tiểu luận môn HỆ THỐNG VIỄN THÔNG đề tài Circuit Switched Network

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THƠNG

BÀI TIỂU LUẬN NHĨM
MƠN HỌC: HỆ THỐNG VIỄN THÔNG

ĐỀ TÀI:

Circuit Switched Network

TP. HCM, 03/06/2021


LỜI CAM ĐOAN

Nhóm tơi xin cam đoan bài tiểu luận này là cơng trình nghiên cứu của bản
thân, được đúc kết từ quá trình học tập và nghiên cứu thực tiễn trong thời
gian qua. Các thông tin và số liệu được sử dụng trong bài tiểu luận cuối kì
này là hồn tồn trung thực.

Thành phố Hồ Chí Minh năm 2021
Người cam đoan


LỜI CẢM ƠN
Trong q trình làm tiểu luận mơn học này, để hoàn thành được đề tài theo
đúng yêu cầu và thời gian quy định của nhà trường cũng như của khoa ĐT-VT
HÀNG KHƠNG khơng chỉ là sự cố gắng của tơi mà cịn có sự giúp đỡ, chỉ dẫn
tận tình của thầy PHAN TRỊN và các thầy, cơ trong khoa.

Xin chân thành cảm ơn:
Thầy Phan Tròn đã hết lòng giúp đỡ nhóm tơi trong q trình thực
hiện tiểu luận. Vì tiểu luận yêu cầu vê kiến thức mới nên nhóm tơi cũng khơng
tránh khỏi những nghi vấn, thắc mắc nhưng nhận được sự giúp đỡ và giảng
giải tận tình của thầy nên các vấn đề đó đã được giải quyết.
Học viện đã tạo điều kiện học tập cũng như hoàn thành đồ án một cách
tốt nhất.
Trong lần làm bài tiểu luận này với đề tài đã được thầy giao cho, chúng tơi
ln cố gắng hồn thành một cách tốt nhất, tuy vậy bài báo cáo khó có thể tránh
khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được sự góp ý, chỉ dẫn thêm của giáo viên
hướng dẫn thầy Phan Tròn và cùng Quý thầy, cô tại trường.
Xin chân thành cảm ơn và kính chúc các thầy cơ sức khỏe!

5


Mục Lục
PHẦN I. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI..................................................2
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU..............................................................................2
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT................................................................3
2.1. Sơ lược về Switching............................................................................ 3
2.2. Circuit- Switched Networks................................................................ 5
2.2.1. Multiplexing.................................................................................5
2.2.1.1. Khái niệm................................................................................5
2.2.1.2. Một số vấn đề cần chú ý:.......................................................6
2.2.1.3. Phân loại MUX.......................................................................9
2.2.1.4. T-Carrier System...................................................................... 13
2.2.1.5. CCIT Digital Hierarchy.......................................................... 14
2.2.1.6. Pulse Stuffing ( Nhồi xung )................................................... 15
2.2.1.7. Wavelength-Division Multiplexing (Ghép kênh phân chia

theo bước sóng).................................................................................. 17
2.2.2. Ba giai đoạn............................................................................... 18
2.2.3. Hiệu suất.................................................................................... 20
2.2.4. So sánh Circuit với Message và Packet switching..................21
2.2.5. Hai loại công tắc được sử dụng trong chuyển mạch:.............22
2.2.6. Delay...........................................................................................24
2.2.7. Circuit-Switched Technology in Telephone Networks...........25

PHẦN II: MÔ PHỎNG.....................................................................28
6


CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ MƠ PHỎNG.........................................................28
3.1. Mơ phỏng VLAN:...............................................................................28
3.1.1. Các bước mô phỏng và code kèm theo:................................ 28
3.1.2. Rút ra kết quả từ q trình mơ phỏng..................................35

PHẦN III: KẾT LUẬN.....................................................................36
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN..............................................................................36
4.1. Tổng kết đề tài:...................................................................................36

7


Mục Lục Hình Ảnh
Hình 2.1.1: Một mơ hình của chuyển mạch ( switching )......................................4
Hình 2.1.2: Mơ hình của Switched Networks........................................................4
Hình 2.1.1.1: Kết cấu chuyển mạch của phương pháp Multiplexing.................... 6
Hình 2.2.3.1: Các tín hiệu riêng lẻ chiếm Wu Hz.................................................11
Hình 2.2.3.2: Tín hiệu kết hợp phù hợp với băng thơng kênh.............................11

Hình 2.2.3.3: Mỗi tín hiệu truyền 1 đơn vị mỗi 3T giây......................................12
Hình 2.2.3.4: Tín hiệu kết hợp truyền 1 đơn vị sau mỗi T giây...........................12
Hình 2.2.4.1:........................................................................................................ 13
Hình 2.2.5.1:........................................................................................................ 14
Hình 2.2.5.2:........................................................................................................ 15
Hình 2.2.6.1:........................................................................................................ 16
Hình 2.2.6.2: Sau khi được nhồi xung.................................................................16
Hình 2.2.7.1: Phía bên trái MUX và phía bên phải là deMUX............................17
Hình 2.2.5.1:........................................................................................................ 23
Hình 2.2.5.2:........................................................................................................ 23
Hình 2.2.6.1:........................................................................................................ 24
Hình 2.2.7.1.1:..................................................................................................... 25
Hình 2.2.7.2.1:..................................................................................................... 26

8


Mục Lục Bảng Biểu
Bảng 2.2.4.1: So sánh Circuit với Message và Packet switching........................ 22

9


LỜI NÓI ĐẦU

1


PHẦN I. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU

Như chúng ta đã biết đề tài này là một phần trong môn học Hệ Thống Viễn
Thông. Trước hết đến với mơn học này chúng ta có thể tiếp thu được từ giảng
viên của chúng ta đặc biệt là thầy Phan Trịn những kiến thức bổ ích, thú vị như
là: Tổng quan về mạng máy tính và truyền số liệu: kiến trúc mạng, các giao thức
truyền thông, phân loại mạng theo các tiêu chí khác nhau, mơ hình OSI, mơ hình
TCP/IP. Các kỹ thuật truyền số liệu: các khái niệm cơ bản về truyền số liệu, các
phương pháp mã hóa điều chế, phát hiện lỗi và sửa lỗi, điều khiển truyền số liệu.
Mạng cục bộ: các yếu tố cơ bản của mạng cục bộ, các thiết bị trong mạng
Ethernet thông thường, các chuẩn Ethernet tốc độ cao và các thiết bị liên quan,
thiết bị chuyển mạch và cấu trúc Switch Ethernet, mạng LAN ảo, mạng LAN
không dây. Mạng diện rộng: Mạng thoại PSTN, các kết nối Leased Line, mạng
ISDN, mạng DSL. Giao thức TCP/IP và mạng Internet: giao thức TCP, UDP, IP,
cách chia Subnet; các dịch vụ mạng Internet phổ biến. Và đặc biệt nhất qua sự
hướng dẫn tận tình của giảng viên bộ mơn nhóm chúng em đã nắm bắt được vấn
đề nhỏ trong mơn học này đó chính là Network- Layer Protocols- ICMPv, đây
chính là chủ đề chính mà bọn em sẽ trình bày trong bài tiểu luận cuối kì này.

2


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Sơ lược về Switching
Mạng là một tập hợp các thiết bị được kết nối. Bất cứ khi nào chúng ta có nhiều
thiết bị, chúng ta gặp vấn đề về cách kết nối chúng để có thể giao tiếp một-một.
Một giải pháp là tạo kết nối điểm-điểm giữa từng cặp thiết bị (cấu trúc liên kết
lưới) hoặc giữa thiết bị trung tâm và mọi thiết bị khác (cấu trúc liên kết hình
sao). Tuy nhiên, các phương pháp này khơng thực tế và lãng phí khi áp dụng cho
các mạng rất lớn. Số lượng và độ dài của các liên kết đòi hỏi quá nhiều cơ sở hạ
tầng để tiết kiệm chi phí và phần lớn các liên kết đó sẽ khơng hoạt động trong
hầu hết thời gian. Các cấu trúc liên kết khác sử dụng kết nối đa điểm, chẳng hạn

như bus, bị loại trừ vì khoảng cách giữa các thiết bị và tổng số thiết bị tăng vượt
quá khả năng của phương tiện và thiết bị.
Một giải pháp tốt hơn là chuyển đổi. Một mạng chuyển mạch bao gồm một loạt
các nút liên kết với nhau, được gọi là chuyển mạch. Công tắc là thiết bị có khả
năng tạo kết nối tạm thời giữa hai hoặc nhiều thiết bị được liên kết với công tắc.
Trong mạng chuyển mạch, một số nút này được kết nối với hệ thống đầu cuối (ví
dụ: máy tính hoặc điện thoại). Những người khác chỉ được sử dụng để định
tuyến.

3


Hình 2.1.1: Một mơ hình của chuyển mạch ( switching )
Theo truyền thống, ba phương pháp chuyển mạch rất quan trọng: chuyển mạch
kênh, chuyển mạch gói và chuyển mạch tin nhắn. Hai đầu tiên được sử dụng phổ
biến ngày nay. Thứ ba đã bị loại bỏ dần trong truyền thông nói chung nhưng vẫn
có các ứng dụng mạng. Sau đó, chúng ta có thể chia các mạng ngày nay thành ba
loại lớn: mạng chuyển mạch kênh, mạng chuyển mạch gói và chuyển mạch tin
nhắn. Mạng chuyển mạch gói có thể được chia thành hai loại phụ - mạng mạch
ảo và mạng datagram.

Hình 2.1.2: Mơ hình của Switched Networks
4


2.2.
2.2.1.
2.2.1.1.

Circuit- Switched Networks

Multiplexing

Khái niệm

Circuit-switched networks bao gồm một tập hợp các thiết bị chuyển mạch được
kết nối bằng các liên kết vật lý. Kết nối giữa hai trạm là một đường dẫn dành
riêng được tạo bởi một hoặc nhiều liên kết. Tuy nhiên, mỗi kết nối chỉ sử dụng
một kênh chuyên dụng trên mỗi liên kết. Mỗi liên kết thường được chia thành n
kênh bằng cách sử dụng FDM hoặc TDM.
Đơn giản mà nói thì , Mạng chuyển mạch được tạo ra từ tập hợp các switch được
kết nối vật lý với nhau , mà ở đó các liên kết được chia làm nhiều kênh.
Ví dụ dưới đây là một circuit-switched network sử dụng 4 switch và có 4 link
liên kết . Mỗi liên kết lại được chia làm 3 kênh bằng cách sử dụng FDM-ghép
kênh phân chia theo tần số (tiếng Anh: Frequency-division multiplexing; viết tắt:
FDM) và TDM-ghép kênh phân chia thời gian, viết tắt theo tiếng Anh là
TDM( Time DivisionMultiplexing).

5


Hình 2.1.1.1: Kết cấu chuyển mạch của phương pháp
Multiplexing
Nhìn vào hình trên chúng ta thấy rõ được ở đây có sử dụng phương pháp
Multiplexing( Ghép kênh) nhằm để nhấn mạnh sự phân chia liên kết thành các
kênh mặc dù ghép kênh có thể được bao gồm ngầm trong kết cấu chuyển mạch.
Các hệ thống đầu cuối, chẳng hạn như máy tính hoặc điện thoại, được kết nối
trực tiếp với một bộ chuyển mạch. Ở đây chỉ hiển thị hai hệ thống đầu cuối để
đơn giản hóa. Khi hệ thống cuối A cần giao tiếp với hệ thống cuối M, hệ thống A
cần yêu cầu một kết nối tới M phải được tất cả các thiết bị chuyển mạch chấp
nhận kết nối cũng như chính M chấp nhận. Đây được gọi là giai đoạn thiết lập;

mạch (kênh) được dành riêng trên mỗi liên kết và sự kết hợp của các mạch hoặc
kênh xác định đường dẫn dành riêng. Sau khi đường dẫn dành riêng làm bằng
các mạch (kênh) được kết nối được thiết lập, q trình truyền dữ liệu có thể diễn
ra. Sau khi tất cả dữ liệu đã được chuyển giao, các mạch bị ngắt.
2.2.1.2.

Một số vấn đề cần chú ý:
6


Chuyển mạch kênh diễn ra ở lớp vật lý.
Trước khi bắt đầu liên lạc, các trạm phải đặt trước tài nguyên sẽ được sử dụng
trong quá trình liên lạc. Các tài nguyên này, chẳng hạn như các kênh (băng thông
trong FDM và các khe thời gian trong TDM), bộ đệm chuyển đổi, thời gian xử lý
chuyển đổi và chuyển đổi cổng đầu vào / đầu ra, phải duy trì dành riêng trong
toàn bộ thời gian truyền dữ liệu cho đến giai đoạn xé nhỏ.
Dữ liệu được truyền giữa hai trạm khơng được phân vùng (chuyển lớp vật lý của
tín hiệu). Dữ liệu là một luồng liên tục được gửi bởi trạm nguồn và được nhận
bởi trạm đích, mặc dù có thể có những khoảng thời gian khơng hoạt động.
Khơng có địa chỉ liên quan trong quá trình truyền dữ liệu. Các thiết bị chuyển
mạch định tuyến dữ liệu dựa trên băng tần bị chiếm dụng (FDM) hoặc khe thời
gian (TDM) của chúng. Tất nhiên, có địa chỉ end-to-end được sử dụng trong giai
đoạn thiết lập, như chúng ta sẽ thấy ngay sau đây.
Ta có thể rút ra được kết luận như sau : Trong chuyển mạch kênh, tài nguyên cần
được dự trữ trong giai đoạn thiết lập; tài nguyên vẫn dành riêng cho toàn bộ thời
gian truyền dữ liệu cho đến giai đoạn chia nhỏ.
Ví dụ , xét mạng có 8 điện thoại như hình sau :

7

Ví dụ đơn giản, chúng ta hãy sử dụng mạng chuyển mạch kênh để kết nối tám
điện thoại trong một khu vực nhỏ. Giao tiếp thông qua các kênh thoại 4 kHz.
Chúng tôi giả định rằng mỗi liên kết sử dụng FDM để kết nối tối đa hai kênh
thoại. Băng thơng của mỗi liên kết khi đó là 8 kHz. Hình 8.4 cho thấy tình hình.
Điện thoại 1 được kết nối với điện thoại 7; 2 đến 5; 3 đến 8; và 4 đến 6. Tất
nhiên tình hình có thể thay đổi khi các kết nối mới được thực hiện. Cơng tắc điều
khiển các kết nối.

Ta xét ví dụ thứ 2 như sau :

Xem xét một mạng chuyển mạch kênh kết nối các máy tính trong hai văn phịng
từ xa của một cơng ty tư nhân. Các văn phịng được kết nối bằng đường truyền
T-l thuê từ một nhà cung cấp dịch vụ thơng tin liên lạc. Có hai cơng tắc 4 X 8 (4
đầu vào và 8 đầu ra) trong mạng này. Đối với mỗi công tắc, bốn cổng đầu ra
được xếp lại thành các cổng đầu vào để cho phép giao tiếp giữa các máy tính
trong cùng một văn phòng. Bốn cổng đầu ra khác cho phép giao tiếp giữa hai văn
phòng.
8


Multiplexing
Vấn đề này đã được nhắc tới ở đầu bài và chung ta sẽ phân tích xem vai trị của
nó trong hệ mạng này có những tác dụng gì.
Multiplexing
Multiplexing hay còn gọi là MUX, là mạch ghép kênh, phần tử chọn một trong
số các kênh ngõ vào tín hiệu analog hay digital và chuyển tiếp chúng ở một ngõ
ra duy nhất.
Một Multiplexer cho 2N kênh vào có N địa chỉ chọn, được sử dụng để lựa chọn
ngõ vào nào được gửi đến đầu ra. Ghép kênh được sử dụng chủ yếu để tăng

lượng dữ liệu có thể được gửi qua mạng trong phạm vi thời gian và băng thông
nhất định, ví dụ thay vì truyền 2N kênh thì chỉ cần 1 đường truyền dữ liệu và N
đường địa chỉ. Tức là Multiplexer làm cho nhiều tín hiệu có thể chia sẻ một thiết
bị hoặc tài nguyên, ví dụ mạch chuyển đổi ADC hoặc một thiết bị xử lý thông
tin, thay vì bố trí mỗi thiết bị cho mỗi tín hiệu đầu vào.
Ghép kênh liên quan đến việc chia sẻ kênh truyền (tài nguyên) bởi một số
kết nối hoặc luồng thông tin
Ví dụ như : Channel = 1 dây, 1 sợi quang hoặc 1 dải tần.
Đảm bảo tiết kiệm tài chính đáng kể khi xây dựng hệ thống có thể kết hợp
nhiều tín hiệu làm một
Ít dây/cực hơn; sợi Fiber thay thế hàng ngàn sợi cáp.
Thông tin ẩn hoặc rõ ràng được yêu cầu để phân kênh các luồng thông tin.
2.2.1.3.

Phân loại MUX

Dưới đây là một hình ảnh ví dụ về MUX :
9


Như ta thấy ở hình a , nếu như có hàng ngàn nodes thì sẽ cần hàng ngàn dây
cáp , vừa tốn rất nhiều về tài chính, vừa khơng đẹp về hình thức vì số lượng dây
rối sẽ rất lớn. Ở hình b ta thấy đã giải quyết được vấn đề bằng cách share chung
1 kênh chuyền , giảm chi phí đồng thời tăng độ thẩm mỹ của đường dây.
MUX được phân loại làm nhiều trường hợp :
Frequency-Division Multiplexing.
Time-Division Multiplexing

T-Carrier System
North American Digital Multiplexing Hierarchy

CCITT Digital Hierarchy
Clock Synch & Bit Slips
Pulse Stuffing
Frequency-Division Multiplexing
Frequency-Division Multiplexing là kênh được chia thành các khe tần số

10


Hình 2.2.3.1: Các tín hiệu riêng lẻ chiếm Wu Hz

Hình 2.2.3.2: Tín hiệu kết hợp phù hợp với băng thơng kênh
 Đặc điểm của Frequency-Division Multiplexing :
Cần có Guard bands
Áp dụng ở đài phát thanh AM hoặc FM
Áp dụng ở đài truyền hình khơng dây hoặc truyền hình cáp
Hệ thống điện thoại tương tự
Time-Division Multiplexing

11


Time-Division Multiplexing là Kênh kỹ thuật số tốc độ cao được chia
thành các khe thời gian.
Ví dụ :

Hình 2.2.3.3: Mỗi tín hiệu truyền 1 đơn vị mỗi 3T giây.

Hình 2.2.3.4: Tín hiệu kết hợp truyền 1 đơn vị sau mỗi T giây
Từ đây ta có một số đặc điểm của chế độ Time-Division Multiplexing là :

Yêu cầu về khung ( framing )
12


Áp dụng ở điện thoại truyền kỹ thuật số
Áp dụng tại truyền kỹ thuật số trong mạng đường trục
2.2.1.4.

T-Carrier System

Hình 2.2.4.1:

13


DS0, 64 Kbps channel
DS1, 1.544 Mbps channel
DS2, 6.312 Mbps channel
DS3, 44.736 Mbps channel
DS4, 274.176 Mbps channel
2.2.1.5.

CCIT Digital Hierarchy

CCIT Digital Hierarchy là cái mà dựa trên 30 kênh PCM.

Hình 2.2.5.1:
E1, 2.048 Mbps channel
E2, 8.448 Mbps channel
E3, 34.368 Mbps channel

E4, 139.264 Mbps channel
Clock Synch & Bit Slips


Một số điều cần chú ý ở đây :
Các luồng kỹ thuật số khơng thể được đồng bộ hóa 1 cách hồn tồn.
Sự trượt bit ( bit slips ) có thể xảy ra trong bộ ghép kênh.
Đồng hồ chậm dẫn đến bit đến muộn và bit trượt.

Hình 2.2.5.2:
2.2.1.6.

Pulse Stuffing ( Nhồi xung )

Pulse Stuffing : đồng bộ hóa để tránh mất dữ liệu do trượt
Tỷ lệ đầu ra > R1 + R2
Ví dụ như : DS2, 6.312Mbps=4x1.544Mbps + 136
Kbps Các dạng nhồi xung :
Khung chính có độ dài cố định với mỗi kênh được phép nhồi hoặc không nhồi
một bit duy nhất vào khung chính.
1
5


Thơng số kỹ thuật nhồi dự phịng
Các bit báo hiệu hoặc đặc tả (không phải bit dữ liệu) được phân phối trên một
khung chủ.

Hình 2.2.6.1:
Việc trộn các tín hiệu có tốc độ bằng nhau yêu cầu sự đồng bộ hoàn hảo

Hình 2.2.6.2: Sau khi được nhồi xung

16


2.2.1.7.

Wavelength-Division Multiplexing (Ghép kênh phân chia theo bước
sóng).

Liên kết sợi cáp quang mang một số bước sóng.
Từ vài (4-8) đến nhiều (64-160) bước sóng trên mỗi sợi cáp.
Việc này giống như tưởng tượng lăng kính kết hợp các màu khác nhau thành một
chùm sáng.
Mỗi bước sóng mang một dịng tốc độ cao
Mỗi bước sóng có thể mang tín hiệu định dạng khác nhau
Ví dụ như 1 Gbps, 2,5 Gbps hoặc 10 Gbps.

Hình 2.2.7.1: Phía bên trái MUX và phía bên phải là deMUX

17


2.2.2.

Ba giai đoạn

Giao tiếp thực tế trong mạng chuyển mạch kênh yêu cầu ba giai đoạn: thiết
lập kết nối, truyền dữ liệu và chia nhỏ kết nối.

 Giai đoạn thiết lập: Trước khi hai bên (hoặc nhiều bên trong cuộc gọi hội
nghị) có thể giao tiếp, một mạch chuyên dụng (kết hợp các kênh trong liên
kết) cần được thiết lập. Các hệ thống đầu cuối thường được kết nối thông
qua các đường dây chuyên dụng đến các thiết bị chuyển mạch, do đó, thiết
lập kết nối có nghĩa là tạo ra các kênh chuyên dụng giữa các thiết bị
chuyển mạch

Ví dụ:

18