Tài 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
2
Data Communication and Computer Networks
WAN
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
3
Data Communication and Computer Networks
Ví dụ một mạng WAN
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
4
Data 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
– Ch
ứ
c n
ă
ng c
ủ
a các node là cung c
ấ
p kh
ả
n
ă
ng chuy
ể
n
m
ạ
ch, ngh
ĩ
a là chuy
ể
n d
ữ
li
ệ

u
đ
i t
ừ
node này qua node
khác cho
đế
n khi d
ữ
li
ệ
u
đế
n
đượ
c
đ
ích
• 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
5
Data Communication and Computer Networks
Ví dụ mạng chuyển mạch (Switched network)
2008
dce

©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
6
Data 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
7
Data Communication and Computer Networks
Circuit switching 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
8
Data Communication and Computer Networks
Ứng dụng
• Tổng đài nội bộ (PBX)
– 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
9
Data Communication and Computer Networks
Ứng dụng (tt)
• Mạng điện thoại công cộng (Public Switching
Telephone Network)
– T
ậ

p h
ợ
p m
ạ
ng các qu
ố
c gia k
ế
t n
ố
i v
ớ
i nhau thành m
ạ
ng
qu
ố
c t
ế
–
Đượ
c thi
ế
t k
ế
h
ướ
ng t
ớ
i truy

ề
n d
ữ
li
ệ
u tho
ạ
i
– Có th
ể
s
ử
d
ụ
ng truy
ề
n d
ữ
li
ệ
u s
ố
thông qua modem
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
10
Data Communication and Computer Networks
Mạng điện thoại công cộng
• Thuê bao (subscriber)

– Thi
ế
t b
ị
k
ế
t n
ố
i vào m
ạ
ng (
đ
i
ệ
n tho
ạ
i, modem)
• Đường thuê bao (subscriber line)
–
Đườ
ng k
ế
t n
ố
i gi
ữ
a thuê bao và m
ạ
ng
– Còn g

ọ
i là local loop hay Subscriber loop
– Dùng cáp xo
ắ
n, chi
ề
u dài ng
ắ
n vài km
• Bộ chuyển mạch (exchange)
– Trung tâm th
ự
c hi
ệ
n chuy
ể
n m
ạ
ch
– End office: b
ộ
chuy
ể
n m
ạ
ch có k
ế
t n
ố
i tr

ự
c ti
ế
p v
ớ
i các
thuê bao (vài ngàn thuê bao trong m
ộ
t khu v
ự
c)
• Trung kế (trunk)
–
Đườ
ng k
ế
t n
ố
i gi
ữ
a các trung tâm chuy
ể
n m
ạ
ch
– Truy
ề
n nhi
ề
u k

ế
t n
ố
i cùng lúc b
ằ
ng cách dùng FDM ho
ặ
c
TDM
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
11
Data Communication and Computer Networks
Tạo kết nối
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
12
Data 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 h
ợ
p truy
ề
n d
ữ

li
ệ
u cho máy tính
• Mất thời gian tạo kết nối trước khi truyền dữ liệu
• Tốc độ dữ liệu cố định
– Thi
ế
t b
ị ở
hai
đầ
u ph
ả
i ch
ạ
y cùng t
ố
c
độ
• Thường dùng cho mạng điện thoại
– Không có delay trong lúc truy
ề
n d
ữ
li
ệ
u
–
Đả
m b

ả
o ch
ấ
t l
ượ
ng c
ủ
a d
ữ
li
ệ
u tho
ạ
i
đủ để
hi
ể
u
đượ
c
– S
ử
d
ụ
ng
đườ
ng truy
ề
n hi
ệ

u qu
ả
• Trong suốt
– Sau khi k
ế
t n
ố
i
đ
ã
đượ
c thi
ế
t l
ậ
p thì 2 tr
ạ
m trao
đổ
i d
ữ
li
ệ
u
gi
ố
ng nh
ư
có
đườ

ng k
ế
t n
ố
i tr
ự
c ti
ế
p
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
13
Data Communication and Computer Networks
Các phần tử của node chuyển mạch
• Chuy
ể
n m
ạ
ch s
ố
(digital switch)
– Cung cấp đường truyền “trong suốt” giữa
hai thiết bị bất kì
– Full duplex
• Giao ti
ế
p m
ạ
ng (network interface)

– Phần cứng để kết nối với các thiết bị
– Giao tiếp với thiết bị và các node khác
•
Đơ
n v
ị đ
i
ề
u khi
ể
n (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
14
Data 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
• Th
ờ

i gian k
ế
t n
ố
i ng
ắ
n
• Ch
ỉ
m
ộ
t s
ố đ
i
ệ
n tho
ạ
i k
ế
t n
ố
i v
ớ
i 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
15
Data 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
16
Data Communication and Computer Networks
Chuyển mạch không gian một tầng
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
17
Data Communication and Computer Networks
Chuyển mạch không gian một tầng (tt)
• Nhận xét
– Số điểm kết nối tỉ lệ với bình phương số trạm
– 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
• T
ấ
t c
ả
các tr
ạ
m
đượ
c k
ế
t n
ố
i, ch
ỉ
có vài
đ
i
ể
m k
ế
t n
ố
i
đượ
c dùng (ít h
ơ
n 25%)
– Non-blocking
2008

dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
18
Data Communication and Computer Networks
Bộ chuyển mạch 3 tầng
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
19
Data 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
20
Data 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
21
Data 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
22
Data Communication and Computer Networks
Time–Division Multiplexing Bus
N inputs
N outputs
1
n
…
1
frame
Synchronous Time Division Multiplexing

2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
23
Data Communication and Computer Networks
• Tất cả các đường (I/O) được nối đến một bộ phân
hợp kênh 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
24
Data Communication and Computer Networks
Time slot interchange
2008
dce
©2008, Dr. Dinh Duc Anh Vu
25
Data 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.