truyền số liệu trong mạng chuyển mạch gói. một số bài toán ứng dụng

LỜI MỞ ĐẦU.
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ khoa học kỹ thuật, việc
cập nhật mọi thông tin đều đòi hỏi độ chính xác và đặc biệt là tốc độ xử lý, truyền
dẫn thông tin về thiết bị đầu cuối nơi người sử dụng yêu cầu. Chính vì vậy kỹ thuật
truyền số liệu đang nắm giữ một vai trò lớn lao trong sự phát triển của khoa học -
công nghệ.
Trong các trường Đại học chuyên ngành đào tạo kỹ thuật nói chung và trường
Đại học Hàng Hải nói riêng, kỹ thuật truyền số liệu luôn là một mảng kiến thức
không thể thiếu đối với các Sinh viên theo học chuyên ngành Điện tử - Viễn thông.
Cho dù mang đậm tính chất của dịch vụ truyền số liệu (DATA) nhưng kỹ thuật
truyền số liệu ngày nay lại là xuất phát điểm cho đa dịch vụ, một nhu cầu tất yếu
trong mạng viễn thông và mạng máy tính hiện đại. Khi chúng ta nắm chắc kiến thức
căn bản của các kỹ thuật truyền số liệu sẽ tạo điều kiện cho chúng ta có thể nghiên
cứu chuyên sâu các vấn đề trong lĩnh vực Điện tử -Viễn thông.
Các mạng truyền số liệu hiện nay đang phát triển đa dạng và phong phú nhưng
vẫn dựa chủ yếu vào 3 kỹ thuật chuyển mạch chính là:
+ Kỹ thuật chuyển mạch kênh.
+ Kỹ thuật chuyển mạch tin.
+ Kỹ thuật chuyển mạch gói.
Trong 3 kỹ thuật chuyển mạch trên, kỹ thuật chuyển mạch gói đang được ứng
dụng và phát triển rộng rãi trong các dịch vụ truyền số liệu. Vì nó cho phép nâng
cao tốc độ truyền dữ liệu, đồng thời đáp ứng được nhiều dịch vụ về dữ liệu với giá
thành rẻ. Để hiểu sâu hơn về kỹ thuật này em đã chọn đề tài: “ TRUYỀN SỐ LIỆU
TRONG MẠNG CHUYỂN MẠCH GÓI. MỘT SỐ BÀI TOÁN ỨNG DỤNG” làm
Đồ án Tốt nghiệp. Đồ án được chia làm 3 chương:
Chương I: Tổng quan truyền số liệu và Chuyển mạch gói.
Chương II: Truyền số liệu trong mạng chuyển mạch gói.
Chương III: Một số bài toán ứng dụng.
Trong quá trình làm Đồ án, với sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của thầy giáo
Thạc sỹ: Vũ Văn Rực và các thầy cô trong khoa Điện - Điện tử tàu biển cùng các
bạn trong lớp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp em hoàn thành Đồ án đúng tiến độ

yêu cầu.
Em xin chân thành cám ơn.!
Hải Phòng. Ngày 15 tháng 02 năm 2011.
Sinh viên: Phạm Trung Thắng.
- 1 -
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TRUYỀN SỐ LIỆU VÀ CHUYỂN
MẠCH GÓI.
1.1. TỔNG QUAN TRUYỀN SỐ LIỆU.
1.1.1 Tin tức và Tín hiệu.
Tin tức là một tập hợp các ký hiệu mang nội dung nhất định. Nó là khâu đầu
và khâu cuối của bất kỳ hệ thống truyền thông nào.
Tin tức có thể nhận biết bằng mắt hoặc bằng tai. Ví dụ như: một lời nói, một
hình ảnh, một bài văn… Nhưng để truyền đi ở một cự ly xa, nó phải được gia công
để trở thành tín hiệu điện.
Tín hiệu điện là một đại lượng vật lý nào đó biến đổi theo điện áp, tần số,
thời gian. Khi được gia công nó biến đổi theo qui luật của tin tức. Hay nói cách
khác tín hiệu mang nội dung của tin tức.
Phân loại tín hiệu: Có nhiều cách phân loại tín hiệu, song, để đơn giản trong
kỹ thuật có 2 loại hình thức chính: tín hiệu liên tục và tín hiệu rời rạc.
- Tín hiệu liên tục là tín hiệu mà trong khoảng thời gian xác định nó có vô vàn các
giá trị.
- Tín hiệu rời rạc là tín hiệu mà trong khoảng thời gian xác định nó có hữu hạn các
giá trị.
1.1.2 Hệ thống thông tin Truyền số liệu.
a. Sơ đồ khối.
Hình 1.1: Sơ đồ khối hệ thống thông tin truyền số liệu.
b. Chức năng các khối.
- 2 -
Nguồn tin
Thiết bị

đầu cuối
bên phát
Thiết bị
chuyển
đổi số liệu
bên phát
Kênh
thông tin
Thiết bị
chuyển
đổi số
liệu bên
thu
Thiết bị
đầu cuối
bên thu
Nhận tinNhiễu
- Nguồn tin: Tổ chức sắp xếp các tin tức thành bản tin được lưu trữ trên các thiết bị
ghi tin như: băng từ, đĩa từ…
- Thiết bị đầu cuối bên phát là tổng hợp nguồn tin số, các mạch logic biến đổi, các
bộ phận nhận tin. Các ký hiệu tin tức trước khi truyền đi sẽ được mã hoá thành các
tổ hợp mã gọi là mã nguồn. Từ các mã biến đổi thành tín hiệu điện tương ứng để
truyền đến thiết bị truyền đổi số liệu.
- Thiết bị chuyển đổi số liệu bên phát là thiết bị biến đổi có chức năng biến đổi các
tín hiệu từ thiết bị đầu cuối thành các tín hiệu phù hợp với kênh truyền và thực hiện
quá trình ghép kênh bên phát.
- Kênh thông tin: Đảm bảo môi trường truyền dẫn tín hiệu từ nơi phát đến nơi thu
với lượng suy hao cho phép.
- Nhiễu: làm giảm chất lượng tín hiệu.
- Thiết bị đầu cuối bên thu và Thiết bị chuyển đổi số liệu bên thu có chức năng

tương tự bên phát. Chúng thực hiện giải mã, ghi nhận các bit thông tin hay các tổ
hợp mã và sửa sai, nâng cao độ tin cậy của hệ thống.
- Thiết bị nhận tin: lưu trữ tin trên các thiết bị mang tin hoặc hiển thị tin.
c. Nguyên lý hoạt động:
Nguồn tin được truyền trong hệ thống là tin tức rời rạc. Tin tức được xếp
thành các bản tin, có thể đưa vào các thiết bị đầu cuối thông qua máy tính hoặc thiết
bị mang tin như băng từ, đĩa từ… Tin tức được đưa vào các thiết bị đầu cuối sẽ
được mã hoá bước đầu thành mã nguồn hay còn gọi là mã sơ cấp, tức là các phần tử
trong từ mã là các phần tử mang tin. Trong hệ thống số liệu mã được sử dụng là mã
nhị phân hoặc mã đều. Tuỳ theo yêu cầu chất lượng thông tin của từng hệ thống mà
mã nguồn có thể được người sử dụng mã hoá cấp cao hơn, tức là thực hiện mã hoá
chống nhiễu. Mã hoá chống nhiễu là quá trình người ta thêm vào từ mã các phần tử
không mang nội dung tin tức. Các phần tử này có nhiệm vụ phát hiện lỗi và sửa sai
lỗi. Các phần tử không mang tin gọi là các phần tử dư thừa. Người ta chứng minh
rằng độ dư thừa càng cao thì khả năng chống nhiễu càng hiệu quả.
Các từ mã đươc chuyển thành tín hiệu, tín hiệu này được gọi là mã tín hiệu.
mã tín hiệu là dãy xung điện tương ứng với các tổ hợp phần tử nhị phân. Tín hiệu
này được gọi là tín hiệu cấp 1. Tín hiệu cấp 1 được đưa đến thiết bị chuyển đổi số
liệu. Tại đây tín hiệu cấp 1 được chuyển thành tín hiệu cấp 2 để phù hợp với đường
truyền.
Vì trong quá trình truyền, tín hiệu số liệu sẽ bị suy hao do đặc tính đường
truyền của kênh thông tin. Bởi vậy, để tín hiệu truyền được từ đài phát tới đài thu
- 3 -
một cách bình thường thì kênh thông tin phải có độ suy hao trong phạm vi cho
phép. Ngoài ra tín hiệu truyền trên kênh thông tin còn chịu sự ảnh hưởng của những
tác động khác do các nguồn nhiễu gây nên làm cho tín hiệu bị sai, méo, giảm độ tin
cậy. Vì thế phải sử dụng các biện pháp thích ứng để khắc phục can nhiễu. Một trong
các biện pháp tối ưu là ta sử dụng phương pháp phát hiện và sửa sai lỗi.
Tín hiệu tới đài thu sẽ được thiết bị chuyển đổi số liệu ở đài thu tách về đúng
các kênh và biến đổi dãy tín hiệu câp 2 về tín hiệu cấp 1, rồi đưa vào các thiết bị

đầu cuối. Tại đây tín hiệu được chuyển thành các từ mã. Thiết bị đầu cuối thực hiện
giải mà thành tin tức đưa đến các thiết bị nhận tin. Thiết bị nhận tin thực hiện các
phương pháp hiển thị tin hoặc lưu tin theo yêu cầu người sử dụng.
1.1.3 Các phương pháp truyền số liệu.
- Đơn công: Số liệu chỉ được truyền theo 1 hướng, bên thu không thông báo được
cho bên phát. Tức là chỉ phát hoặc chỉ thu.
- Bán song công: Số liệu có thể thực hiện trên cả 2 hướng nhưng không phải đồng
thời cùng 1 lúc. Tức là thu thì ngừng phát hoặc phát thì ngừng thu.
- Song công: Số liệu có thể truyền đi theo cả 2 hướng đồng thời. Tức là vừa phát
vừa thu.
- Phương pháp truyền số liệu không đồng bộ: các bit được truyền đi theo 1 khung
tin độc lập, mỗi khung tin bắt đầu và kết thúc bằng 1 bit đặc biệt ( Bit Start và Bit
Stop) với mục đích tạo đồng bộ giữa bên thu và bên phát.
Ưu điểm: yêu cầu tính đồng bộ hệ thống không cao nên thiết bị trong hệ
thống khá đơn giản, giá thành rẻ.
Nhược điểm: hiệu quả sử dụng kênh thấp do phải truyền nhiều bit Start và
Stop là những bit không mang tin. Tốc độ truyền tin cũng bị hạn chế.
- Phương pháp đồng bộ: phương pháp này khắc phục được nhược điểm của phương
pháp không đồng bộ. Bản chất của phương pháp này là các tín hiệu được gửi đi 1
cách liên tục với tốc độ không đổi. Trường hợp này yêu cầu thiết bị đầu cuối phải
tạo ra và duy trì tần số nhịp đồng bộ với tín hiệu đầu vào, tức là đồng bộ tần số nhịp
bên phát trong suốt quá trình làm việc.
1.2. TỔNG QUAN CHUYỂN MẠCH GÓI.
Mạng truyền số liệu rất đa dạng về chủng loại cũng như về số lượng, có nhiều
cách phân chia mạng truyền số liệu. Xét về mặt kỹ thuật có thể phân chia mạng
truyền số liệu ra 3 loại sau:
+ Mạng chuyển mạch kênh.
- 4 -
+ Mạng chuyển mạch tin.
+ Mạng chuyển mạch gói.

1.2.1 Mạng chuyển mạch kênh.
Mạng chuyển mạch kênh sử dụng kỹ thuật chuyển mạch kênh, dữ liệu được
truyền qua các đường nối cố định giữa 2 thuê bao gọi là kênh truyền. Quá trình
truyền dữ liệu bao gồm 3 giai đoạn: Xác lập kênh truyền, truyền dữ liệu và giải
phóng kênh truyền.
Xác lập kênh truyền: Trong quá trình truyền dữ liệu giữa 2 thuê bao (User)
dữ liệu có thể phải đi qua rất nhiều nút mạng, các nút mạng lại là điểm xuất phát
của nhiều liên kết tới các nút mạng khác. Như vậy trước khi dữ liệu được truyền đi
cần phải thiết lập một kênh truyền, việc thiết lập này dựa vào các thuật toán tìm
đường (routing). Cuối cùng khi đã thiết lập kênh truyền giữa thuê bao chủ gọi và
thuê bao bị gọi cần thiết phải kiểm tra trạng thái bận rỗi của thuê bao bị gọi trước
khi có thể truyền dữ liệu.
Truyền dữ liệu: Dữ liệu (DATA) được truyền qua kênh đã xác lập, quá trình
truyền có thể là đơn công, bán song công hay song công.
Giải phóng kênh truyền: Sau khi dữ liệu được truyền hết xuất hiện thông báo
của thuê bao gọi hoặc bị gọi báo cho các nút mạng trung gian giải phóng sự kết nối
để phục vụ quá trình thiết lập kênh cho các thuê bao khác.
Như vậy, trong quá trình truyền dữ liệu ta thấy kênh truyền được thiết lập
trước khi truyền dữ liệu nên cần phải dự trữ dung lượng kênh cho mỗi cặp thuê bao
đồng thời các bộ chuyển mạch tại các nút mạng phải đáp ứng được yêu cầu thiết lập
kênh của mạng. Khi kênh truyền được xác lập thì dữ liệu chỉ được truyền trên kênh
cố định này.
1.2.2 Mạng chuyển mạch tin.
Hiện nay các bức thư điện tử, điện báo, các files của máy tính… còn được
gọi là các các bản tin. Quá trình truyền các bản tin thực hiện như sự trao đổi dữ liệu
số hai chiều giữa các máy tính.
Với chuyển mạch tin không tồn tại sự thiết lập kênh giữa hai thuê bao, điều
này khác hẳn với chuyển mạch kênh. Mỗi thuê bao khi truyền một bản tin nó sẽ gán
địa chỉ của thuê bao nhận vào bản tin. Trong quá trình trao đổi dữ liệu bản tin được
truyền qua các nút, tại mỗi nút bản tin được tạm lưu trữ trên bộ đệm và sẽ được

chuyển dần tới các nút khác cho đến khi tới đích.
Trong kỹ thuật mạng chuyển mạch tin, các nút mạng còn có chức năng quản lý
việc truyền thông như xác nhận trả lời tin báo đã nhận đúng hay chưa hoặc yêu cầu
- 5 -
truyền lại những tin báo nhận sai. Đồng thời kiểm soát thông lượng đường truyền
nhằm tránh xung đột, tắc nghẽn thông tin trong mạng.
Nhược điểm của mạng chuyển mạch tin là thời gian trễ lớn do bản tin bị giữ
tại các bộ đệm của nút mạng. Thời gian trễ này bao gồm cả thời gian nhận bản tin
và thời gian xếp hàng chờ chuyển tiếp bản tin đó.
1.2.3 Mạng chuyển mạch gói.
Chuyển mạch gói tương tự như chuyển mạch tin, sự khác nhau cơ bản là
trong chuyển mạch gói dữ liệu được chia ra thành các gói tin nhỏ có kích thước xác
định. Các gói tin này được gửi trên mạng thông qua một đường hoặc nhiều đường
tới đích, có thể gửi theo trình tự hoặc không theo trình tự. Mỗi gói tin sẽ mang
thông tin về địa chỉ nguồn, địa chỉ đích, dữ liệu và các thông số kèm theo khác. Phía
thu khi nhận các gói tin dựa vào các thông tin gói tin mang theo để sắp xếp thành dữ
liệu như ở phía phát.
Trong mạng chuyển mạch gói có hai phương pháp được dùng để truyền gói
tin là: Datagram & Vitual Circuit (mạch ảo).
Datagram: Các gói tin là độc lập với nhau, đường đi của mỗi gói tin có thể
khác nhau do đó thứ tự các gói tin đến Đích là không giống nhau. Bởi vậy, mỗi gói
tin sẽ phải mang thêm thông tin về số thứ tự phát của mình để dễ dàng sắp xếp các
gói tin thành khối dữ liệu.
Vitual Circuit (mạch ảo): Trong mạch ảo, sự kết nối logic mạch được thiết
lập trước khi truyền mỗi gói tin. Mỗi gói tin bao gồm dữ liệu và nhận dạng kênh ảo.
Mỗi nút với đường đi đã định sẽ chuyển trực tiếp gói tin đến đúng địa chỉ mà không
cần tìm đường nữa. Điều này khác hẳn với Datagram, mỗi nút mạng trong mạch ảo
không cần tìm đường cho mỗi gói mà nó chỉ làm 1 lần cho 1 kết nối. Kết nối chấm
dứt khi 1 trong 2 trạm truyền đi gói tin Clear Request để thông báo chấm dứt kết
nối.

Nhược điểm của các liên kết ảo là khi một nút mạng bị hỏng thì các liên kết ảo
qua nút đó đều phải bỏ còn với Datagram thì khi một nút mạng bị hỏng gói tin vẫn
có thể được truyền theo đường khác.
Hai vấn đề cơ bản của chuyển mạch gói là:
+ Routing (tìm đường).
+ Traffic control (điều khiển lưu lượng).
Routing (tìm đường): Chức năng cơ bản của chuyển mạch gói là chuyển các
gói tin từ trạm nguồn tới trạm đích, để thực hiện chức năng đó một hoặc nhiều con
đường thông qua mạng được chọn (con đường này nối từ trạm nguồn tới trạm đích
- 6 -
thông qua một số nút trung gian). Do có rất nhiều nút mạng trung gian nên không
phải là chỉ có một đường đi tới đích mà có rất nhiều đường đi khác nhau. Bằng các
thuật toán tìm đường con đường tối ưu nhất sẽ được chọn.
Traffic control (điều khiển lưu lượng): Giá trị lưu lượng trong mạng cần phải
được điều khiển để tăng hiệu suất. Traffic control có 4 loại với các mục đích khác
nhau: Flow control, Congestion control, Deadlock control, Error control.
+ Flow control (điều khiển luồng dữ liệu): Lưu lượng dữ liệu sẽ được điều
khiển phù hợp với khả năng xử lý của phía thu để các bộ đệm thu không bị tràn.
+ Congestion control (điều khiển tắc nghẽn): Đảm bảo cho lưu lượng dữ liệu
đi vào mạng không vượt quá khả năng xử lý của toàn mạng.
+ Deadlock control: Là tình trạng một nút không chấp nhận chuyển tiếp các
gói tin vì nó không còn bộ đệm.
+ Error control (kiểm soát lỗi): Có nhiều nguyên nhân gây sai, mất gói trong
quá trình truyền như: Mất đường nối, hỏng nút mạng, trạm thu nhận sai…
Như vậy, trong mạng chuyển mạch gói do dữ liệu được chia thành nhiều gói
nhỏ có kích thước xác định nên cho phép các nút mạng có thể quản lý toàn bộ các
gói tin trong bộ nhớ mà không cần lưu tạm trữ trên bộ nhớ ngoài. Đồng thời nhờ
vào các thuật toán tìm đường tối ưu giúp việc định tuyến cho các gói tin thông qua
mạng cũng nhanh hơn. Chính vì vậy mà kỹ thuật chuyển mạch gói đạt được hiệu
quả cao hơn rất nhiều so với kỹ thuật chuyển mạch tin.

- 7 -
CHƯƠNG II: TRUYỀN SỐ LIỆU TRONG MẠNG CHUYỂN
MẠCH GÓI.
Trong mạng chuyển mạch gói, các gói tin được truyền từ phía phát tới phía
thu phải đi qua rất nhiều trạm trung gian. Các trạm trung gian như vậy gọi là các nút
mạng. Các nút mạng này được trang trí các bộ đệm để lưu trữ trước khi xử lý gói
tin. Để các gói tin đến trạm đích nhanh và chính xác đòi hỏi chuyển mạch gói phải
đáp ứng và hoàn thành tốt việc tìm đường, điều khiển luồng và tránh tắc nghẽn.
Ngoài ra việc kiểm soát lỗi trên đường truyền cũng có vai trò vô cùng quan trọng.
2.1. ĐIỀU KHIỂN LUỒNG VÀ TRÁNH TẮC NGHẼN.
Trước khi đi sâu nghiên cứu vấn đề này chúng ta cần phân biệt rõ 2 khái
niệm:
+ Thông lượng: Là tốc độ truyền thông tin của mạng tính theo đơn vị gói/s.
+ Lưu lượng: Là tốc độ thông tin đi đến mạng bao gồm cả thông tin mới và
thông tin phát lại.
2.1.1 Khái niệm và phân loại điều khiển luồng.
Trong mạng thông tin nói chung và đối với mạng chuyển mạch gói nói riêng
vấn đề điều khiển luồng thông tin luôn được đặt lên hàng đầu. Trong thực tế rất
nhiều mạng chuyển mạch gói nằm trong tình trạng quá tải vì số lượng người sử
dụng rất lớn và ngày một tăng nhanh với nhiều ứng dụng khác nhau. Để tránh hiện
tượng tắc nghẽn xảy ra trong mạng và nâng cao chất lượng dịch vụ, điều đó đã yêu
cầu các nhà thiết kế mạng hoặc phải chấp nhận tăng chi phí nâng cấp tài nguyên
mạng hoặc phải áp dụng các kỹ thuật điều khiển luồng để tránh hiện tượng nghẽn
mạng.
Điều khiển luồng: Là cơ chế nhằm đảm bảo việc truyền thông tin của phía
phát không vượt quá khả năng xử lý của phía thu.
Trong kỹ thuật mạng điều khiển luồng được chia ra làm 2 loại:
- 8 -
Hình 2.1: Phân loại kỹ thuật điều khiển luồng.
+ Điều khiển luồng giữa hai nút đầu cuối (End to End): Là cơ chế nhằm đảm

bảo nút nguồn (nơi tạo kết nối để truyền thông tin) thực hiện việc truyền thông tin
không vượt quá khả năng xử lý của nút đích (nơi kết thúc liên kết truyền thông tin).
+ Điều khiển luồng giữa 2 nút mạng liên tiếp (Hop by Hop): Là cơ chế điều
khiển luồng giữa 2 nút mạng liên tiếp trên đường kết nối từ phía phát đến phía thu
được chọn.
Trong kỹ thuật điều khiển luồng người ta thường phân biệt 2 kỹ thuật điều
khiển luồng chính sau:
+ Điều khiển luồng theo phương pháp cửa sổ trượt (Sliding windown).
+ Điều khiển luồng theo phương pháp chậu rò (Leaky bucket).
2.1.2 Khái niệm và phân loại điều khiển tránh tắc nghẽn.
Tắc nghẽn là một vấn đề thường gặp trong các mạng chuyển mạch gói mà
nguyên nhân chủ yếu là do tài nguyên mạng còn hạn chế mà số lượng người sử
dụng liên tục tăng và dường như không có giới hạn. Trong cấu trúc của một mạng
chuyển mạch gói thường bao gồm nhiều nút mạng được liên kết với nhau thông qua
nhiều đường liên kết. Một nút mạng có thể kết nối với nhiều nút mạng khác thông
qua các đường liên kết nối đến nó và ngược lại các nút mạng khác cũng có thể trao
đổi thông tin với nó thông qua các liên kêt này. Thông thường các nút mạng được
thiết kế với bộ đệm lưu trữ có hạn, nếu tình trạng tắc nghẽn xảy ra với một nút
mạng nào đó thì bộ đệm tương ứng của nút sẽ dần đầy và bị tràn bộ đệm. Đây là
nguyên nhân gây mất các gói tin. Nếu tình trạng mạng bị tắc nghẽn kéo dài một nút
mạng bị tràn bộ đệm hệ quả là sẽ kéo theo các nút mạng trước nó trong đường liên
kết cũng nhanh chóng bị tràn bộ đệm. Khi đó mạng có thể bị tắc nghẽn hoàn toàn,
- 9 -
thụng lng ca mng gn nh bng 0, lm mt cỏc gúi tin. Nu mt gúi tin b mt
thỡ ti thi im tc nghn cỏc ti nguyờn m gúi tin ú s dng c coi l lóng
phớ.
Trỏnh tc nghn: L c ch kim soỏt thụng tin i vo mng nhm m bo
tng lu lng i vo mng khụng vt quỏ kh nng x lý ca ton mng.
Cỏc nguyờn nhõn gõy tc nghn:
+ Do trn b m: Nh phn trờn va ch ra, b m trn l nguyờn nhõn gõy

ra mt cỏc gúi tin v hin tng tc nghn trong mng.
+ Do li ng truyn: Cỏc hiu ng ng truyn gõy ra mt cỏc gúi tin v
nh hng n tc nghn trong mng.
+ Do nghn c chai: L hin tng xy ra khi hai mng cú tc chờnh lch
nhau quỏ ln ti nỳt ni gia cỏc ng liờn kt hai mng s xy ra tc nghn.
+ Do lu lng ln v thay i t ngt gõy ra tỡnh trng tc nghn.
Nguyờn lý chung ca trỏnh tc nghn:
Tắc
ngh
ẽn x
ảy
ra
Điểm vách
Điểm gãy
Thông l ợng của mạng
L u l ợng thông tin
Hỡnh 2.2: th ỏnh giỏ trng thỏi tc nghn trong mng.
th biu din mi quan h gia thụng lng ca mng v lu lng a
vo mng (offered load). Vi mc lu lng vo mng nh (phớa trỏi im góy)
thụng lng tng tuyn tớnh vi lu lng a vo, ú l lỳc bng thụng cha c
s dng ht. Thụng lng ln nht khi lu lng a vo mng gn vi bng thụng
gii hn ca mng v thụng lng tng chm tng ng vi kớch thc d liu
trong b m. Khi lu lng a vo mng tip tc tng lờn n mt gii hn no
- 10 -
đó thông lượng trong mạng giảm đột ngột từ điểm vách đến một giá trị rất nhỏ. Lúc
này mạng rơi vào trạng thái tắc nghẽn, thông lượng có thể giảm xuống bằng không
trạng thái này gọi là Deadlock.
Nguyên lý chung của các phương pháp điều tránh tắc nghẽn trên mạng là duy
trì điểm hoạt động của mạng nằm ở phía trái điểm gãy và đảm bảo bộ đệm các nút
mạng không bị tràn.

Phân loại các phương pháp điều khiển chống tắc nghẽn:
Dựa trên nguyên lý hoạt động có thể phân loại các phương pháp điều khiển
chống tắc nghẽn như sau:
Hình 2.3: Phân loại các phương pháp điều khiển tránh tắc nghẽn.
Điều khiển tránh tắc nghẽn vòng hở: Là phương pháp điều khiển dựa theo
nguyên lý kiểm soát lượng thông tin đầu vào mạng hoặc điều khiển thông lượng đầu
vào phía thu. Phương pháp này không sử dụng thông tin phản hồi từ phía thu, từ các
nút mạng và việc điều khiển luồng dựa vào nguyên lý chậu rò (Leaky bucket). Ưu
điểm của phương pháp này là các kỹ thuật được ứng dụng đơn giản, thời gian đáp
ứng khá nhanh do thông lượng đầu vào đã được hạn chế.
Điều khiển phía phát: Thông lượng đầu vào phía phát sẽ được kiểm soát chặt
chẽ để không gây quá tải cho mạng.
Điều khiển phía thu: Khả năng xử lý của phía thu là có hạn do vậy thông
lượng đầu vào phía thu cũng nằm trong sự kiểm soát.
Điều khiển tránh tắc nghẽn vòng kín: Là phương pháp sử dụng thông tin phản
hồi từ các nút mạng, từ phía thu để luôn kiểm soát được trạng thái của mạng. Khi
- 11 -
xảy ra tắc nghẽn có thể xử lý dựa trên nguyên lý cửa sổ trượt (sliding windown).
Nhược điểm của phương pháp này là thời gian đáp ứng chậm do các thông tin phản
hồi cần được xử lý nhưng hiệu quả điều khiển luồng cao hơn nhiều so với phương
pháp trên.
Hoạt động của phương pháp điều khiển tránh tắc nghẽn vòng kín tương tự như
các phương pháp kiểm soát lỗi đều dựa trên các thông tin phản hồi để biết được
trạng thái của mạng từ đó đưa ra các biện pháp xử lý. Các phương pháp kiểm soát
lỗi cũng được coi là các phương pháp điều khiển luồng tránh tắc nghẽn với hoạt
động dựa trên nguyên lý cửa sổ trượt.
2.1.3 Ý nghĩa của việc điều khiển luồng và tránh tắc nghẽn.
Để thấy rõ chức năng và tác động của các biện pháp điều khiển luồng và tránh
tắc nghẽn ta xét hoạt động của một mạng khi không có sự kiểm soát.
Hình 2.4: Hoạt động của mạng khi không có sự kiểm soát.

Hoạt động của mạng khi không có sự kiểm soát: Giả sử có 2 kết nối từ BA
theo đường B-Y-X-A với tốc độ
AB
λ
và từ CD theo đường C-Z-X-D, tốc độ
CD
λ
.
Do mạng không có kiểm soát nên tài nguyên mạng và bộ đệm tại các nút mạng
X,Y,Z có thể được sử dụng bởi bất kì gói tin nào. Giả sử môi trường truyền không
gây ra lỗi thì các gói tin gửi đi không bị sai nhưng vẫn có thể phải gửi lại, nguyên
nhân là do các nút mạng không cho phép chuyển tiếp gói tin vì không còn bộ đệm
để tạm thời lưu gói tin trước xử lý.
Để thấy rõ hiệu quả của việc điều khiển lưu lượng trong mạng ta xét các
trường hợp sau:
- 12 -
+ Trường hợp 1 (
7
BA
λ
=
Kbps và
0
CD
λ
=
): Trường hợp này không xảy ra tắc
nghẽn vì lưu lượng từ BA được mạng trung chuyển hết. Tốc độ truyền dữ liệu
(lưu lượng dữ liệu) đến nút A bằng tốc độ dữ liệu do nút B đưa vào mạng. Đồng
thời đường kết nối dữ liệu từ BA có các liên kết đều thỏa mãn tốc độ dữ liệu

7
Data
λ
≥
Kbps.
+Trường hợp 2 (
8
BA
λ δ
= +
Kbps (
0
δ
>
) và
0
CD
λ
=
): Trường hợp này tốc độ
dữ liệu BA lớn hơn tốc độ của liên kết XA do vậy, tốc độ dữ liệu YX lớn
hơn XA, dữ liệu dư sẽ được lưu trong bộ đệm của X. Quá trình truyền cứ tiếp tục
đến một thời điểm nào đó bộ đệm của X đầy và tràn làm cho các gói tin từ Y đến sẽ
không được lưu và bị hủy. Vì bộ đệm của Y lưu lại các gói tin chưa được báo nhận
để truyền lại nên bộ đệm Y cũng dần bị đầy và tràn.
Nút X có khả năng chuyển 8Kbps khi lưu lượng đầu vào của nó là
8
δ
+
Kbps

thì X hủy
δ
Kbps. Lúc này, đường Y-X sẽ có tốc độ
8 2
δ
+
Kbps (với
8
δ
+
Kbps là
thông tin từ B đến,
δ
là thông tin phát lại). Nhưng vì nút X chỉ có thể chuyển 8
Kbps nên nó hủy
2
δ
Kbps và Y lại phải truyền lại thông tin này. Quá trình tiếp tục
cho tới khi nhánh Y-X hoạt động với tốc độ 64 Kbps. Tương tự, nhánh BY cũng
hoạt động với tốc độ 16 Kbps.
Để giải quyết vấn đề này có thể làm theo hai giải pháp:
++ Xây dựng hệ thống mạng có khả năng đáp ứng tốc độ của dữ liệu XA (
8
δ
+
Kbps) nhằm đáp ứng với yêu cầu về tốc độ của B. Giải pháp này chỉ thực sự
khả thi và đạt hiệu quả khi tốc độ phát tin của B là ổn định trong một thời gian dài,
ngược lại thì hiệu quả sử dụng tài nguyên rất thấp do không tận dụng hết đáp ứng
lưu lượng của mạng.
++ Giới hạn tốc độ truyền tin của B xuống còn 8Kbps: Giải pháp này khả thi

khi yêu cầu truyền tin của B trong phần lớn thời gian là nhỏ hơn 8Kbps và tốc độ
vượt quá 8Kbps chỉ xảy ra trong khoảng thời gian ngắn.
+ Trường hợp 3 (
7
BA
λ
=
Kbps và
7
CD
λ
=
Kbps): Tương tự như trường hợp 1
trường hợp 3 không xảy ra tắc nghẽn trong mạng. Dữ liệu được chuyển từ AD
với tốc độ 7Kbps cho mỗi nút tức là mỗi một liên kết trong mạng hoạt động với tốc
độ 7Kbps.
+ Trường hợp 4 (
8
BA
λ δ
= +
Kbps và
7
CD
λ
=
Kbps): Trường hợp này liên kết
CD đáp ứng đầy đủ yêu cầu kết nối C-D tuy nhiên liên kết BA không đáp ứng
được yêu cầu kết nối B-A. Khi đó hai kết nối giữa B-A và C-D cùng chia sẻ bộ đệm
của nút X. Lưu lượng thông tin BA sẽ làm đầy và tràn bộ đệm của X làm cho

- 13 -
thông tin từ B và C đến qua nút X đều bị hủy và phải phát lại. Hệ quả là cả hai nút
Y và Z đều bị tràn bộ đệm và tất cả các đường liên kết đều hoạt động với tốc độ cực
đại. Các gói tin từ BA và CD đều phải được lưu tại bộ đệm của nút X chờ xử
lý. Khi bộ đệm này đầy và tràn X sẽ hủy các gói tin tới này. Do tốc độ dữ liệu Y-X
gấp 2 lần tốc độ Z-X (khi các liên kết này hoạt động với tốc độ đỉnh) nên lượng gói
tin từ YX sẽ gấp 2 lần từ ZX. Ta nhận thấy trong trường hợp này thông lượng
tổng cộng của mạng bị giảm từ 14Kbps xuống 8 + 4 = 12 Kbps. Trong đó thông
lượng của nút B giảm từ
8
δ
+
Kbps 8Kbps còn nút C giảm từ 7Kbps 4Kbps.
Hình 2.5: Các trạng thái hoạt động của mạng.
Trường hợp lý tưởng: Mạng sẽ thực hiện chuyển tất cả các gói đi vào mạng
khi tốc độ đến của các gói nhỏ hơn khả năng trung chuyển của mạng (đoạn dốc của
đường lý tưởng). Khi lưu lượng vào mạng lớn hơn khả năng đáp ứng của mạng thì
mạng phải có khả năng chuyển các gói tin với tốc độ bằng thông lượng của mạng
(đoạn bằng của đường lý tưởng).
Trường hợp không có kiểm soát: Mạng sẽ chuyển tất cả các gói tin khi lưu
lượng nhỏ hơn 1 giá trị cực đại nào đó. Khi vượt qua ngưỡng đó thông lượng bắt
đầu giảm, lưu lượng vào càng nhiều thì thông lượng càng giảm. Một số trường hợp
mạng hầu như không chuyển được gói tin nào, trạng thái đó gọi là Deadlock.
Trường hợp có kiểm soát: Áp dụng các biện pháp điều khiển luồng và điều
khiển tránh tắc nghẽn hệ thống có khả năng hoạt động tốt ngay cả khi lưu lượng vào
mạng lớn hơn thông lượng của mạng. Tuy nhiên do ta phải sử dụng các thông tin
cho các thuật toán điều khiển nên thông lượng thực tế của mạng sẽ nhỏ hơn trường
hợp lý tưởng thậm chí nhỏ hơn cả trong trường hợp không có điều khiển.
- 14 -
2.1.4 Nhiệm vụ chủ yếu của điều khiển luồng và tránh tắc nghẽn.

Điều khiển luồng và tránh tắc nghẽn được sử dụng khi có sự giới hạn về tài
nguyên giữa những người sử dụng hay giữa các thiết bị mạng.
Điều khiển luồng và tránh tắc nghẽn nhằm:
+ Tối ưu hóa thông lượng sử dụng của mạng: Việc điều khiển luồng và tránh
tắc nghẽn trong một mạng đơn giản như việc truyền thông tin giữa 2 thiết bị đầu
cuối với nhau là không cần thiết vì tình trạng tắc nghẽn ít xảy ra, tốc độ truyền
thông tin tiến gần đến tốc độ truyền tin cực đại của đường truyền vật lý. Nhưng
trong một mạng lớn với nhiều nút mạng thì việc điều khiển luồng và tránh tắc nghẽn
là một trong những yếu tố quan trọng nhằm tối ưu hóa thông lượng của mạng, nâng
cao hiệu quả truyền thông tin của toàn mạng.
+ Giảm trễ gói tin: Gói tin khi được truyền từ phía phát đến phía thu phải đi
qua nhiều nút mạng, mỗi nút sẽ giữ gói tin trên bộ đệm chờ xử lý sau đó sẽ chuyển
tiếp gói tin tới một nút trên đường liên kết đã được thiết lập trước. Thời gian gói tin
đi từ phía phát tới phía thu gọi là thời gian trễ truyền. Thời gian trễ này yêu cầu
càng nhỏ càng tốt, nó phụ thuộc chủ yếu vào môi trường truyền dẫn và độ dài liên
kết. Điều khiển luồng và tránh tắc nghẽn chỉ đảm bảo thời gian trễ của gói tin ở mức
chấp nhận được thông qua việc giới hạn số lượng gói tin đi vào mạng tránh tình
trạng tắc nghẽn do đó giúp làm giảm trễ hàng đợi trong bộ đệm nhớ tại các nút
mạng. Vì vậy điều khiển luồng không thể là phương pháp điều khiển chính để sử
dụng trong các ứng dụng đòi hỏi trễ thời gian nhỏ.
+ Đảm bảo tính công bằng cho việc trao đổi thông tin trên mạng: Tính công
bằng trong trao đổi thông tin là khả năng đảm bảo cho các thuê bao quyền sử dụng
tài nguyên mạng như nhau trong các ứng dụng khác nhau. Đảm bảo tính công bằng
trong việc sử dụng tài nguyên mạng là 1 yếu tố quan trọng hàng đầu trong kỹ thuật
mạng. Việc điều khiển luồng và tránh tắc nghẽn cho phép các thuê bao sử dụng
đúng tài nguyên mạng theo dịch vụ đã đăng kí sử dụng.
+ Tránh tắc nghẽn trong mạng: Nhiệm vụ chủ yếu của điều khiển luồng là
tránh tình trạng tắc nghẽn xảy ra trong mạng. Vì vậy điều khiển luồng và điều khiển
tránh tắc nghẽn là 2 kỹ thuật có liên quan chặt chẽ với nhau. Điều khiển luồng là
việc kiểm soát thông tin giữa các thiết bị đầu cuối cụ thể trong khi điều khiển tắc

nghẽn liên quan đến việc kiểm soát thông tin trên toàn mạng. Hai kỹ thuật điều
khiển này có đặc điểm chung là đều phải tìm biện pháp giới hạn lưu lượng thông tin
đầu vào nhằm tránh hiện tượng lưu lượng vào quá lớn làm giảm hiệu suất truyền
toàn mạng mà có thể dẫn tới nghẽn hoàn toàn thông tin trong mạng.
- 15 -
2.1.5 Các thuật toán trong điều khiển luồng và tránh tắc nghẽn.
a. Thuật toán Leaky bucker
Để có thể đáp ứng được yêu cầu của điều khiển luồng, người ta đưa ra các
phương pháp thực hiện điều khiển luồng và chống tắc nghẽn dựa trên việc hạn chế
băng thông. Cơ chế kiểm soát băng thông đảm bảo lượng thông tin đưa vào mạng
không vượt quá một mức nào đó nhằm tránh tắc nghẽn trong mạng.
Cơ chế kiểm soát băng thông của thông tin đi vào mạng chia làm hai loại:
+ Kiểm soát chặt: Với tốc độ thông tin vào mạng trung bình là r (gói/s), thì hệ
thống kiểm soát sẽ chỉ cho một gói vào sau mỗi 1/r giây.
+ Kiểm soát lỏng: Với tốc độ thông tin vào mạng trung bình là r (gói/s) thì hệ
thống kiểm soát sẽ cho K gói vào mạng trong khoảng thời gian K/r giây. Trong
phương pháp này, tốc độ dữ liệu trung bình là không đổi nhưng mạng cho phép
nhận tối đa K gói tin tại một thời điểm. Cơ chế này thường được hoạt động dựa trên
nguyên lý của phương pháp chậu rò (leaky bucket).
Hình 2.6: Nguyên lý hoạt động của thuật toán chậu rò (Leaky bucker).
Trong hình (2.6) nút mạng được trang bị một chậu rò dùng kiểm soát lưu
lượng thông tin đi vào mạng. Chậu rò là một bộ đệm có khả năng lưu trữ tối đa là B
thẻ bài. Các thẻ bài được đưa vào chậu rò với tốc độ r (thẻ bài/s) cho tới khi chậu
đầy các thẻ bài thì nó sẽ không nhận thêm thẻ bài nữa. Nguyên lý chung là mỗi khi
một gói tin đến một nút mạng để có thể được vào được mạng thì gói tin đó phải
nhận được một thẻ bài. Do vậy, tốc độ trung bình của gói tin vào mạng là r (gói
tin/s) và bằng tốc độ tạo thẻ bài. Khi chậu rò đầy thẻ bài, nút mạng có thể cho
- 16 -
truyền gói tin với tốc độ tối đa là r (gói tin/s) còn nếu số lượng thẻ bài trong chậu
nhỏ thì chúng ta thấy được khả năng kiểm soát tốc độ luồng thông tin vào mạng.

Với việc sử dụng chậu rò, luồng thông tin vào mạng có tốc độ không vượt quá
r (gói/s). Nếu mạng có nhiều nút mạng để giao tiếp với bên ngoài, mỗi nút mạng
được trang bị một chậu rò để kiểm soát lưu lượng thông tin vào mạng thì cho dù tốc
độ thông tin của đến các nút có thể thay đổi, nhưng tốc độ thông tin trong mạng khá
ổn định.
Dựa trên nguyên tắc hạn chế băng thông vào mạng người ta có thể thực hiện
điều khiển luồng và tránh tắc nghẽn cho mạng. Khi thông lượng vào mạng vượt quá
một ngưỡng nào đó thì mạng sẽ xảy ra hiện tượng tắc nghẽn như đã trình bày ở
phần trên. Vì vậy khi chúng ta có các biện pháp hạn chế thông lượng đầu vào thì có
thể tránh được sự tắc nghẽn trong mạng. Đây chính là cơ sở để người ta đưa ra các
dạng của thuật toán chậu rò (Leaky bucket).
Dựa trên nguyên lý trên người ta đưa ra 3 dạng của thuật toán Leaky bucket:
+ Leaky bucket không có buffer.
+ Leaky bucket có 1 bộ đệm: data buffer.
+ Leaky bucket có 2 bộ đệm: data buffer và token pool
Do công nghệ ngày càng phát triển mạnh mẽ nên các thuật toán Leaky
bucket không buffer và Leaky bucket có 1 bộ đệm dần ít được sử dụng. Thay vào
đó Leaky bucket có 2 bộ đệm được ưu dùng trong hầu hết các mạng bởi tính ưu
điểm của mình.
Leaky bucket có 2 bộ đệm: Data buffer và token pool.
Hình 2.7: Hoạt động của Leaky bucket có 2 bộ đệm.
- 17 -
Khi một nguồn phát ra các gói tin với tốc độ nhỏ hơn tốc độ tạo thẻ bài thì chỉ
có một số thẻ bài được sử dụng bằng cách gán 1:1 cho các gói tin, số thẻ bài còn lại
sẽ không được sử dụng. Như vậy, để tận dụng hết số thẻ bài tạo ra trong trường hợp
này người ta sử dụng một bộ đệm (token pool) để chứa các thẻ bài chưa được sử
dụng. Nếu ở thời điểm sau đó nguồn phát lại phát các gói tin với tốc độ lớn hơn tốc
độ tạo thẻ bài thì các thẻ bài trong token pool sẽ được tiếp tục sử dụng.
Như vậy, việc thêm bộ đệm để lưu Token thì tốc độ phát của nguồn phát tại
một thời điểm có thể lớn hơn tốc độ tạo thẻ bài tại thời điểm đó. Xét trong thời gian

dài thì thuật toán điều khiển này làm cho tốc độ phát các gói tin của nguồn phát tiến
gần về tốc độ tạo Token.
b. Thuật toán cửa sổ trượt.
Cơ chế điều khiển luồng và tránh tắc nghẽn dựa trên thuật toán cửa sổ trượt
được thực hiện bởi việc giới hạn số lượng gói tin được truyền ở phía phát nhằm
đảm bảo lưu lượng thông tin vào mạng không vượt quá khả năng xử lý của phía thu.
Với thuật toán cửa sổ trượt, phía phát sẽ không thực hiện phát tiếp gói tin cho đến
khi phía thu xử lý xong các gói tin trước đó. Khi phía thu xử lý xong các gói tin do
phía phát gửi tới thì nó sẽ báo cho phía phát biết và khi đó phía phát sẽ tiếp tục gửi
các gói tin tiếp theo. Cơ chế này nhằm đảm bảo việc truyền tin không bao giờ vượt
quá khả năng xử lý của phía thu.
Số lượng gói tin có thể đợi báo nhận bị giới hạn bởi một con số tối đa, giới
hạn này được gọi là kích thước cửa sổ truyền (send windown), ký hiệu là K (K
thường được hiểu là kích thước cửa sổ cực đại). Nếu K=1 thì phương pháp này hoàn
toàn giống với phương pháp điều khiển luồng RQ dừng và đợi với hiệu suất sử
dụng liên kết thấp.
Hoạt động của phương pháp cửa sổ trượt: thứ tự truyền mỗi gói tin đều mang
một chỉ số để phân biệt với nhau. Các gói tin đã được báo nhận sẽ được xóa khỏi bộ
đệm truyền nhằm giải phóng bộ đệm. Gói tin cuối cùng được xác nhận sẽ được xóa
khỏi bộ đệm và làm trống đi một vị trí trong bộ đệm đồng thời tạo điều kiện cho
biên trên của cửa sổ tăng lên một đơn vị tương ứng với một gói tin được nằm trong
cửa sổ trượt. Nói cách khác cửa sổ trượt qua vị trí của gói tin nào trong thứ tự
truyền thì gói tin đó có thể truyền đi mà không cần chờ báo nhận.
Xét một ví dụ với
max
K
= 7. Quá trình truyền tin được mô tả như hình vẽ:
- 18 -
Hình 2.8: Quá trình truyền tin theo thuật toán cửa sổ trượt. ( với K
max

=7).
Trong quá trình truyền tin ta thấy hai gói tin số 6 và 7 đã được gửi tới phía
phát nhưng chưa nhận được báo nhận để có thể xóa khỏi bộ đệm cho nên vẫn nằm
trong bộ đệm. Khi một gói tin nằm trong cửa sổ được phát đi (phát không cần chờ
báo nhận), biên dưới của cửa sổ tăng lên một đơn vị làm kích thước tức thời của cửa
sổ giảm đi một đơn vị.
Trong trường hợp xảy ra tắc nghẽn trong mạng, gói tin cuối cùng nằm trong
cửa sổ đã được phát đi mà vẫn chưa có bất cứ báo nhận nào quay trở lại phía phát.
Khi đó biên dưới của cửa sổ tăng dần trong khi biên trên vẫn giữ nguyên vị trí làm
cho kích thước cửa sổ thu hẹp dần. Khi kích thước cửa sổ bằng 0 sẽ không có gói
tin nào được phát đi. Tới đây chúng ta thấy được rõ ràng hiệu quả của phương pháp
cửa sổ trượt. Lưu lượng đầu vào của mạng đã được giới hạn bằng việc dừng phát
gói tin tiếp theo. Nhưng thực ra việc điều khiển lưu lượng đầu vào của mạng không
chỉ tới khi cửa sổ K=0 mới xảy ra mà lúc K=0 là khi mạng đã nằm trong tình trạng
tắc nghẽn kéo dài làm cho thông lượng của mạng giảm xuống bằng 0. Quá trình
điều lưu lượng mạng nhằm hạn chế tắc nghẽn trong toàn mạng diễn ra ngay trong
quá trình thay đổi kích thước tức thời của cửa sổ. Khi thông lượng của mạng lớn,
- 19 -
kích thước cửa sổ sẽ tăng dần đến kích thước cửa sổ cực đại. Khi mạng xảy ra tắc
nghẽn, kích thước cửa sổ giảm dần từ giá trị
max
K
đến khi K=0 phía phát sẽ ngừng
hẳn quá trình phát.
Như vậy khi mạng hoạt động tốt không có tắc nghẽn ta hình dung rằng cửa sổ
K sẽ được tăng lên một đơn vị và lại giảm đi một đơn vị, kích thước cửa sổ không
thay đổi mà nó trượt đi một đơn vị theo thứ tự truyền lần lượt trượt qua các gói tin
cần phát. Vì thế kỹ thuật này còn gọi là “ cửa sổ trượt ”.
Tại phía phát cũng sử dụng một cửa sổ tương tự, kích thước lớn nhất của bộ
đệm gói tin tại phía thu gọi là kích thước cửa sổ thu (Receive Windown). Hoạt động

của cửa sổ thu tương tự như của cửa sổ phát. Khi một gói tin được nhận biên trên
của cửa sổ sẽ tăng lên một đơn vị, sau quá trình xử lý gói tin và chuyển tiếp gói tin
phía thu sẽ phát đi một báo nhận cho phía phát để thông báo cho nó biết rằng gói tin
tương ứng đã được nhận tốt (nhận không lỗi và xử lý xong) để phía phát có thể xóa
gói tin đó ra khỏi bộ đệm. Khi gửi đi một gói tin báo nhận biên dưới của cửa sổ thu
tăng lên một đơn vị, khi nhận một gói tin biên trên của cửa sổ thu tăng lên một đơn
vị. Quá trình cứ tiếp tục diễn ra như vậy cửa sổ thu sẽ lần lượt trượt qua các gói tin
được nhận theo thứ tự nhận.
Với việc kết hợp hoạt động nhịp nhàng giữa phía phát và phía thu bằng việc
sử dụng báo nhận, số lượng gói tin đồng thời tồn tại trên đường truyền luôn nằm
trong một giới hạn nhất định. Nếu phía thu có bộ đệm với dung lượng lớn hơn tổng
kích thước các gói tin nằm trong giới hạn thì khó có thể xảy ra tràn bộ đệm ở phía
thu.
2.2. ĐỊNH TUYẾN VÀ KỸ THUẬT TÌM ĐƯỜNG ĐI CHO DỮ LIỆU
TRONG MẠNG CHUYỂN MẠCH GÓI.
2.2.1 Định tuyến trong mạng chuyển mạch gói.
Khi một gói đưa vào vùng mạng từ một thiết bị đàu cuối ,nó phải được định
hướng tới thiết bị đầu cuối nhờ thiết bị chuyển mạch gói của mạng .
Có hai phương pháp định hướng chủ yếu đó là :
- Định hướng cố định.
- Định hướng động.
a. Định hướng cố định.
- 20 -
Định hướng cố định là phương pháp dịnh hướng đơn giản nhất, trong đó thiết
bị chuyển mạch gói của mạng chứa các bảng định hướng cố định. Các bảng định
hướng này cung cấp cho tất cả thông tin cần để phân hướng cho các gói qua mạng.
Hình 2.9: Ví dụ về phân tuyến cố định.
Hình 2.9 Trình bày một mảng chuyển mạch gói nhỏ kiểu mắt lưới không đều.
Để mô tả sự làm việc của chúng, ta xác định bảng tạo tuyến cho thiết bị chuyển
mạch gói S

2
.
Địa chỉ của thiết bị đầu cuối Tuyến
A 3
B 3
C 4
D 1
E 2
F 2
Bảng phân tuyến có một số hạng mục, mỗi hạng mục cho một thiết bị đầu cuối
nối tới mạng. Ở ví dụ này có 6 thiết bị đầu cuối vì vậy bảng tạo hướng sẽ có 6 hạng
mục, mỗi hạng mục chứa hai tin. Tin thứ nhất là địa chỉ đầu cuối, tin thứ 2 là tuyến
nối mà các gói tin cho các thiết bị này cần tạo hướng, S
2
có 4 tuyến đánh số từ 1 đến
4. Sự tạo hướng cho S
2
ở mạng này được mô tả như trên.
- 21 -
Hình 2.10: Lập địa chỉ theo khu vực.
Lưu ý là cùng có thể các gói của hơn một thiết bị đầu cuối có thể tạo hướng
qua cùng một tuyến. Điều này là thực tế đối với các thiết bị đầu cuối A, B và E, F
trong nút S
2
nó có nghĩa là có ít nhất hơn một nút chuyển mạch gói ở hướng nối tới
các thiết bị đầu cuối này. Bảng tạo tuyến đã cấu tạo sẵn được nạp vào các nút
chuyển mạch gói khi mạng được cấu trúc lần đầu. Nếu một thiết bị đầu cuối mới
được đưa thêm vào mạng thì càng tạo ra hướng ở các nút chuyển mạch này phải
được cập nhật để phản ánh thực tế đó.
Rõ ràng là ưu điểm quan trọng nhất của phương pháp tạo hướng cố định này là

tính đơn giản. Còn các nhược điểm là tất cả các bảng tạo hướng cần được thiết lập
nhân công. Quá trình thiết lập các bảng tạo hướng đì hỏi hiểu biết khá tỉ mỉ về cấu
hình của mạng và lưu lượng tải có thể xuất hiện. Điểm lưu ý vừa nêu là do các
tuyến ở một mạng chuyển mạch gói không phải tất cả đều có cùng dung lượng.
Mạng chuyển mạch gói được cấu trúc ban đầu rất cẩn thận bởi các thiết bị cao cấp,
mà đưa thêm vào một thiết bị đầu cuối mới vẫn có thể phải thiết lập lại toàn bộ kế
hoạch tạo hướng. Thông thường, thông tin và nhân lực liên quan đến công việc lắp
đặt ban đầu không được sử dụng cho các công việc mở mang mạng lưới thì còn gặp
khó khăn nhiều hơn. Có thể khắc phục nhược điểm này để giảm đi những hướng
mắc về bảng tạo hướng là dùng phương thức địa chỉ khu vực. Ở chỗ sử dụng kiểu
- 22 -
đánh địa chỉ này thì địa chỉ của thiết bị đầu cuối chứa một số thông tin về tạo
hướng. Khái niệm này không giống khái niệm sử dụng trong hệ thống điện thoại.
Phương thức đánh địa chỉ theo khu vực có nhiều ưu điểm:
- Các bảng tạo hướng ở mỗi nút chuyển mạch có dung lượng nhỏ. Điều này
quan trọng bởi vì nó làm giảm đi thời gian cần để tìm ở bảng khi một gói yêu cầu
gọi cần được tạo hướng và thiết lập một đường nối gọi thực. Như ở trường hợp một
mạng gọi thực, và khi các chương trình số liệu cần được tạo hướng đối với mạng
lập trình số liệu. Tình hưống này là cực kì nghiêm trọng ở các mạng lập trình số liệu
vì ở đây mỗi gói được tạo hướng riêng.
- Khi không sử dụng phương thức lập địa chỉ khu vực thì mỗi nút chuyển
mạch trong mạng cần phải biết từng thiết bị đầu cuối đấu nối vào mạng. Khi sử
dụng địa chỉ khu vực, nút chỉ cần biết khu vực mà không cần biết từng thiết bị đầu
cuối trong khu vực. Chỉ các thiết bị đầu cuối đáu nói trực tiếp vào nút chuyển mạch
thì nó mới quan tâm. Điều này giúp cho công việc mở rộng mạng lưới đơn giản hơn
rất nhiều. Ở những mạng chuyển mạch gói rất lớn có thể phải sử dụng các vùng nhỏ
hơn trong một khu vực. Hệ thống điện thoại lại cho thêm cách sử dụng tương tự.
Quan sát tổng thể hệ thống điện thoại, các khu vực là các quốc gia riêng. Tương tự
như vậy có thể thực hiện cho mạng chuyển mạch gói. Các địa chỉ của thiết bị đầu
cuối có thể chia ra từng phần như mã chọn quốc tế, mã vùng . Tùy thuộc vào chỗ

đặt các nút chuyển mạch, chúng chỉ cần thông tin về các khu vực chính mà không
cần biết về các vùng nhỏ trong khu vực này. Vì vậy kĩ thuật đánh địa chỉ theo khu
vực để tạo lập các mạng chuyển mạch gói rất lớn mà không cần bảng tạo hướng.
b. Định hướng động.
Ở mạng chuyển mạch gói bảng tạo hướng cố định toàn bộ những quyết định
mà mạng dùng để tạo hướng cho các gói được định trước bởi các bảng tạo hướng cố
định ở các thiết bị chuyển mạch gói. Ở các mạng chuyển mạch gói tạo hướng động,
các thiết bị chuyển mạch gói có thể đưa ra những quyết định tạo hướng dựa vào
trạng thái của mạng khi chuyển mạch cho các gói. Điều đó có nghĩa là người chịu
trách nhiệm lắp đặt và điều hành mạng lưới như vậy không cần hiểu sâu mối quan
hệ của mạng lưới khi sử dụng nó. Ở nhiều mạng, độ hiệu dụng rất quan trọng, tức là
thời gian sử dụng đường nối giữa các thiết bị đầu cuối càng nhiều càng tốt. Để tăng
độ hiệu dụng mạng thì mạng cần có khả năng tự động sử dụng tuyến phụ giữa các
thiết bị đầu cuối trong trường hựop có sự cố tuyến hoặc nút chuyển mạch. Để sử
dụng mạng tối ưu cần tách lưu lượng cho các hướng khác nhau. Quá trình này gọi là
phân tải. Phương thức tạo hướng động thuận tiện cho việc điều chỉnh luồng tại cho
- 23 -
mỗi hướng để đảm bảo sử dụng tối đa các tuyến và thời gian trễ cho các gói tin thấp
nhất. Để có được điều này nút chuyển mạch phải tạo ra các quyết định thông minh
khi chuyển mạch cho từng gói ở mỗi tình huống.
Khả năng phân tải cũng có thể rất hữu hiệu khi một số tuyến của mạng công
cộng tính cước theo sử dụng. Phương thức tạo hướng động có thể sử dụng tối ưu
các tuyến liên kết với các tuyến riêng để tạo ra khả năng tiếp thông tốt với giá cả
hợp lí.
Dạng tạo hướng động đơn giản nhất là mỗi nút chuyển mạch gói của mạng chỉ
hiểu biết về tải của tuyến và trạng thái của các tuyến đầu nối trực tiếp vào nút.
Chúng không biết trạng thái của mọi tuyến và các nút chuyển mạch khác trong
mạng. Thông tin đơn giản nhất mà một nút chuyển mạch gói có về một tuyến là nó
đang làm việc hay hỏng hóc. Nếu tuyến hỏng thì nút chuyển mạch sử dụng hướng
phụ khi tạo hướng cho các gói mà bình thường nó sẽ chuyển tới tuyến đang bị hỏng.

Khi có thể sử dụng hai hoặc nhiều hướng thì nút chuyển mạch gói có thể tạo
hướng cho một gói tới một hay nhiều tuyến, chỉ có thông tin nội bộ được dùng cho
nút chuyển mạch này khi nó đưa ra các quyết định. Bảng cấu hình của nó chứa các
thông tin về dung lượng tương đối của các tuyến và về chúng có thể sử dụng được
hay không. Nút chuyển mạch gói cũng có các thông tin về luồng tải tương đối của
các tuyến nhờ giám sát tốc độ gói theo mỗi tuyến và kích cỡ các hàng gói đang phải
chờ để phát theo tuyến.
Ưu việt chủ yếu của phương thức tạo hướng động đơn giản là nó không đòi
hỏi bất kì một cơ chế ngoại lệ nào trong mạng để chuyển tin theo hướng giữa các
nút chuyển mạch. Thực thể động được lưu toàn bộ trong mỗi nút chuyển mạch. Nếu
một nút chuyển mạch gói đầu cuối đấu vào mạng, khi mạng được đưa vào hoạt
động lần đầu thì tất cả các hạng mục này chứa sự xác định tại hướng cho các thiết bị
đầu cuối này. Mục tiêu của mạng này là luôn luôn sử dụng hướng tối ưu cho các
thiết bị đầu cuối. Độ trễ chuyển tiếp nhỏ nhất, khi mạng đang làm việc, có thể xác
định độ trễ của bất kì hướng nào nhờ phối hợp thông tin về kích cỡ hàng của nó với
thông tin do các nút khác đầu nối trực tiếp với nút này.
Thông thường nút chuyển mạch phát một bảng trễ cho các nút đầu nối trực
tiếp với nó. Bảng trễ này có một hạng mục cho mỗi một thiết bị đầu cuối trên mạng.
Khi có một nút chuyển mạch thu bảng này nó kết hợp bảng này với bảng tạo hướng
hiện thời của nút để tạo ra bảng mới. Đối với mỗi thiết bị đầu cuối nút so sánh thời
gian trễ ở bảng tạo hướng của nó với thời gian trễ ở bảng trễ đã thu được và hiệu
chỉnh để tuyến có hiệu quả. Nếu thời gian trễ mới nhỏ hơn thời gian trễ ở hướng
- 24 -
hiện đang dùng thì hạng mục của bảng tạo hướng đối với thiết bị đầu cuối đó được
cập nhật để chỉ ra hướng tốt hướng đã được tìm.
Cơ chế này cho phép sự thay đổi chuyển tải ở mạng được thông báo tự động
cho mạng. Nếu kích cỡ của các bảng có thể thay đổi được thì thiết bị mới đưa vào
mạng sẽ xuất hiện trong các bảng tạo hướng này của các nút chuyển mạch một cách
tự động và trong khoảng thời gian ngắn trong khi đầu nối vào mạng. Tương tự, khi
một thiết bị đầu cuối bị hỏng, điều này được phản ánh vào mạng trong một khoảng

thời gian ngắn. Vì vậy tính hiệu dụng của mọi thiết bị đầu cuói nối vào mạng đều
được thực hiện ở mọi nơi trong mạng.
Nếu đưa vào thêm một tuyến mới cho mạng thì phải xoá sự phân tải cho các
hướng đang dùng, mạng sẽ tự động sử dụng tuyến mới, lúc đó có thể dẫn tới thời
gian trễ chuyển tiếp gói ngắn hơn.
Khả năng tự động thay đổi cấu hình một cách linh hoạt cho mạng chuyển
mạch gói khi thay đổi cách sử dụng hay công nghệ sẽ tạo ra cho một mạng các đặc
tính làm việc tuyệt vời. Nhân viên quản lí mạng về cơ bản có thể phó mặc cho mạng
tự quan tâm giải quyết các vấn đề. Vì khả năng sử dụng của các thiết bị đầu cuối ở
mọi nơi đều biết nên việc giám sát rất đơn giản và tự động thông báo cho nhân viên
quản lí mạng các vấn đề đang xảy ra. Mở mang mạng lưới cũng đơn giản vì những
sự thay đổi của bảng tạo hướng cần làm để đưa thêm vào mạng các thiết bị đầu cuối
mới không cần thực hiện bằng nhân công.
Có 2 phương cách để điều khiển phát các bản trễ cho các nút chuyển mạch
trong mạng. Phương pháp ARPANET sử dụng là mỗi nút chuyển mạch của mạng
chuyển mạch của mạng chuyển bằng trễ của mình đi ở một tốc độ cố định. Ở
ARPANET các bảng này được trao đổi mất 2/3 giây một lần. Các tốc độ thấp hơn
dùng cho các đường dây tốc độ thấp. Có một vấn đề là trong thời gian lâu hơn mà
không có sự trao đổi tức là phát bảng trễ. Nói chung, đặc biệt là ở những bảng lớn
thì đầu đề của các bảng trễ đang xúc tiến có thể đáng kể, vì vậy phát đi không cần
thiết các bảng trễ gây lãng phí cho các bộ chuyển mạch và dung lượng tuyến.
Để khắc phục nhược điểm này, người ta sử dụng phương sách "điều khiển
biến cố". Ở đây các bảng trễ chỉ được phát đi khi có gì đó thay đổi. Sự thay đổi này
có thể là khi một hướng mới hoặc hoặc một thiết bị đầu cuối đưa vào làm việc hoặc
khi xuất hiện hiện tượng tăng thời gian trễ ở một nhóm hướng. Nếu mạng ổn định
và luồng tải không đổi thì không phát đi bảng trễ, vì vậy khả năng tổng thể của
tuyến và nút dùng cho các gói chuyển mạch.
- 25 -