạch • Đặc điểm: kết nối giữa hai trạm là dành riêng – Dữ liệu đi theo một đường đi dành riêng cho 2 trạm – Đường đi là chuỗi các đường kết nối liên tục giữa các node mạng – Kết nối có thể chỉ là một kênh luận lý • 3 giai đoạn – Tạo kết nối • Tạo đường đi dành riêng cho dữ liệu trao đổi giữa hai trạm – Truyền dữ liệu • Dữ liệu có thể số hay tương tự tùy thuộc vào mạng – Ngắt kết nối • Giải phóng đường dành riêng đã được cấp 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 8Data Communication and Computer Networks Ứng dụng • Tổng đài nội bộ (PBX: Private Branch Exchange) – Kết nối các máy điện thoại trong cùng 1 tòa nhà hay giữa các tòa nhà của cùng một tổ chức – Kết nối đến mạng điện thoại công cộng • Mạng kết nối riêng (Private Wire Area Network) – Kết nối giữa các sites khác nhau của cùng một công ty – Các PBX tại các site được kết nối với nhau thông qua đường truyền dành riêng 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 9Data Communication and Computer Networks Ứng dụng (tt) • Mạng điện thoại công cộng (Public Switching Telephone Network) – Tập hợp mạng các quốc gia kết nối với nhau thành mạng quốc tế – Được thiết kế hướng tới truyền dữ liệu thoại – Có thể sử dụng truyền dữ liệu số thông qua modem 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 10Data Communication and Computer Networks Mạng điện thoại công cộng • Thuê bao (subscriber) – Thiết bị kết nối vào mạng (điện thoại, modem) • Đường thuê bao (subscriber line) – Đường kết nối giữa thuê bao và mạng – Còn gọi là local loop hay Subscriber loop – Dùng cáp xoắn, chiều dài ngắn vài km • Bộ chuyển mạch (exchange) – Trung tâm thực hiện chuyển mạch – End office: bộ chuyển mạch có kết nối trực tiếp với các thuê bao (vài ngàn thuê bao trong một khu vực) • Trung kế (trunk) – Đường kết nối giữa các trung tâm chuyển mạch – Truyền nhiều kết nối cùng lúc bằng cách dùng FDM hoặc TDM 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 11Data Communication and Computer Networks Tạo kết nối 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 12Data Communication and Computer Networks Các phần tử của node chuyển mạch • Chuyển mạch số (digital switch) – Cung cấp đường truyền “trong suốt” giữa hai thiết bị bất kì – Full duplex • Giao tiếp mạng (network interface) – Phần cứng để kết nối với các thiết bị – Giao tiếp với thiết bị và các node khác • Đơn vị điều khiển (control unit) – Tạo kết nối • Xử lý và ACK yêu cầu kết nối • Xác định đường truyền rảnh • Tạo đường kết nối – Duy trì kết nối – Ngắt kết nối 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 13Data Communication and Computer Networks Blocking hay non-blocking • Blocking – Hai trạm không thể kết nối với nhau được vì tất cả các đường đi giữa chúng đều đã được dùng – Mạng có thể bị nghẽn (yêu cầu kết nối bị loại bỏ) – Được dùng trong các hệ thống thoại • Thời gian kết nối ngắn • Chỉ một số điện thoại kết nối với nhau cùng lúc • Non-blocking – Cho phép tất cả các trạm có thể tạo kết nối (thành cặp) tại cùng một thời điểm – Được dùng cho vài kết nối dữ liệu 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 14Data Communication and Computer Networks Chuyển mạch không gian • Được phát triển cho môi trường analog • Đường kết nối tín hiệu là các đường vật lý riêng biệt – Mỗi kết nối đòi hỏi phải thiết lập một đường đi vật lý riêng cho dữ liệu trao đổi giữa 2 trạm – Thành phần của switch là các cổng bán dẫn có thể được điều khiển đóng/ mở (crosspoint) • Phân loại – Chuyển mạch không gian một tầng – Chuyển mạch không gian đa tầng 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 15Data Communication and Computer Networks Chuyển mạch không gian một tầng N inputs M outputs N>M: concentration N=M: distribution N<M: expansion Crossbar matrix N inputs/outputs Triangular switch 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 16Data Communication and Computer Networks Chuyển mạch không gian một tầng 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 17Data Communication and Computer Networks Chuyển mạch không gian một tầng (tt) • Nhận xét – Chi phí cao: Số điểm kết nối tỉ lệ với bình phương số trạm – Độ tin cậy thấp: Việc mất một điểm kết nối dẫn tới việc mất đường kết nối qua điểm đó – Hiệu suất sử dụng của các điểm kết nối kém • Tất cả các trạm được kết nối, chỉ có vài điểm kết nối được dùng (ít hơn 25%) – Non-blocking 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 18Data Communication and Computer Networks Bộ chuyển mạch 3 tầng 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 19Data Communication and Computer Networks Chuyển mạch không gian đa tầng • Giảm số điểm kết nối – Gia tăng hiệu suất sử dụng • Nhiều đường kết nối qua mạng giữa 2 trạm – Độ tin cậy gia tăng • Điều khiển phức tạp – Trì hoãn khi tín hiệu truyền qua chuyển mạch gia tăng, tỷ lệ với số tầng của chuyển mạch • Có khả năng blocking 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 20Data Communication and Computer Networks Chuyển mạch thời gian • Chia nhỏ các dòng dữ liệu tốc độ thấp để dùng chung một đường truyền số liệu tốc độ cao • Các gói nhỏ được điều khiển bởi một bộ điều khiển logic để truyền từ input đến output • Hai chuyển mạch theo thời gian đơn giản – Time-division Multiplexing BUS (TDM BUS) – Time Slot Interchange (TSI) 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 21Data Communication and Computer Networks Time–Division Multiplexing Bus • Một trong những dạng chuyển mạch theo thời gian đơn giản nhất • Dựa trên nguyên lý của TDM đồng bộ – Tất cả các đường truyền (I/O) được nối vào một Bus chung – Một kết nối được thiết lập giữa hai đường truyền (I/O) bằng cách gán một time slot 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 22Data Communication and Computer Networks Time–Division Multiplexing Bus N inputs N outputs1 n1 frame Synchronous Time Division Multiplexing 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 23Data Communication and Computer Networks • Tất cả các đường (I/O) được nối đến một bộ phân hợp kênh bất đồng bộ • Một kết nối được thiết lập bằng cách hoán chuyển các time slot trong frame • Thường được dùng làm phần tử chuyển mạch cơ bản (building block) trong các cơ chế chuyển mạch theo thời gian đa tầng (multi-stage) Time Slot Interchange 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 24Data Communication and Computer Networks Time slot interchange 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 25Data Communication and Computer Networks Time Slot Interchange (TSI) • Sử dụng bộ nhớ RAM • Lưu vào bộ nhớ dữ liệu đến theo đúng thứ tự time slot • Slot được đưa ra ngõ ra theo thứ tự tùy thuộc vào control unit. 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 26Data Communication and Computer Networks Chuyển mạch kết hợp • Chuyển mạch thời gian – Không cần các crosspoint – Delay • Chuyển mạch không gian – Cần nhiều crosspoint – Không có delay (không đáng kể) • Kết hợp 2 phương pháp – Giảm số lượng crosspoint – Giảm delay – TSS: Time-Space-Space – TSST: Time-Space-Space-Time – STTS: Space-Time-Time-Space 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 27Data Communication and Computer Networks Chuyển mạch kết hợp 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 28Data Communication and Computer Networks Điều khiển tín hiệu (control signaling) • Điều khiển tín hiệu là các phương tiện – Dùng để quản lý mạng – Các cuộc gọi được tạo, duy trì và kết thúc • Đòi hỏi trao đổi thông tin giữa – Thuê bao và switch – Giữa các switch – Switch và trung tâm quản lý mạng 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 29Data Communication and Computer Networks Chức năng các tín hiệu điều khiển • Âm báo cho thuê bao: tín hiệu quay số, tín hiệu báo bận... • Truyền số thuê bao cần gọi cho trung tâm chuyển mạch • Thông tin giữa các switch: cuộc gọi thiết lập được, kết thúc • Tín hiệu làm điện thoại reo • Thông tin tính phí • Thông tin tình trạng của các thiết bị và đường dây dùng để tìm đường và bảo trì • Thông tin chẩn đoán hệ thống • Ví dụ: thiết lập cuộc gọi điện thoại 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 30Data Communication and Computer Networks Trình tự tín hiệu điều khiển 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 31Data Communication and Computer Networks Phân loại chức năng các tín hiệu • Giám sát (Supervisory) – Điều khiển quá trình sử dụng tài nguyên (khởi động và thiết lập cuộc gọi, kết thúc cuộc gọi, ...). – Giám sát thông tin liên quan đến trạng thái của các cuộc gọi (cuộc gọi không thành công, cuộc gọi kết thúc, tín hiệu rung chuông) • Địa chỉ (Address) – Cung cấp cơ chế để phân biệt giữa các thuê bao: số điện thoại, mã vùng, mã quốc gia, • Thông tin cuộc gọi – Âm nghe được báo cho thuê bao thông tin về tình trạng của cuộc gọi • Quản trị mạng – Dùng để duy trì hoạt động, phát hiện lỗi – Thường ở dạng các message 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 32Data Communication and Computer Networks Inchannel Signaling • Dùng cùng kênh truyền cho tín hiệu điều khiển và dữ liệu cuộc gọi – Không đòi hỏi thêm phương tiện truyền dẫn • Inband – Các tín hiệu điều khiển có cùng tần số với tín hiệu thoại – Có thể truyền đi bất cứ đâu mà tín hiệu thoại có thể đến – Không thể thiết lập cuộc gọi trên đường truyền thoại hỏng/có lỗi • Out-of-band – Dựa trên đặc điểm tín hiệu thoại không dùng hết băng thông 4kHz cấp cho nó – Sử dụng phần băng thông hẹp riêng biệt trong 4kHz cho tín hiệu điều khiển – Có thể truyền tín hiệu điều khiển liên tục – Cần thêm thiết bị để xử lý – Tốc độ tín hiệu điều khiển chậm (băng thông nhỏ) 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 33Data Communication and Computer Networks Hạn chế của inchannel signaling • Tốc độ truyền bị hạn chế – Inband: chỉ truyền được tín hiệu điều khiển khi không có tín hiệu thoại – Out-of-band: băng thông hẹp • Thời gian delay kể từ lúc thuê bao bắt đầu quay số đến lúc cuộc gọi được kết nối – Đối với máy tính giao tiếp bằng các thông điệp ngắn thì thời gian kết nối là quá dài • Khắc phục bằng phương pháp common channel 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 34Data Communication and Computer Networks Common Channel Signaling • Tín hiệu điều khiển được truyền trên đường độc lập với kênh truyền thoại • Một kênh tín hiệu điều khiển dùng chung cho nhiều thuê bao • Tín hiệu điều khiển là các mesg được gửi qua lại giữa các switch và trung tâm quản lý mạng – Tạo thành một mạng máy tính riêng, truyền các mesg ngắn – Không mất thời gian tạo kết nối đối với các tín hiệu điều khiển 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 35Data Communication and Computer Networks CCS: Chế độ hoạt động • Associated Mode – Kênh tín hiệu điều khiển chung đi kèm với đường liên kết các switch – Tín hiệu điều khiển được đưa vào bộ xử lý riêng trong mỗi switch • Disassociated Mode – Kênh tín hiệu điều khiển có thể đi khác với kênh thoại – Cần các node phụ để chuyển các tín hiệu điều khiển – Phức tạp và mạnh hơn – Thực chất là 2 mạng riêng biệt được kết nối với nhau – Dùng trong ISDN 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 36Data Communication and Computer Networks Hệ thống điều khiển tín hiệu số 7 • Signaling System Number 7 (SS7) – Cơ chế common channel signaling – Được thiết kế cho ISDN • Mục tiêu chuẩn hóa hệ thống CCS với các tính chất – Được tối ưu cho mạng các kênh truyền số 64kbps – Dùng để điều khiển cuộc gọi, điều khiển từ xa, quản lý và bảo trì hệ thống – Cung cấp một phương tiện tin cậy: trao đổi thông tin theo thứ tự, không mất, không trùng lặp – Có thể hoạt động trên kênh truyền tương tự và tốc độ dưới 64kbps – Có thể dùng cho hệ thống vi ba điểm-điểm mặt đất và các liên kết vệ tinh • Hoạt động – Các thông điệp (mesg) điều khiển được truyền trên mạng để điều khiển cuộc gọi và quản lý mạng – Mỗi mesg là một gói dữ liệu nhỏ – Dùng mạng chuyển mạch gói để điều khiển mạng chuyển mạch mạch 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 37Data Communication and Computer Networks Các phần tử của mạng SS7 • Điểm điều khiển tín hiệu (Signaling point – SP) – Bất kỳ điểm nào trong mạng có khả năng xử lý các thông báo điều khiển của SS7 – VD: Các node chuyển mạch, trung tâm điều khiển mạng... • Điểm trao đổi tín hiệu (Signal transfer point – STP) – SP có khả năng tìm đường cho các thông điệp điều khiển – VD: Một node tìm đường (routing node) hoặc có thể gồm cả xử lý các thông báo • Đường điều khiển tín hiệu (Signaling link) – Nối các SP với nhau 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 38Data Communication and Computer Networks Mô hình SS7 • Kiến trúc Disassociated signaling • Control plane – Chịu trách nhiệm tạo và duy trì kết nối • Information plane – Một khi kết nối đã được tạo, thông tin sẽ được truyền trên “information plane” 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 39Data Communication and Computer Networks Cấu trúc mạng tín hiệu điều khiển • Khả năng của STP – Số liên kết điều khiển có khả năng xử lý – Thời gian truyền thông báo – Khả năng truyền thông tin (throughput capacity) • Hiệu suất mạng – Số lượng SP – Thời gian trễ điều khiển tín hiệu • Tính sẵn sàng và độ tin cậy – Khả năng của mạng trong việc cung cấp các dịch vụ khi các STP bị hư / không sẵn sàng 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 40Data Communication and Computer Networks Tính chất của chuyển mạch mạch • Dung lượng kênh truyền được dành riêng cho 2 trạm trong suốt quá trao đổi dữ liệu, kể cả lúc 2 trạm rảnh – Không phù hợp truyền dữ liệu cho máy tính • Mất thời gian tạo kết nối trước khi truyền dữ liệu • Tốc độ dữ liệu cố định – Thiết bị ở hai đầu phải chạy cùng tốc độ • Thường dùng cho mạng điện thoại – Không có delay trong lúc truyền dữ liệu – Đảm bảo chất lượng của dữ liệu thoại đủ để hiểu được – Sử dụng đường truyền hiệu quả • Trong suốt – Sau khi kết nối đã được thiết lập thì 2 trạm trao đổi dữ liệu giống như có đường kết nối trực tiếp 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 41Data Communication and Computer Networks Kiến trúc Softswitch • Các máy tính đa dụng sử dụng phần mềm đặc biệt để biến chúng thành một switch • Giá thành thấp hơn • Nhiều chức năng hơn – Chuyển mạch như các switch thông thường – Đóng gói dòng dữ liệu thoại ở dạng số – Cho phép sử dụng VoIP • Thành phần phức tạp nhất trong một switch của mạng điện thoại là phần mềm điều khiển các cuộc gọi – Tìm đường cho các cuộc gọi – Xử lý các cuộc gọi – Thông thường chạy trên các bộ xử lý riêng được tích hợp bên trong các switch • Tách rời việc xử lý các cuộc gọi ra khỏi phần cứng của switch • Phần chuyển mạch vật lý được thực hiện bởi media gateway • Việc xử lý các cuộc gọi được thực hiện bởi media gateway controller 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 42Data Communication and Computer Networks Switch chuyển mạch kiểu cũ 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 43Data Communication and Computer Networks Softswitch 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 44Data Communication and Computer Networks Nguyên lý chuyển mạch gói • Dữ liệu được truyền thành các gói nhỏ – Thông thường là 1000 bytes – Dữ liệu lớn được chia thành chuỗi các gói nhỏ để truyền – Mỗi gói gồm dữ liệu cộng thêm thông tin điều khiển • Thông tin tìm đường trên mạng (địa chỉ) • Các gói được nhận, lưu tạm thời và truyền cho node kế tiếp (store and forward) 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 45Data Communication and Computer Networks Ví dụ 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 46Data Communication and Computer Networks Ưu điểm chuyển mạch gói • Tăng hiệu suất đường truyền – Một kết nối node-node có thể dùng chung bởi nhiều gói – Các gói được xếp hàng và truyền 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 – Thời gian truyền các gói bị chậm lại – So với chuyển mạch mạch: không kết nối được • Có thể phân độ ưu tiên cho các gói – Một node có thể chuyển các gói có độ ưu tiên cao đi trước – Các gói có độ ưu tiên cao sẽ ít trễ hơn 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 47Data Communication and Computer Networks Kỹ thuật chuyển mạch • Trạm chia thông báo dài thành nhiều gói nhỏ • Từng gói được gởi lần lượt vào mạng • Chuỗi các gói được gửi đi trên mạng theo 2 cách – Datagram – Virtual circuit 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 48Data Communication and Computer Networks Datagram • Mỗi gói được xử lý độc lập • Các gói có thể – Đi theo bất cứ đường thích hợp nào • Đường đi của các gói không giống nhau – Đến đích không theo thứ tự gởi • Bên nhận phải sắp xếp lại – Thất lạc trên đường đi hoặc bị mất • Một node trung gian bị hư tạm thời, các gói đang chờ tại node đó sẽ bị mất • Bên nhận phải phát hiện gói hư/mất và có xử lý tương ứng • Mỗi gói được gọi là 1 datagram 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 49Data Communication and Computer Networks Minh họa Datagram 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 50Data Communication and Computer Networks Virtual circuit • Đường đi được hoạch định trước khi gởi các gói dữ liệu – Khi đường đi đã được thiết lập thì các gói truyền giữa 2 máy chỉ đi theo đường đã định – Đường đi cố định cho mỗi phiên giao dịch – Tương tự circuit switching nên được gọi là virtual circuit • Các gói điều khiển được dùng để tạo kết nối • Mỗi đường đi được gán một ID • Mỗi gói chứa ID của đường đi thay vì địa chỉ máy đích • Không cần tìm đường cho từng gói • Lưu ý: đường đi không dành riêng như circuit switch 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 51Data Communication and Computer Networks Minh họa Virtual circuit 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 52Data Communication and Computer Networks So sánh Virtual Circuit - Datagram • Virtual circuits – Mạng có thể cung cấp thêm các dịch vụ điều khiển thứ tự và điều khiển lỗi • Các gói chỉ đi theo 1 đường nên dễ dàng đến đúng thứ tự • Điều khiển lỗi: các gói đến đúng thứ tự và không hư – Nếu một gói tại một node bị hư thì node đó có thể yêu cầu truyền lại gói đó từ node trước – Các gói được chuyển đi nhanh hơn • Các node không cần phải mất thời gian tìm đường đi – Giảm độ tin cậy • Một node hư dẫn đến tất cả các đường virtual circuit qua node đó hư theo • Datagram – Không cần phải thiết lập kết nối • Thích hợp cho việc truyền ít gói dữ liệu – Mềm dẻo hơn • Việc tìm đường có thể giúp tránh các vị trí bị nghẽn của mạng – Tin cậy hơn • Một node hư thì các gói sẽ đi bằng đường khác 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 53Data Communication and Computer Networks Vấn đề kích thước gói • Số gói càng nhiều – Xử lý header càng nhiều – Các gói chờ tại mỗi node tăng • Kích thước hiệu quả của gói là 53 byte (ATM) 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 54Data Communication and Computer Networks So sánh circuit switching và packet switching • Trễ lan truyền – Thời gian để tín hiệu đi từ node này đến node khác – Có thể bỏ qua (2x108 m/s) • Thời gian truyền – Thời gian để đưa toàn bộ một khối dữ liệu ra đường truyền • Thời gian trễ tại mỗi node – Thời gian để thực hiện chuyển mạch tại node 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 55Data Communication and Computer Networks So sánh circuit switching và packet switching 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 56Data Communication and Computer Networks Circuit vs. Packet Switching Circuit Switching Datagram Packets Virtual Circuit Packets Đường truyền dẫn dành riêng Đường truyền dẫn không dành riêng Đường truyền dẫn không dành riêng Dữ liệu truyền liên tục Dữ liệu truyền theo gói Dữ liệu truyền theo gói Đủ nhanh cho ứng dụng tương tác Đủ nhanh cho ứng dụng tương tác Đủ nhanh cho ứng dụng tương tác Thông báo không được lưu trữ Thông báo có thể được lưu trữ cho đến khi đến phân phát Thông báo được lưu trữ cho đến khi đến phân phát Đường truyền dẫn được thiết lập cho toàn bộ quá trình trao đổi Đường đi được thiết lập cho mỗi gói Đường đi được thiết lập cho toàn bộ quá trình trao đổi Trễ do quá trình thiết lập, nhưng thời gian trễ trong quá trình truyền không đáng kể Trễ truyền các gói Trễ do quá trình thiết lập, trễ truyền các gói Tín hiệu bận nếu bên nhận không sẵn sàng Người gởi có thể được thông báo nếu các gói không được phân phát Người gởi được thông báo nếu các gói không được phân phát 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 57Data Communication and Computer Networks Circuit vs. Packet Switching (tt) Circuit Switching Datagram Packets Virtual Circuit Packets Quá tải sẽ khóa việc thiết lập; không trễ khi đường truyền đã được thiết lập Quá tải sẽ tăng thời gian trễ của gói Quá tải có thể khóa việc thiết lập; tăng thời gian trễ của gói Chuyển mạch cơ điện hoặc được điều khiển bởi máy tính Node chuyển mạch nhỏ Node chuyển mạch nhỏ User chịu trách nhiệm khi các thông báo bị thất lạc Mạng có thể sẽ chịu trách nhiệm cho các gói đơn lẻ Mạng có thể sẽ chịu trách nhiệm cho chuỗi các gói Thường không cần chuyển đổi tốc độ và bảng mã Chuyển đổi tốc độ và bảng mã Chuyển đổi tốc độ và bảng mã Truyền dẫn băng thông cố định Linh động sử dụng băng thông Linh động sử dụng băng thông Không tốn chi phí dữ liệu sau khi thiết lập Tốn kém dữ liệu cho mỗi gói Tốn kém dữ liệu cho mỗi gói 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 62Data Communication and Computer Networks X.25 • Mạng chuyển mạch gói đòi hỏi máy trạm phải hợp tác với mạng để gửi các gói ra ngoài • 1976, ITU-T • Giao tiếp giữa máy trạm và mạng chuyển mạch gói • Định nghĩa 3 lớp – Vật lý – Liên kết – Gói 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 63Data Communication and Computer Networks Lớp vật lý • Giao tiếp giữa máy trạm và liên kết kết nối trạm đó với node mạng • Phân biệt 2 đầu của đường liên kết – DTE: thiết bị của người dùng – DCE: node mạng • Dùng đặc tả lớp vật lý X.21 (đôi khi thay thế bằng EIA-232) 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 64Data Communication and Computer Networks Lớp liên kết • Link Access Protocol Balanced (LAPB) – Tập con của nghi thức HDLC – Xem lại chương trước • Truyền dữ liệu tin cậy trên đường truyền • Dữ liệu được truyền ở dạng chuỗi các frame 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 65Data Communication and Computer Networks Lớp gói (packet) • Cung cấp dịch vụ mạch ảo (virtual circuits) – Cho phép các thuê bao thiết lập các kết nối luận lý với nhau 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 66Data Communication and Computer Networks Dịch vụ mạch ảo • Cho phép kết nối luận lý giữa hai trạm – Mạch ảo bên ngoài (external VC) • Xác định đường đi qua mạng – Mạch ảo bên trong (internal VC) • Thường có mối quan hệ 1-1 giữa mạch ảo bên ngoài và mạch ảo bên trong • Có thể sử dụng X.25 với mạng datagram bên trong • Mạch ảo bên ngoài – Một kênh luận lý riêng được thiết lập giữa 2 trạm – Tất cả dữ liệu trong kênh luận lý đó tạo thành một dòng dữ liệu truyền giữa 2 trạm – Được thiết lập theo yêu cầu – Ví dụ: Trạm D phân biệt các gói đến từ B, E, F thông qua số của VC gắn với mỗi gói 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 68Data Communication and Computer Networks Phân cấp X.25 • Dữ liệu người dùng đưa vào X.25 ở lớp 3 • X.25 thêm các thông tin điều khiển (header) – ID của VC – Chỉ số tuần tự (điều khiển dòng, điều khiển lỗi) • X.25 truyền gói này xuống lớp LAPB • LAPB thêm các thông tin điều khiển tạo thành frame LAPB • Hoạt động của X.25 tương tự HDLC 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 81Data Communication and Computer Networks Đặc tính chính của X.25 • Các gói điều khiển kết nối (thiết lập và xóa VC) được truyền trên cùng một kênh và cùng VC với các gói dữ liệu (inband signaling) • Phân/hợp kênh của VC xảy ra ở lớp 3 • Cả lớp 2 và 3 đều có cơ chế điều khiển dòng và điều khiển lỗi • Có quá nhiều overhead – Tại mỗi node trung gian đều thực hiện điều khiển dòng và điều khiển lỗi – Mỗi node trung gian phải lưu bảng trạng thái cho mỗi VC – Dữ liệu nguồn cần phải được lưu trữ trong trường hợp phải truyền lại • Không thích hợp cho các mạng số hiện đại với độ tin cậy và tốc độ dữ liệu ngày càng cao – X.25 làm giảm hiệu suất sử dụng đường truyền 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 82Data Communication and Computer Networks Nhược điểm của X.25 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 83Data Communication and Computer Networks Nhược điểm của X.25 (tt) 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 84Data Communication and Computer Networks Frame Relay – Giới thiệu • Được thiết kế để hoạt động hiệu quả hơn X.25 • FR là kỹ thuật mạch ảo cung cấp các dịch vụ cấp thấp (lớp vật lý và lớp liên kết dữ liệu) thoả mãn các nhu cầu – Tốc độ dữ liệu cao với chi phí thấp – Dữ liệu không đều – Hiệu suất sử dụng cao nhờ vào sự tiến bộ của các môi trường truyền dẫn • Việc chuẩn hóa được thực hiện bởi cả ITU-T và ANSI 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 85Data Communication and Computer Networks Frame relay • FR khắc phục các chi phí của X.25 bằng các đặc tính sau – Tín hiệu điều khiển được truyền trên kênh riêng biệt so với dữ liệu. • Không cần thiết phải duy trì bảng trạng thái tại các node trung gian – Phân/hợp kênh và chuyển mạch các kênh được thực hiện ở lớp 2 • Loại bỏ 1 lớp xử lý – Không cần cơ chế điều khiển dòng và điều khiển lỗi giữa các node trung gian • Điều khiển dòng và điều khiển lỗi thực hiện ở lớp cao hơn 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 86Data Communication and Computer Networks Frame Relay 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 87Data Communication and Computer Networks Frame relay 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 88Data Communication and Computer Networks Ưu nhược điểm • Không có điều khiển dòng và lỗi trên mỗi kết nối – Đường truyền càng ngày càng ít lỗi • Quá trình giao tiếp giữa 2 trạm thông suốt – Giảm quá trình xử lý trung gian – Delay giảm, thông lượng tăng • Tốc độ vượt hơn 2 Mbps 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 89Data Communication and Computer Networks Ứng dụng của FR • Ứng dụng dữ liệu tương tác dạng khối – Đồ họa phân giải cao như videotex, CAD/CAM (yêu cầu thời gian trễ thấp và thông lượng cao) • Truyền file lớn (yêu cầu thông lượng cao) • Phân/hợp các kênh tốc độ thấp • Lưu thông tương tác dạng ký tự – Soạn thảo văn bản (chiều dài frame ngắn, thời gian trễ và thông lượng thấp) 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 90Data Communication and Computer Networks Kiến trúc giao thức 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 91Data Communication and Computer Networks Control plane • Giao tiếp giữa thuê bao và mạng • Dùng kênh luận lý riêng – Tương tự như common channel signaling trong các dịch vụ chuyển mạch mạch • Lớp liên kết dữ liệu – LAPD (Link Access Protocol – D Channel) (Q.921) – Cung cấp dịch vụ điều khiển liên kết dữ liệu tin cậy giữa user (TE) và mạng (NT) – Được dùng để trao đổi tín hiệu điều khiển Q.933 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 92Data Communication and Computer Networks User plane • Cung cấp các chức năng đầu cuối giữa các user với nhau (end-to-end) • Truyền dữ liệu giữa các user • Sử dụng protocol LAPF (Link Access Procedure for Frame Mode Bearer Services) định nghĩa trong Q.922 – Cung cấp cơ chế phân tách, canh chỉnh và trong suốt của các frame – Phân/hợp frame dùng trường địa chỉ – Bảo đảm số octet trong frame là một số nguyên (thêm/bớt các bit 0) – Bảo đảm chiều dài frame không quá ngắn hoặc quá dài – Phát hiện các lỗi truyền dẫn – Chức năng điều khiển chống nghẽn mạng 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 93Data Communication and Computer Networks LAPF • Tạo thành một lớp con của datalink • Cung cấp dịch vụ truyền dữ liệu thô – Truyền các khung dữ liệu từ user đến user – Không sử dụng điều khiển dòng và lỗi • User có thể chọn các dịch vụ khác ở lớp cao hơn • Connection – oriented link layer – Đảm bảo các frame đến đúng thứ tự – Xác suất mất frame thấp 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 94Data Communication and Computer Networks Truyền dữ liệu người dùng • Một loại khung – Khung dữ liệu người dùng • Không có khung điều khiển – Không đánh số thứ tự frame – Không sử dụng inband signaling – Không điều khiển dòng và lỗi • Chức năng điều khiển dòng và lỗi ở lớp cao hơn được đưa vào vùng info • Flag và FCS như trong HDLC • Address chứa DLCI (Data Link Connection Identifier) – DLCI tương tự như ID của VC trong X.25 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 95Data Communication and Computer Networks Định dạng khung LAPF 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 99Data Communication and Computer Networks Frame Relay vs. X.25 • X.25 – Các chức năng xử lý gói được thực hiện ở lớp 3 mô hình OSI – Dùng các nghi thức LAPB (cho kênh B) và LAPD cho kênh D ở lớp 2 – Công việc xử lý trên mạng khá cao so với FR • Frame relay – Hầu như không có chi phí xử lý tại các node trung gian, mà chỉ có kiểm tra lỗi và tìm đường – Khả năng điều khiển dòng và điều khiển lỗi giữa các liên kết không còn nữa • Khung lỗi sẽ bị loại bỏ; việc khắc phục lỗi sẽ do các lớp cao hơn thực hiện 2008 dce ©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu 100Data Communication and Computer Networks Frame Relay vs. X.25