CHƯƠNG 6: MẠNG CHUYỂN MẠCH MẠCH pptx

CHƯƠNG 6
MẠNG CHUYỂN MẠCH MẠCH
(Circuit Switching Network)

CSE 501035 – Data Communication
2
Nội dung

Khái niệm và ứng dụng

Các kỹ thuật chuyển mạch mạch

Tìm đường

Điều khiển tín hiệu

Hệ thống SS7
CSE 501035 – Data Communication
3
Lớp mạng (Network Layer)

Chịu trách nhiệm trao đổi thông tin giữa 2 thiết bị thông
qua một mạng truyền thông

Cung cấp giao tiếp cho các lớp trên (các lớp trên không cần biết topo
bên dưới)

Cung cấp việc quản trị kết nối, tìm đường, …

X.25, IP, …


Để hiệu quả, người ta muốn

Kết nối các cấu hình điểm-điểm với nhau

Kết nối các mạng cục bộ với nhau

Kết nối nhiều mạng cục bộ trên diện rộng
CSE 501035 – Data Communication
4
Mô hình truyền thông PDN

Chuyển mạch (CS-PDN)

Mô hình này dựa trên mạng điện thoại hiện tại. Nó thường đi kèm
với chế độ giao tiếp có kết nối

Khi truy xuất PDN, người dùng được cấp phát một tập các kênh
truyền giữa nguồn và đích. Những kênh truyền này dành riêng cho
người dùng này trong suốt thời gian trao đổi dữ liệu.

Dùng “kênh truyền” để nhấn mạnh việc nhiều người có thể chia sẻ
chung đường truyền vật lý

Chuyển gói (PS-PDN)

Mô hình này dựa trên tính chia sẻ tài nguyên hiệu quả tùy theo nhu
cầu trong các công nghệ chuyển mạch số hiện đại và phân kênh bất
đồng bộ. Nó thường đi kèm với chế độ giao tiếp không kết nối

Khi truy xuất PDN, người dùng gởi các gói dữ liệu cần truyền cho

máy đích, PDN sẽ xử lý các gói này một cách độc lập

Tùy theo cách hiện thực, các gói này có thể đi các đường khác nhau và
đến đích không theo thứ tự

Chính vì vậy, các nhà cung cấp chuyển gói có thể cung cấp dịch vụ điều
khiển dòng và điều khiển lỗi (trong khi chuyển mạch thường không có)
CSE 501035 – Data Communication
5
Mạng chuyển mạch

Mạng chuyển mạch

Truyền dẫn khoảng cách xa thông thường được thực hiện trên một
mạng các node chuyển mạch

Các nodes không quan tâm đến nội dung dữ liệu được truyền

Thiết bị đầu cuối là các trạm

Computer, terminal, phone, etc.

Tập hợp các node và các kết nối tạo thành một mạng truyền thông

Dữ liệu được truyền đi bằng cách chuyển từ node này sang node
khác

Node mạng

Các node có thể chỉ kết nối với các node khác hoặc kết nối với các

trạm và các node khác

Kết nối từ node này đến node khác thông thường được phân/hợp
(FDM hoặc TDM)

Mạng thông thường được kết nối cục bộ

Kết nối dư thừa là cần thiết cho tính tin cậy của mạng
CSE 501035 – Data Communication
6
Mạng chuyển mạch
CSE 501035 – Data Communication
7
Chuyển mạch mạch

Đường truyền thông dành riêng giữa 2 trạm

3 giai đoạn

Tạo kết nối

Truyền dữ liệu

Ngắt kết nối

Phải có khả năng chuyển mạch và khả năng kênh truyền để
tạo kết nối

Phải có sự thông minh trong việc tìm đường


2 kỹ thuật chuyển mạch

Chuyển mạch theo không gian (Space Division Switching)

Chuyển mạch theo thời gian (Time Division Switching)
CSE 501035 – Data Communication
8
Chuyển mạch mạch - Ứng dụng

Giai đoạn tạo kết nối tốn thời gian

Một khi kết nối đã được tạo, quá trình truyền dữ liệu là
“trong suốt”

Được phát triển để dùng trong các ứng dụng truyền dẫn
thoại (phone)

Không hiệu quả

Khả năng của kênh được dành riêng trong suốt thời gian kết nối

Nếu không có dữ liệu để truyền, khả năng truyền bị lãng phí
CSE 501035 – Data Communication
9
Chuyển mạch mạch - Ứng dụng

Ứng dụng về tiếng nói

Mạng điện thoại công cộng (Public Telephone Network)


Cung cấp kết nối hai chiều cho việc trao đổi tín hiệu tiếng nói giữa các máy trong mạng điện
thoại.

Cuộc gọi có thể được thiết lập giữa bất kỳ hai thuê bao trong phạm vi quốc gia hay quốc tế.

PBX (Private Branch Exchange)

Cung cấp khả năng trao đổi điện thoại giữa các máy trong cùng công ty hay tổ chức
(buildings, clusters, )

Cung cấp khả năng kết nối đến mạng điện thoại công cộng.

Mạng kết nối riêng (Private Wire Area Network)

Cung cấp khả kết nối giữa các sites khác nhau.

Thông thường dùng để kết nối các PBX thuộc cùng một công ty hay tổ chức lại với nhau.

Ứng dụng về dữ liệu

Chuyển mạch dữ liệu: cung cấp khả năng kết nối các máy tính và trạm đầu cuối ở một
site cục bộ vào mạng điện thoại.
CSE 501035 – Data Communication
10
Mạng chuyển mạch mạch công cộng

Thuê bao

Thiết bị kết nối vào mạng


Kết nối cục bộ (Local Loop)

Kết nối thuê bao (Subscriber loop)

Kết nối với mạng

Bộ trao đổi chuyển mạch

Trung tâm chuyển mạch

End office – hỗ trợ các thuê bao

Trung kế

Nhánh kết nối giữa các bộ trao đổi chuyển mạch

Phân/hợp kênh
CSE 501035 – Data Communication
11
Kết nối mạch
CSE 501035 – Data Communication
12
Bộ chuyển mạch mạch

Chuyển mạch số

Cung cấp đường truyền “trong
suốt” giữa các thiết bị

Giao tiếp mạng


Đơn vị điều khiển

Tạo kết nối

Theo nhu cầu của thiết bị kết nối

Xử lý và yêu cầu ack

Xác định thiết bị đích rảnh

Xây dựng đường truyền

Duy trì kết nối

Ngắt kết nối
CSE 501035 – Data Communication
13
Blocking or Non-Blocking

Blocking

Mạng không thể kết nối các trạm vì tất cả các đường đều
đang được sử dụng

Mạng bị nghẽn

Được dùng trong các hệ thống thoại

Thời gian cuộc gọi ngắn


Non-blocking

Cho phép tất cả các trạm đều được kết nối cùng lúc

Được dùng cho các kết nối dữ liệu
CSE 501035 – Data Communication
14
Chuyển mạch không gian

Được phát triển cho môi trường tương tự

Đường kết nối riêng biệt một cách vật lý

Chuyển mạch ma trận điểm kết nối (crossbar matrix)

Số điểm kết nối tỉ lệ với bình phương số trạm

Việc mất các điểm kết nối dẫn tới việc không có khả năng kết nối
qua điểm đó

Hiệu suất sử dụng của các điểm kết nối kém

Khi tất cả các trạm được kết nối, chỉ có vài điểm kết nối được dùng

Non-blocking
CSE 501035 – Data Communication
15
Chuyển mạch không gian 1 tầng
N inputs

M outputs
N inputs/outputs

N>M: concentration

N=M: distribution

N<M: expansion
Crossbar matrix
Triangular switch
CSE 501035 – Data Communication
16
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

Dùng vùng đệm ở đầu vào (input buffer), đầu ra (output buffer) hay

ở bên trong chuyển mạch (internal buffer)
CSE 501035 – Data Communication
17
Bộ chuyển mạch 3 tầng
CSE 501035 – Data Communication
18
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

Các loại chuyển mạch theo thời gian

Time-division Multiplexing BUS (TDM BUS)

Time Slot Interchange (TSI)

Time-multiplexed Switching
CSE 501035 – Data Communication
19
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

Thời gian trên Bus được chia thành các time slots

Một kết nối được thiết lập giữa hai đường truyền (I/O) bằng cách
gán cố định một time slot

Kích thước của chuyển mạch bị giới hạn bởi tốc độ dữ liệu
trên Bus

Phương pháp này thường được sử dụng trong các chuyển
mạch kích thước vừa và nhỏ
CSE 501035 – Data Communication
20
Time Slot Interchange

Tất cả các đường (I/O) được nối đến một bộ phân hợp kênh
(MUX/DEMUX) dùng kỹ thuật bất đồng bộ theo thời gian

Một kết nối được thiết lập bằng cách hoán chuyển các time slot trong
frame

Kích thước của chuyển mạch bị giới hạn bởi tốc độ của bộ nhớ điều
khiển

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)
CSE 501035 – Data Communication
21
Time–Multiplexed Switching


Một biến đổi của phương pháp chuyển mạch theo thời gian
trong đó mỗi ngõ nhập là một dòng TDM

Cấu hình chuyển mạch có thể thay đổi trên mỗi time slot

Thường được sử dụng kết hợp với phương pháp TSI để tạo
ra các chuyển mạch đa tầng

Để trách blocking, cấu hình tối thiểu là 3 tầng

Cấu hình thông thường

TST

TSSST

STS

SSTSS

TSTST
CSE 501035 – Data Communication
22
Time–Multiplexed Switching
CSE 501035 – Data Communication
23
Tìm đường

Chức năng


Xác định kết nối từ thuê bao gọi đến thuê bao được gọi qua một loạt
các chuyển mạch và trung kế

Các yêu cầu đặt ra trong vấn đề tìm đường

Độ tin cậy

Hiệu quả

Khả năng chịu đựng lỗi (khả năng co giãn)

Các phương pháp tìm đường

Trực tiếp (Direct Routing)

Đường đi giữa bất kỳ hai thuê bao nào là cố định và đã được thiết lập từ
trước

Mạng điện thoại công cộng

Phân cấp (Alternate Hierachical Routing)

Các chuyển mạch được kết nối theo cấu trúc phân cấp.

Các trung kế (trunk) được kết nối thêm vào để cung cấp các đường đi
thay thế, khả năng cân bằng tải và chịu đựng lỗi của hệ thống

Tìm đường động (Dynamic Routing)


Cho phép thay đổi trong việc tìm đường tùy theo lưu thông trong mạng

Dùng cấu trúc ngang cấp cho các node trong mạng
CSE 501035 – Data Communication
25
Tìm đường động

Đường đi thiết lập giữa hai thuê bao thay đổi tùy theo khả
năng tải và băng thông của đường truyền tại thời điểm thiết
lập kết nối

Một số phương pháp tìm đường động

Dựa vào thống kê biến động trong mạng (tải, băng thông, ) theo
thời gian, cũng gọi là Time-dependent Routing

Alternate routing

Dựa vào biến động trong mạng (tải, băng thông, ) để trao đổi cập
nhật thông tin tìm đường đi giữa các node trong mạng, từ đó tìm ra
được đường đi tối ưu và cập nhật vào bảng routing ở các node
chuyển mạch trong mạng, cũng gọi là State-dependent Routing

Adaptive routing

Kết hợp cả hai phương pháp này
CSE 501035 – Data Communication
26
Alternate routing


Các đường có thể giữa 2
trạm (end office) được liệt
kê trước

Bộ chuyển mạch nguồn
chọn lựa các đường thích
hợp

Các đường được liệt kê
theo thứ tự ưu tiên

Ưu tiên kết nối trực tiếp

Các đường khác nhau có
thể được sử dụng tại các
thời điểm khác nhau