Nghiên cứu mạng chuyển mạch gói đi sâu về thuật toán cửa sổ trượt một số bài toán ứng dụng

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU..........................................................................................................................2
Chương I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG CHUYỂN MẠCH GÓI...............................................3
1.1. Khái niệm về mạng truyền số liệu...............................................................................3
1.1.1. Mạng truyền số liệu..............................................................................................3
1.1.2. Các chuẩn giao tiếp vật lý....................................................................................8
1.2. Các kỹ thuật chuyển mạch trong mạng truyền số liệu................................................11
1.2.1. Kỹ thuật chuyển mạch kênh.................................................................................11
1.2.2. Kỹ thuật chuyển mạch tin.....................................................................................12
1.2.3. Kỹ thuật chuyển mạch gói....................................................................................12
Chương II: TRUYỀN SỐ LIỆU TRONG MẠNG CHUYỂN MẠCH GÓI............................15
2.1. Điều khiển luồng và tránh tắc nghẽn............................................................................15
2.1.1. Khái niệm và phân loại điều khiển luồng.............................................................15
2.1.2. Khái niệm và phân loại điều khiển tránh tắc nghẽn.............................................16
2.1.3. Ý nghĩa của việc điều khiển luồng và tránh tắc nghẽn.........................................19
2.1.4. Nhiệm vụ chủ yếu của điều khiển luồng và tránh tắc nghẽn................................22
2.2. Vấn đề kiểm soát lỗi trong mạng chuyển mạch gói.....................................................23
2.2.1. RQ dừng và đợi....................................................................................................23
2.2.2. RQ liên tục............................................................................................................31
Chương III: ĐIỀU KHIỂN LUỒNG TRONG MẠNG CHUYỂN MẠCH GÓI DÙNG
PHƯƠNG PHÁP CỬA SỔ TRƯỢT........................................................................................43
3.1. Các phương pháp điều khiển luồng trong mạng chuyển mạch gói..............................43
3.1.1. Thuật toán Leaky bucket ( phương pháp chậu dò)...............................................43
3.1.2. Thuật toán Sliding windown ( phương pháp cửa sổ trượt)...................................46
3.2. Phương pháp cửa sổ trượt............................................................................................48
3.2.1. Điều khiển luồng theo cửa sổ...............................................................................49
3.2.2. Cửa sổ thích ứng...................................................................................................56
Chương IV: MỘT SỐ BÀI TOÁN ỨNG DỤNG.....................................................................62
4.1. Bài toán đánh giá hiệu suất sử dụng liên kết trên đường truyền vệ tinh.....................62
4.2. Bài toán đánh giá hiệu suất sử dụng liên kết trên đường truyền giữa 2 trạn mặt
đất.............................................................................................................................................63

4.3. Bài toán đánh giá hiệu suất sử dụng liên kết trên đường truyền giữa hai thiết bị ở cự ly
gần............................................................................................................................................64
4.4. Nhận xét......................................................................................................................65
KẾT LUẬN..............................................................................................................................66
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................................67
CÁC CHỮ VIẾT TẮT.............................................................................................................68

1


LỜI MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển của xã hội thì nhu cầu của con người với việc trao đổi
thông tin ngày càng cao. Để đáp ứng nhu cầu đó đòi hỏi mạng viễn thông phải có tốc
độ cao, dung lượng lớn. Sự tăng trưởng với tốc độ nhanh chóng dung lượng của hệ
thống truyền dẫn là sức ép và là động lực mạnh cho sự phát triển của hệ thống
chuyển mạch. Quy mô của hệ thống chuyển mạch trong thông tin ngày càng lớn, tốc
độ vận hành ngày càng cao.
Ngày nay xét về mặt kỹ thuật vẫn chủ yếu dựa vào 3 kỹ thuật chuyển mạch
chính là:
+ Kỹ thuật chuyển mạch kênh.
+ Kỹ thuật chuyển mạch tin.
+ Kỹ thuật chuyển mạch gói.
Trong đó kỹ thuật chuyển mạch gói được sử dụng rộng rãi hơn cả. Vì hiệu quả
sử dụng tài nguyên cao hơn, hai trạm có tốc độ khác nhau có thể thông tin được với
nhau, việc điều khiển lưu lượng và tránh tắc nghẽn đường truyền thực hiện đơn giản,
ưu tiên gói tin với tốc độ truyền tin cao…
Để tìn hiểu sâu hơn về kỹ thuật này em đã chọn đề tài “ NGHIÊN CỨU MẠNG
CHUYỂN MẠCH GÓI. ĐI SÂU VỀ THUẬT TOÁN CỬA SỔ TRƯỢT. MỘT SỐ
BÀI TOÁN ỨNG DỤNG”. Phần nội dung đồ án được phân bố thành 4 chương như
sau:

Chương I : Tổng quan về mạng chuyển mạch gói.
Chương II : Truyền số liệu trong mạng chuyển mạch gói.
Chương III: Phương pháp điều khiển luồng trong mạng chuyển mạch gói và
đi sâu về thuật toán cửa sổ trượt.
Chương IV: Một số bài toán liên quan.
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 2012.
Sinh viên: Nguyễn Thế Bình.

2


Chương I
TỔNG QUAN VỀ MẠNG CHUYỂN MẠCH GÓI
1.1: KHÁI NIỆM VỀ MẠNG TRUYỀN SỐ LIỆU
1.1.1Mạng truyền số liệu
Các khái niệm cơ bản về truyền số liệu
a.Các chế độ thông tin (Communication Modes)
Khi một người đang diễn thuyết thì thông tin được truyền đi theo một chiều.
Tuy nhiên, trong một cuộc đàm thoại giữa hai người thì thông điệp được trao đổi theo
hai hướng. Các thông điệp này thường được trao đổi lần lượt nhưng cũng có thể xảy
ra đồng thời. Tương tự, khi truyền số liệu giữa hai thiết bị, có thể dùng một trong 3
chế độ thông tin sau:
- Đơn công (one way hay simplex): được dùng khi dữ liệu được truyền chỉ
theo một hướng, ví dụ trong một hệ thống thu nhập số liệu định kỳ.
- Bán song công (either way hay half-duplex): được dùng khi hai thiết bị kết

nối với nhau muốn trao đổi thông tin một cách luân phiên, ví dụ một thiết bị chỉ gửi
dữ liệu đáp lại khi đáp ứng một yêu cầu từ thiết bị kia. Rõ ràng hai thiết bị phải có
thể chuyển đổi qua lại giữa truyền và nhận sau mỗi lần truyền.
- Song công hoàn toàn (both way hay full-duplex): được dùng khi số liệu được
trao đổi giữa hai thiết bị theo cả hai hướng một cách đồng thời.
b. Các chế độ truyền (Transmission modes)
Truyền bất đồng bộ: (asynchronous tránmasion)
Cách thức truyền trong đó các ký tự dữ liệu mã hoá thông tin được truyền đi tại
những thời điểm khác nhau mà khoảng thời gian nối tiếp giữa hai kí tự không cần thiết
phải là một giá trị cố định.
Ở chế độ truyền này hiểu theo bản chất truyền tín hiệu số thì máy phát và máy
thu độc lập trong việc sử dụng đồng hồ, đồng hồ chính là bộ phát xung clock cho việc
dịch bit dữ liệu (shift) và như vậy không cần kênh truyền tín hiệu đồng hồ giữa hai đầu
phát và thu. Tất nhiên, để có thể nhận được dữ liệu, máy thu buộc phải đồng bộ theo
từng kí tự một.
Mặc dù được dùng chủ yếu để truyền kí tự giữa một bàn phím và một máy tính,
truyền bất đồng bộ cũng còn được dùng để truyền các khối ký tự giữa hai máy tính.
Trong trường hợp này, mỗi ký tự kế tiếp đi ngay sau stop bit của ký tự trước đó vì các
ký tự trong một khối được truyền tức thời ngay sau ký tự mà không có khoảng thời
gian trì hoãn nào giữa chúng.
Truyền đồng bộ (Synchronous transmission)
Cách thức truyền trong đó khoảng thời gian cho mỗi bit là như nhau, và trong
hệ thống truyền ký tự khoảng thời gian từ bit cuối của ký tự này đến bit đầu của ký tự
3


kế tiếp bằng không hoặc bằng bội số tổng thời gian cần thiết truyền hoàn chỉnh một ký
tự.
Về góc độ truyền tín hiệu số thì máy phát và máy thu sử dụng một đồng hồ
chung, nhờ đó máy thu có thể đồng bộ được với máy phát trong hoạt động dịch bit để

thu dữ liệu. Như vậy, cần phải có kênh (cần hiểu hoặc là cặp dây dẫn hoặc là một kênh
trên đường ghép kênh hay kênh do mã hoá) thứ hai cho tín hiệu đồng hồ chung.
Tuy nhiên, khi xét đến các mức thông in cao hơn mức vật lý trong mô hình hệ
thống mở thì việc đồng bộ này được thực hiện theo từng khối dữ liệu và đặc tính
truyền đồng bộ khác nhau, cần có các đặc trưng sau:
- Luồng bit truyền được mã hoá một cách thích hợp để máy thu có thể duy trì
trong một cơ cấu đồng bộ bit.
- Tất cả cá frame được dẫn đầu bởi một hay nhiều byte điều khiển nhằm đảm
bảo máy thu có thể dịch luồng bit đến theo các ranh giới byte hay ký tự một cách chính
xác.
- Nội dung của mỗi frame được đóng gói giữa một cặp ký tự điều khiển để đồng
bộ frame.
Trong trường hợp truyền đồng bộ, khoảng thời gian giữa hai frame truyền liên
tiếp có các byte nhàn rỗi được truyền liên tiếp để máy thu duy trì cơ cấu đồng bộ bit và
đồng bộ byte hoặc mỗi frame được dẫn đầu bởi hai hay nhiều byte đồng bộ đặc biệt
cho phép máy thu thực hiện tái đồng bộ.
c. Kiểm soát lỗi (error control)
Trong quá trình truyền luồng bit giữa hai DTE, rất thường xảy ra sai lạc thông
tin, có nghĩa là mức tín hiệu tương ứng với bit 0 bị thay đổi làm cho máy thu dịch ra là
bit 1 và ngược lại, đặc biệt khi có khoảng cách vật lí truyền khá xa ví dụ như dùng
mạng PSTN để truyền. Vì thế, khi truyền số liệu giữa hai thiết bị cần có phương tiện
phát hiện các lỗi có thể xảy ra và khi xảy ra lỗi nên có phương tiện sửa chữa chúng.
Chúng ta có thể dùng một số các lược đồ, nhưng việc chọn loại nào là tuỳ thuộc
vào phương pháp truyền được dùng. Khi dùng phương pháp truyền bất đồng bộ, vì
mỗi ký tự được chăm sóc như một thực tế riêng biệt, nên thường thêm một số ký số
nhị phân vào mỗi ký tự được truyền. Ký số nhị phân thêm vào này gọi là bit chẵn lẻ parity bit.
Ngược lại, khi dùng phương pháp truyền đồng bộ, chúng ta thường xác định các
lỗi xảy ra trên một frame hoàn chỉnh. Hơn thế nữa, nội dung của một frame có thể rất
lớn và xác suất nhiều hơn một bit lõi gia tăng. Vì vậy cần dùng tuần tự kiểm tra lỗi
phức tạp hơn. Cũng có một số dạng kiểm tra lỗi khác nhau, nhưng nhìn chung thiết bị

sẽ tín toán ra tuần tự các ký số kiểm tra dựa vào nội dung của frame đang được truyền
và gắn tuần tự này vào đuôi của frame sau ký tự dữ liệu hay trước byte báo hiệu kết
thúc frame.
4


Trong quá trình duyệt frame, máy thu có thể tính toán lại một cách tuần tự kiểm
tra mới dựa vào nhận được từ frame hoàn chỉnh và so sánh với các ký số kiểm tra nhận
được từ máy phát. Nếu hai chuỗi ký số này không giống nhau, coi như có một lỗi
truyền xảy ra.
Cả hai lược đồ nói trên chỉ cho phép máy thu phát hiện lỗi trưyền. Chúng ta cần
máy thu lấy được một bản copy khác từ nguồn khi bản truyền bị lỗi. Có một số lược
đồ cho phép điều này. Ví dụ xem xét trường hợp một đầu cuối và một máy tính truyền
số liệu truyền bất đồng bộ. Khi user gõ vào bàn phím, ký tự đã mã hoá được truyền
đến máy tính dưới dạng in được. Ngay sau đó, ký tự tương ứng với luồng bit vừa thu
được máy tính dội trở lại (echo) đầu cuối và hiện lên màn hình. Nếu ký tự xuất hiện
không giống như ký tự đã truyền trước đó, user có thể gửi một ký tự đặc biệt để thông
báo với máy tính bỏ qua ký tự vừa nhận. Điều này được gọi là kiểm soát lỗi. Một
phương thức có chức năng tương tựng cũng phải được dùng khi truyền các khối ký tự.
Chúng ta sẽ quay trở lại ở phần sau..
d. Điều khiển luồng (flow control)
Điều này là hết sức quan trọng khi hai thiết bị đang truyền thông tin qua mạng
số liệu, khi mà rất nhiều mạng sẽ đệm số liệu trong các bộ đệm có kích thước giới hạn.
Nếu hai thiết bị hoạt động với tốc độ khác nhau, chúng ta thường phải điều khiển số
liệu đầu ra của thiết bị tốc độ cao hơn để ngăn chặn trường hợp nghẽn trên mạng. Điều
khiển luồng thông tin giữa hai thiết bị truyền thường được gọi vắn tắt là điều khiển
luồng (flow control).
e. Các giao thức liên kết dữ liệu.
Kiểm soát lỗi và điều khiển luồng là hai thành phần thiết yếu của một chủ đề
tổng quát hơn đó là giao thức điều khiển truyền số liệu. Về cơ bản, một giao thức là

một tập hợp các tiêu chuẩn hay quy định phải tuân theo bởi cả hai đối tác ở hai đầu,
nhằm đảm bảo thông tin đang trao đổi xuyên qua một liên kết số liệu nối tiếp được tiếp
nhận và được biên dịch ra một cách chính xác. Bên cạnh kiểm soát lỗi và điều khiển
luồng, giao thức liên kết số liệu cũng định nghĩa những chi tiết sau:
- Khuôn dạng của mẫu số liệu đang trao đổi, nghĩa là số bit trên một phần từ
thông tin và dạng lược đồ mã báo đang được dùng.
- Dạng và thứ tự các thông điệp được trao đổi để đạt được độ tin cậy giữa hai
đối tác truyền.
f. Mã truyền (transmission code)
Trong hệ thống thông tin số liệu, thường muốn truyền dòng các văn bản, các giá
trị số, hình ảnh, âm thanh,…v.v. từ nơi này đến nơi khác. Các thông tin thì có nhiều
dạng, tuy nhiên máy tính hay các thiết bị đầu cuối chỉ biết các bit 1 hay 0 vì chúng là
các hệ thống nhị phân. Cần phải chuyển các thông tin về dạng nhị phân để thực hiện
vấn đề phù hợp dữ liệu cho máy tính, đồng thời cũng phải có dấu hiệu nào đó cho con
người hiểu được hay chuyển về dạng thông tin hiểu được khi nhân thông tin nhị phân.
5


Nhu cầu này là nguyên nhân cho việc ra đời các bộ mã. Các bộ mã là tập hợp một số
giới hạn các tổ hợp nhị phân, mỗi tổ hợp bit nhị phân mang ý nghĩa của một ký tự nào
đó theo quy định của từng bộ mã. Số lượng bit nhị phân trong một tổ hợp bit nói lên
quy mô của một bộ mã hay số ký tự chứa trong bộ mã. Nếu gọi n là số bit trong một tổ
hợp bit thì số ký tự có thể mã hoá là 2 n. Có một số bộ mã thông dụng như Baudot,
BCD, EBCDIC, ASCII.
Mặc dù mã này được dùng để xuất nhập, nhưng một khi dữ liệu được nhập vào
trong máy tính nó được chuyển đổi và được lưu giữ dưới dạng số nhị phân tương ứng
có số bit cố định, thông thường là 8, 16 hay 32 bit. Chúng ta gọi mẫu nhị phân 8 bit là
một byte và mẫu dài hơn là một từ. Vì một dãy biet được dùng để biểu diễn cho mỗi
từ, nên thường dùng nhiều phần từ 8 bit khi truyền dữ liệu giữa hai DTE.Do đó trong
vài trường hợp 8 bit được qua một liên kết số liệu có thể đại diện cho một ký tự có thể

in được mã hoá nhị phân (7 bit cộng với một bit kiểm tra) trong khi ở trường hợp khác
nó có thể đại diện cho thành phần 8 bit của một giá trị lớn hơn. Trong trường hợp sau
sẽ xem xét phần từ như là byte hoặc như là octet cho các mục đích truyền tin.
g. Các đơn vị dữ liệu (data unit)
Theo đơn vị đo lường dung lượng thông tin thì đơn vị cơ bản là byte, một
byte là một tổ hợp 8 bit
1Kb = 210byte = 2024 byte
1Mb = 210 Kb = 1024 Kb
1Gb = 210 Mb =1024 Mb
1Tb = 210 Gb = 1024 Gb
Trong kỹ thuật truyền số liệu đôi khi xem các đơn vị dữ liệu truyền dưới
dạng một ký tự hay một khối gồm nhiều các ký tự. Việc nhóm các ký tự lại thành
một khối gọi là đóng gói dữ liệu, và khối dữ liệu được xem như một đơn vị dữ
liệu truyền trong một giao thức nào đó. Một khối dữ liệu như vậy được gọi là một
gói (packet) hay một khung (frame).
h. Giao thức (protocol)
Giao thức truyền là tập hợp các quy định liên quan đến các yếu tố kỹ thuật
truyền số liệu, cụ thể hoá các công tác cần thiết và quy trình thực hiện việc truyền
nhận số liệu từ đầu đến cuối.
Tuỳ thuộc vào việc lựa chọn các giải pháp kỹ thuật và thiết kế quy trình
làm việc mà sẽ có các giao thức khác nhau. Mỗi giao thức sẽ được sử dụng tương
ứng với thiết kế của nó.
i. Hoạt động kết nối.
Điểm nối điểm (point-to-point) là dạng kết nối trao đổi thông tin trong đó
một số đầu cuối số liệu chỉ làm việc với một đầu cuối khác tại một thời điểm.
Đa điểm (multipoint) là dạng kết nối trao đổi thông tin trong đó một đầu
cuối số liệu có thể thông tin với nhiều đầu cuối khác một cách đồng thời.
6

j. Đường nối và liên kết.
Đường nối là đường kết nối thực tế xuyên qua môi trường truyền, vì vậy
nó là đối tượng truyền dẫn mang tính vật lý.
Liên kết là kết nối giữa các đầu cuối dựa trên các đường nối và tồn tại
trong một khoảng thời gian nhất định, mỗi đường nối có thể chứa nhiều liên kết,
ngoài ra một liên kết có thể được kết hợp từ nhiều liên kết hay một liên kết có thể
phân thành nhiều liên kết. Do đó liên kết là đối tượng truyền dẫn phụ thuộc mang
tính lôgic.
Sơ đồ về mạng truyền số liệu
Mạng truyền số liệu bao gồm 2 hay nhiều hệ thống truyền và nhận tin
được ghép nối với nhau theo nhiều hình thức phân cấp hoặc phân chia thành các
trung tâm xử lý trao đổi với các chức năng khác nhau. Sơ đồ tổng quát của một
mạng truyền số liệu có thể được mô tả như sau:
é
Giao tiếp
DTE-DCE

Giao tiếp
DTE-DCE
DTE

DCE

Kênh truyền

DTE

DCE

Hình 1.1: Sơ đồ tổng quát của mạng truyền số liệu

+ DTE ( Data Terminal Equipment)
Đây là thiết bị lưu trữ và xử lý thông tin.Trong hệ thống truyền số liệu hiện
đại ngày nay thì DTE thường là máy tính hoặc máy fax hoặc là trạm đầu cuối.
Như vậy, tất cả các ứng dụng của người sử dụng( chương trình, dữ liệu) đều
nằm trong DTE. Chức năng của DTE thường là lưu trữ các phần mềm ứng dụng, đóng
gói dữ liệu rồi gửi ra DCE hoặc nhận gói dữ liệu từ DCE theo một giao thức xác định.
DTE trao đổi với DCE thông qua một chuẩn giao tiếp nào đó. Như vậy, mạng truyền
số liệu chính là mạng để nối các DTE lại cho phép chúng phân chia tài nguyên, trao
đổi dữ liệu và lưu trữ thông tin dùng chung.
+ DCE ( Data Circuit terminal Equipment)
Đây là thuật ngữ dùng để chỉ các thiết bị dùng để nối các DTE với các đường
mạng truyền thông, nó có thể là một Modem, dồn kênh, card mạng.. hoặc một thiết bị
số nào đó như một máy tính chẳng hạn( nút mạng). DCE có thể được cài đặt bên trong
DTE hoặc đứng riêng như một thiết bị độc lập. Giữa DTE và DCE, việc trao đổi dữ
liệu phải tuân thủ theo một chuẩn dữ liệu nhất định.
7


1.1.2. Các chuẩn giao tiếp vật lý
a. Giao tiếp EIA-232D/V24
Giao tiếp EIA-232D/V24 được định nghĩa như là một giao tiếp chuẩn cho việc
kết nối giữa DTE và modem. ITU-T gọi là V24. Thông thường modem được đề cập
đến như một DCE (Data connect Equipment). Đầu nối giữa DTE và modem là đầu nối
25.
Các đường dữ liệu TxD (Transmitted Data) và dữ liệu RxD (Received Data) là
các đường được DTE dùng để truyền và nhận dữ liệu. Các đường khác thực hiện các
chức năng định thời và điều khiển liên quan đến thiết lập, xoá cuộc nối qua PSTN
(Public Switching Telephone Network) và các hoạt động kiểm thử tuỳ chọn.
Các tín hiệu định thời TxClk và RxClk có liên quan đến sự truyền và nhận của
dữ liệu trên đường truyền nhận dữ liệu. Như đã biết, dữ liệu được truyền theo chế độ

đồng bộ hoặc chế độ bất đồng bộ. Trong chế độ truyền bất đồng bộ cả hai đồng hồ
truyền và thu đều được thực hiện độc lập ở cả hai đầu máy phát và máy thu. Trong chế
độ này chỉ các đường dữ liệu truyền / nhận là được nối đến modem và các đường điều
khiển cần thiết khác. Các đường tín hiệu đồng vì vậy không cần dùng và không nối
đến modem. Tuy nhiên trong chế độ truyền đồng bộ số liệu truyền và nhận được
truyền nhận một cách đồng bộ với tín hiệu đồng hồ tương ứng và thường được tạo ra
bởi modem. Các modem làm việc trong chế độ thứ hai này gọi là modem đồng bộ khi
tốc độ baud nhỏ hơn tốc độ bit thì các tín hiệu đồng hồ được tạo ra bởi modem hoạt
động với tần số thích hợp so với tốc độ thay đổi tín hiệu trên đường truyền
b. Modem rỗng (Null Modem)
Với tín hiệu cả truyền và nhận số liệu từ đầu cuối đến máy tính đều trên cùng
một đường, vì modem có cùng chức năng ở cả hai phía. Tuy nhiên theo định nghĩa
nguyên thuỷ chuẩn EIA-232D/V24 là giao tiếp chuẩn nối các thiết bị ngoại vi vào máy
tính nên để dùng được cần quyết định thiết bị nào sẽ là máy tính và thiết bị nào sẽ là
thiết bị ngoại vi vì cả hai thiết bị không thể truyền và nhận số liệu trên cùng một
đường dây, có 3 khả năng lựa chọn:
- Đầu cuối mô phỏng modem và định nghĩa các đường một cách thích hợp để
hoàn chỉnh hoạt động.
- Máy tính mô phỏng modem
- Cả đầu cuối và máy tính đều không thay đổi và các dây dẫn được nối lại
Bất tiện của hai lựa chọn đầu là không có đầu cuối nào hay máy tính nào có thể
dùng trực tiếp với một modem. Từ đó tiếp cận tổng quát cho vấn đề là bằng cách nối
lại tín hiệu trên cổng giao tiếp EIA-232D/V24 để mô phỏng một modem, cho phép đầu
cuối và máy tính nối trực tiếp vào modem, lựa chọn thứ 3 được dùng rộng rãi, yêu cầu
một modem rỗng (Null Modem) chèn vào giữa đầu cuối và máy tính.
Các đường truyền trao đổi với nhau từng đôi một các đường điều khiển cũng
được đổi lại. Ví dụ vì thông thường đầu cuối và máy tính hoạt động ở chế độ song
8

công hoàn toàn. Các đường RTS và CTS được nối với nhau tại đầu đường dây và sau
đó tín hiệu này được nối đến ngõ vào DTR. Tín hiệu signal ground và shield ground
được nối trực tiếp.
Khi hai thiết bị liên lạc với nhau qua một liên kết số liệu đồng bộ thì đồng hồ
truyền từ mỗi thiết bị thường được nối đến và được dùng như đồng hồ thu tại thiết bị
kia. Trong vài trường hợp không có thiết bị nào có đồng hồ và đồng hồ cho cả hai thiết
bị được tạo ra trong modem rỗng thành phần này được gọi là bộ modem eliminator.
c. Giao tiếp EIA-530
Chuẩn EIA-530 là giao tiếp có tập tín hiệu giống giao tiếp EIA-232D/V24.
Điều khác nhau là giao tiếp EIA-530 dùng các tín hiệu điện vì sai theo RS 422/V11 để
đạt được cự lý truyền xa hơn và tốc độ cao hơn. Dùng bộ nối 37 chân cùng với bộ nối
tăng cường 9 chân nếu tập tín hiệu thứ hai cũng được dùng.
d. Giao tiếp EIA-430/V35
Giao tiếp EIA/430/V35 được định nghĩa cho việc giao tiếp giữa một DTE với
một modem đồng bộ băng rộng hoạt động với tốc độ từ 48Kbps đến 168Kbps. Giao
tiếp này dùng tập tín hiệu giống với giao tiếp EIA-232D/V24 ngoại trừ không có các
đường thuộc kênh thứ hai hay kiểm thử. Các tín hiệu điện là một tập hợp theo lối
không cân bằng (V28) và cân bằng (RS422/V11). Các đường tín hiệu không cân bằng
dùng cho các chức năng điều khiển; các đường tín hiệu cân bằng dùng cho dữ liệu và
tín hiệu đồng hồ. Vì tất cả các đường tín hiệu dữ liệu và đồng hồ là cân bằng nên trong
các trường hợp truyền với đường cáp dài thường hay sử dụng các đường truyền nhận
EIA-430/V35 dùng bộ nối 34 chân, nhưng với các áp dụng chỉ dùng các đường truyền
số liệu và đồng hồ thì có bộ kết nối nhỏ hơn.
e. Giao tiếp X21
Giao tiếp X21 được định nghĩa cho giao tiếp giữa một DTE và DCE trong một
dạng dữ liệu công cộng. Giao tiếp X21 cũng được dùng như một giao tiếp kết cuối cho
các mạch thuê riêng số tốc độ là bội số của 64Kbps. Đầu nối và các đường tín hiệu
được trình bày trên hình 1.2.
Tất cả các đường tín hiệu dùng đồng bộ phát và thu cân bằng (RS-422A/V11).
Là giao tiếp đồng bộ, bên cạnh cặp tín hiệu truyền (T) và nhận ( R) còn có tín hiệu

định thời phân tử bit (s) và định thời byte (B). Các tín hiệu điều khiển (C) và (I) được
dùng với các đường truyền và thu thiết lập nên cầu nối xuyên qua một mạng dữ liệu
chuyển mạch số hoá hoàn toàn.

9


Hình 1.2: Đầu nối và các đường tín hiệu của chuẩn giao tiếp X21
f. Giao tiếp ISDN
Giao tiếp ISDN là giao tiếp thay thế được số hoá hoàn toàn vào PSTN. Mạch
thoại được số hoá hoạt động tại tốc độ 64Kbps và một kết cuối tốc độ cơ bản cung cấp
hai mạch như vậy cùng với một mạch 16kbps cho mục đích thiết lập và xoá cuộc gọi.
Ba mạch riêng biệt được ghép kênh cho mục đích truyền đến và đi từ một tổng đài gần
nhất lên một cặp dây. Thiết bị kết cuối mạng NT (Network Termination) tách biệt các
đường dẫn đi và đến lên hai cặp dây riêng biệt. Năng lượng có thể được cấp từ NT cho
các DTE nếu có nhu cầu. Giao tiếp giữa user và NT trên hai cặp dây được gọi là giao
tiếp S xem hình 1.3. Nguồn năng lượng chính từ NT đến thiết bị đầu cuối được dẫn
xuất từ các cặp truyền/nhận. Một nguồn năng lượng thứ hai cũng có sẵn qua chân 7 và
8. Nhằm kết nối thiết bị có tốc độ thấp và giao tiếp S có tốc độ cao này cần dùng thiết
bị có tên là "bộ thích nghi đầu cuối" TA (terminal Adapter)

10


Hình 1.3: Đầu nối và các đường tín hiệu của chuẩn giao tiếp S

1.2.CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH TRONG MẠNG TRUYỀN SỐ
LIỆU
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:
+ Kỹ thuật chuyển mạch kênh.
+ Kỹ thuật chuyển mạch tin.
+ Kỹ thuật chuyển mạch gói.

1.2.1 Kỹ thuật 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
11


(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. Kỹ thuật 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
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. Kỹ thuật 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).
12

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 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.
13


14


Chương II
TRUYỀN SỐ LIỆU TRONG MẠNG CHUYỂN MẠCH GÓI
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:

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.
15


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, thông lượng của mạng gần như bằng
0, làm mất các gói tin. Nếu một gói tin bị mất thì tại thời điểm tắc nghẽn các tài
nguyên mà gói tin đó sử dụng được coi là lãng phí.
Tránh tắc nghẽn: Là cơ chế kiểm soát thông tin đi vào mạng nhằm đảm bảo
tổng lưu lượng đi vào mạng không vượt quá khả năng xử lý của toàn mạng.
Các nguyên nhân gây tắc nghẽn:
+ Do tràn bộ đệm: Như phần trên vừa chỉ ra, bộ đệm tràn là nguyên nhân gây ra
mất các gói tin và hiện tượng tắc nghẽn trong mạng.
+ Do lỗi đường truyền: Các hiệu ứng đường truyền gây ra mất các gói tin và
ảnh hưởng đến tắc nghẽn trong mạng.
+ Do nghẽn cổ chai: Là hiện tượng xảy ra khi hai mạng có tốc độ chênh lệch
nhau quá lớn tại nút nối giữa các đường liên kết hai mạng sẽ xảy ra tắc nghẽn.
+ Do lưu lượng lớn và thay đổi đột ngột gây ra tình trạng tắc nghẽn.
Nguyên lý chung của tránh tắc nghẽn:

16


Th«ng l­îng cña m¹ng

§iÓm g·y

§iÓm v¸ch

T¾c nghÏn x¶y ra

L­u l­îng th«ng tin

Hình 2.2: Đồ thị đánh giá trạng thái tắc nghẽn trong mạng.
Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa thông lượng của mạng và lưu lượng đưa vào
mạng (offered load). Với mức lưu lượng vào mạng nhỏ (phía trái điểm gãy) thông
lượng tăng tuyến tính với lưu lượng đưa vào, đó là lúc băng thông chưa được sử dụng
hết. Thông lượng lớn nhất khi lưu lượng đưa vào mạng gần với băng thông giới hạn
của mạng và thông lượng tăng chậm tương ứng với kích thước dữ liệu trong bộ đệm.
Khi lưu lượng đưa vào mạng tiếp tục tăng lên đến một giới hạn nào 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:

17


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:.
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.

18


Hình 2.4: Hoạt động của mạng khi không có sự kiểm soát.
Trên hình vẽ này các số trên mỗi liên kết thể hiện tốc độ truyền dữ liệu trên đường
đó. Giả sử có hai kết nối từ B đến A (theo đường B – Y – X – A, tốc độ λBA Kbps) và từ C
đến D (theo đường C – Z – X – D, tốc độ λCD Kbps).
Giả thiết hệ thống mạng không được kiểm soát, nghĩa là tất cả các gói tin đều có
thể truy cập tài nguyên của mạng, và bộ đệm tại các nút X, Y và Z có thể được sử dụng bởi
bất kỳ gói tin nào. Giả thiết môi trường truyền không có lỗi, lúc này các gói tin không bị
sai nhưng vẫn có thể phải được truyền lại nếu nó bị nút mạng hủy do không còn dung
lượng bộ đệm để lưu gói tin tạm thời trước khi xử lý. Giả thiết khi gói tin bị mất vì không
được lưu trong bộ đệm thì nút phát nó sẽ thực hiện phát lại nhằm đảm bảo việc truyền tin
tin cậy.
Để minh họa cho việc điều khiển trong mạng, ta tìm hiểu các trường hợp sau:
 Trường hợp 1: λBA = 7 Kbps và λCD = 0 .
Trong trường hợp này không xảy ra tắc nghẽn vì lưu lượng từ B đến A sẽ được mạng

trung chuyển hết. Tốc độ thông tin đến nút A chính bằng tốc độ thông tin nút B đưa
vào mạng, các đường B-Y, Y-X và X-A đều có tốc độ 7 Kbps
 Trường hợp 2: λBA = 8 + δ Kbps (δ > 0) và λCD = 0
Trong trường hợp này, tốc độ thông tin từ B đến A lớn hơn tốc độ hoạt động của
đường từ X đến A. Vì lý do này, tốc độ thông tin từ Y đến X lớn hơn từ X đến A, lượng
thông tin dư thừa sẽ phải được lưu trong bộ đệm của X. Bộ đệm của X sẽ dần bị đầy và
tràn dẫn đến các gói thông 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 của Y cũng dần bị
đầy và tràn.
Nút X có thể chuyển 8 Kbps khi lưu lượng đầu vào của nó là 8+δ Kbps (X hủy δ
Kbps). Lúc này, đường Y – X sẽ có tốc độ 8+2δ Kbps (trong đó 8+δ Kbps là thông tin từ B
19


đến và δ Kbps là thông tin phát lại). Nhưng vì nút X chỉ có thể truyền 8 Kbps nên nó hủy
2δ Kbps và Y lại phải truyền lại lượng thông tin này. Quá trình này cứ tiếp diễn và cuối
cùng đường nối Y – X sẽ hoạt động với tốc độ 56 Kbps. Tương tự như vậy, đường liên kết
từ B đến Y cũng sẽ hoạt động với tốc độ 16 Kbps (bao gồm cả các gói mới và các gói được
phát lại)
Để giải quyết vấn đề này, có thể làm theo hai cách:
• Xây dựng hệ thống mạng có khả năng đáp ứng tốc độ của thông tin từ X đến A
(8+δ Kbps) nhằm đáp ứng với yêu cầu về tốc độ của B – giải pháp này chỉ thực sự khả
thi và hiệu quả khi tốc độ phát tin của B là ổn định trong một thời gian dài, nếu không
hiệu quả sử dụng tài nguyên rất thấp nếu xây dựng hệ thống mạng có khả năng đáp
ứng lưu lượng lớn nhưng lại chỉ hoạt động với các yêu cầu trao đổi lưu lượng nhỏ.
• Giới hạn tốc độ truyền tin của B xuống còn 8 Kbps – phương án này khả thi khi yêu
cầu truyền tin của B trong phần lớn thời gian < 8 Kbps và tốc độ vượt 8 Kbps chỉ diễn
ra trong thời gian ngắn.
Trong hai phương án này, trên thực tế người ta sử dụng phương án 2 với sự hỗ trợ của
các giao thức mạng.

 Trường hợp 3: λBA = 7 Kbps và λCD = 7 Kbps
Tương tự như trường hợp 1, trường hợp 3 không xảy ra tắc nghẽn trong mạng.
Thông tin được chuyển đến A và D với tốc độ 7Kbps cho mỗi nút. Mỗi một liên kết trong
mạng sẽ hoạt động với tốc độ 7Kbps
 Trường hợp 4: λBA = 8 + δ Kbps và λCD = 7 Kbps (δ > 0)
Trong trường hợp này, đường đi từ C đến D có đủ dung lượng (tốc độ) để đáp ứng
yêu cầu cho kết nối C – D; tuy nhiên yêu cầu truyền thông tin trên đường B – A vượt quá
khả năng xử lý của tuyến truyền này.
Trong trường hợp này, hai kết nối B – A và C – D chia sẻ bộ đệm của nút X. Như
đã xét trong trường hợp 2, lưu lượng thông tin từ B đến A làm tràn bộ đệm của X, điều này
dẫn đến thông tin từ B và C khi đến X đều bị hủy. Hiện tượng này xảy ra đối với tất cả các
gói tin (cả B và C) cho dù nguyên nhân gây ra là do B. Hệ quả là nút Y và Z cũng bị tràn
bộ đệm và tất cả các đường liên kết sẽ hoạt động với tốc độ cực đại của chúng.
Do trước khi chuyển gói tin từ B và C đến A và D tương ứng, nút X phải lưu các
gói tin này vào bộ đệm để xử lý nên trong trường hợp bộ đệm X bị tràn, X sẽ phải hủy các
gói tin này. Do tốc độ thông tin Y – X gấp đôi tốc độ thông tin Z – X (khi các liên kết này
hoạt động với tốc độc đỉnh) nên số lượng gói tin từ Y đến X sẽ gấp đôi từ Z đến X. Nói một
cách khác, X sẽ hủy (hay chấp nhận) các gói tin từ Y và Z đến theo tỷ lệ 2:1. Lúc này thông
tin từ B đến A hoạt động với tốc độ 8 Kbps trong khi thông tin từ C đến D chỉ hoạt động
với tốc độ 4 Kbps.
So với trường hợp 3, ta thấy:

20


• Thông lượng tổng cộng của mạng giảm từ 14 Kbps xuống còn 12
Kbps.
• Nút C bị đối xử không công bằng vì tốc độ truyền thông tin của nó
đến D bị giảm từ 7 Kbps xuống còn 4 Kbps trong khi nút B không bị
ảnh hưởng nhiều (giảm từ 8+δ Kbps xuống 8 Kbps). Ngoài ra,

nguyên nhân gây ra tắc nghẽn lại là do nút B.
Để giải quyết vấn đề này, người ta có thể dành một phần dung lượng bộ đệm tại X
cho các gói tin từ C đi đến. Việc dành trước tài nguyên này có vẻ như trái ngược với
nguyên tắc của chuyển mạch gói khi tài nguyên trong mạng được chia sẻ bởi tất các các
nút và người dùng. Tuy nhiên, trên thực tế người ta có thể đánh đổi điều này để đảm bảo
tính công bằng ở trong mạng.
Hình dưới đây mô tả thông lượng của mạng trong mối quan hệ với lưu lượng đầu
vào.

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
21


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.

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.
22


2.2: VẤN ĐỀ KIỂM SOÁT LỖI TRONG MẠNG CHUYỂN MẠCH GÓI.
Các phương pháp kiểm soát lỗi tự động truyền lại ARQ thực chất hoạt động
dựa trên nguyên lý cửa sổ trượt nhưng là những ứng dụng đơn giản nhất của phương
pháp này. Với RQ dừng và đợi có thể coi là phương pháp điều khiển luồng ứng dụng
phương pháp cửa sổ trượt với kích thước cửa sổ phát bằng kích thước cửa sổ thu và
bằng 1. Với phương pháp selective repeat RQ kích thước cửa sổ truyền bằng kích
thước cửa sổ thu bằng K. Với Go back-N-ARQ kích thước cửa sổ truyền là K còn kích
thước cửa sổ thu là 1.
Giao thức
RQ dừng và
đợi
Selective repeat
RQ
Go-Back-N

Cửa sổ truyền
1

Cửa sổ thu
1

K

`K

K

1

Bảng 2.6: Các giới hạn cửa sổ truyền và nhận.
ARQ (automatic repeat request): Là giao thức kiểm soát lỗi hoạt động dựa trên
nguyên lý hồi tiếp thông tin báo nhận trở lại phía phát đối với các gói tin được phát đi.
Trong trường hợp xảy ra lỗi phía thu sẽ dựa vào thông tin phản hồi này có thể tự động
truyền lại gói thông tin bị hỏng trước đó.
Có hai loại ARQ cơ bản là: + RQ dừng và đợi
+ RQ liên tục

2.2.1: RQ dừng và đợi
RQ dừng và đợi là phương pháp kiểm soát lỗi được dùng cho các lược đồ truyền
số liệu thiên hướng kí tự. Lược đồ điều khiển RQ dừng và đợi được định nghĩa để cho
phép truyền các khối ký tự một cách đáng tin cậy. Giao thức RQ dừng và đợi hoạt
động theo chế độ bán song công vì sau khi gửi một gói tin phía phát lại phải đợi báo
nhận từ phía thu cho biết gói tin được nhận thành công hay không. Nếu báo nhận cho
biết gói tin được nhận tốt phía phát sẽ tiếp tục phát gói tin tiếp theo. Ngược lại, khi gói
tin không được nhận thành công phía phát sẽ tự động phát lại gói tin vừa phát. Mặc dù
RQ dừng và đợi đang bị RQ liên tục dần thay thế trong nhiều ứng dụng để nâng cao
hiệu quả truyền đạt thông tin nhưng việc nghiên cứu RQ dừng và đợi để làm nền tảng
vẫn rất quan trọng vì nó là một trong các phương pháp kiểm soát lỗi đầu tiên được ứng
dụng và là lược đồ kiểm soát lỗi đơn giản nhất.
Người ta chia RQ dừng và đợi làm hai loại tùy theo phương pháp báo nhận, với
phương pháp báo nhận ngầm định ta có RQ dừng và đợi ngầm định, với phương pháp
báo nhận là yêu cầu rõ ta có RQ dừng và đợi yêu cầu rõ. Với RQ dừng và đợi truyền
lại ngầm định (Implicit retransmission), phía thu chỉ phát gói tin xác báo ACK
23

(Acknowledge) đối với những gói tin được nhận tốt, phía phát hiểu rằng khi không có
ACK đồng nghĩa với gói tin bị hỏng và tự động truyền lại gói tin đó. Còn với RQ dừng
và đợi yêu cầu rõ (Explicit request), khi phía thu phát hiện một gói tin bị hỏng nó sẽ
gửi lại một gói tin thông báo từ chối NAK (Negative acknowledge) để yêu cầu phía
phát phát lại gói tin vừa phát.
a: Hoạt động của RQ dừng và đợi ngầm định.
Phía phát chỉ có thể có một gói tin đang chờ báo nhận (chờ ACK) tại một thời
điểm. Khi nhận một gói tin không bị lỗi, phía thu sẽ phát gói tin xác báo (gói tin ACK)
cho phía phát. Nhờ có gói tin ACK mà phía phát biết rằng gói tin phát đi đã được nhận
tốt và có thể tiếp tục truyền gói tin tiếp theo. Khi phía phát khởi động truyền một gói
tin, nó đồng thời kích hoạt một bộ định thời (timer). Bộ định thời được đặt trước một
khoảng thời gian bất khả dụng (time out) để tránh tình trạng quá trình truyền tin bị treo
do phía thu không nhận được gói tin ACK.
Nếu phía thu nhận một gói tin bị lỗi hoặc phía phát nhận được một gói tin báo
nhận có chứa lỗi thì gói tin tương ứng sẽ bị loại bỏ, phía phát phải thực hiện phát lại
gói tin trước đó. Nếu phía phát không nhận được gói tin ACK trong khoảng thời gian
cho trước (do gói tin bị thất lạc không đến được phía thu hoặc gói tin ACK bị mất)
phía thu cũng tự động phát lại gói tin trước đó.
Nếu gói tin ACK bị hỏng thì phía thu lại nhận được 1 gói tin tương tự gói tin
vừa nhận. Phía thu sẽ nhận ra sự trùng lặp này thông qua chỉ số đi kèm theo gói tin đó,
nó sẽ loại bỏ gói tin vừa nhận song vẫn gửi gói tin xác báo ACK tới phía phát.
Ưu điểm chính của RQ dừng và đợi là nó yêu cầu bộ đệm tối thiểu để phía phát
và phía thu chỉ cần chứa đủ một gói tin. Do nhu cầu lưu trữ thấp nên RQ dừng và đợi
được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng có sự tham gia của các thiết bị đơn giản.

24

khëi ®éng timer

phÝa ph¸t

dõng Timer
khëi ®éng l¹i Timer
dõng Timer

I(N)

I(N+1)

I(N+2)

ACK(N)

ACK(N)

I(N)

I(N)

phÝa thu

I(N)

khëi ®éng timer

phÝa ph¸t

trôc thêi gian

I(N+1)

khëi ®éng l¹i Timer
dõng Timer

I(N)

I(N)

I(N+1)

ACK(N)

I(N)

I(N)

phÝa thu

trôc thêi gian

I(N)

khëi ®éng timer khëi ®éng l¹i Timer
dõng Timer
I(N)

I(N)

I(N+1)

I(N)

ACK(N)

I(N)

ACK(N)

phÝa ph¸t

phÝa thu

I(N)

trôc thêi gian

I(N)

Ph¸t hiÖn trïng gãi tin Gãi tin bÞ háng

Hình 2.7: Hoạt động của RQ dừng và đợi ngầm định.
Hình vẽ trên trình bày tuần tự các gói tin trong các trường hợp xảy ra trong quá
trình truyền gói tin. Trong trường hợp không xảy ra lỗi trong quá trình truyền gói tin
(hình 2.7-a) : Phía phát gửi gói tin I(N) đồng thời khởi động một bộ định thời. Mỗi gói
tin phát đi đều mang một danh định (chỉ số) để phân biệt với gói tin khác. Khi phía thu
25