Chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN
ĐỀ TÀI
CHUYỂN MẠCH GÓI VÀ CHUYỂN MẠCH KÊNH
Giảng viên hướng dẫn

Mạc Thị Phượng

Sinh viên thực hiện:
Ma Tuấn Anh
Trần Thế Bảo
Đỗ Tiến Dũng
Phạm Trung Dũng
Vũ Bá Dũng
ĐTTT K14A
Lớp:

Thái Nguyên, tháng 10 năm 2018


Mục lục

2


1.Chuyển mạch gói
1.1.Khái niệm
Bản tin được chia thành các gói với chiều dài xác dịnh, mỗi gói có phần
header mang thông tin dịa chỉ và thứ tự gói.

Mỗi gói di qua các node duợc tiến hành theo phương pháp store and
forward như chuyển mạch tin.
Tại dầu thu tiến hành sáp xếp các gói trở lại
Trong các gói luôn có trường kiểm tra để đảm bảo gói truyền không lỗi qua
từng chặng.
Phươg thức truyền dạng gói từ node-> nốt 1 cách độc lập or theo đường xác
định trước để đến đích
Thông tin được truyền ở dạng kết nối ảo.
1.2. Cấu trúc
- Node mạng NMS
+ Định tuyến
+ Đóng gói
+ Giải đóng gói
+ Chuyển tiếp gói
- PT
- NPT: thu nhận thông tin không phải là gói
1.3. Hoạt động
- Đóng gói thông tin
- Tái hợp , giải gói
- Định tuyến và chuyển tiếp gói
1.3.1.Đóng gói thông tin
Bản tin chia làm các segment , rồi các segment lại có các fame bọc ngoài
như hình sau:

3
Kiểm tra

Fame start
Header

Fame
Seg
M
dài
Nend
bit
N
L
thông
tin


Các Segment sau khi được chia cắt được thêm các trường ‘Đầu’ (Header) và
‘Đuôi’ (Trailer), như vậy chúng chứa ba trường: Đầu chứa địa chỉ đích và các thông
tin điều khiển cần thiết để định tuyến gói tin trong mạng, ví như: số thứ tự của
Segment #, mã kênh Logic để tách các thông tin khách hàng đã ghép kênh, đánh dấu
Segment đầu tiên và Segment cuối cùng của bản tin và các thông tin khác liên quan tới
chức năng quản lý và điều khiển từ ‘Đầu cuối - tới - Đầu cuối’. Trong tin thực được
mang trong trường dữ liệu và trường cuối là trường sửa sai CRC. CRC cho phép hệ
thống chuyển mạch gói phát hiện sai lỗi xảy ra trong gói nếu có, nhờ đó đảm bảo yêu
cầu rất cao về độ chính xác truyền tin.
Tổng số tin chứa trong các trường số liệu Đầu của Segment và Tiêu đề của Gói
thông thường khoảng từ 64 đến 256 bit trong tổng số N khoảng 1000 bit.

1.3.2.Định tuyến và chuyển tiếp gói:
+ Định tuyến tìm đường
Tiêu chí:
+ Nhanh
+ Ngắn
+ Thời gian trễ nhỏ nhất

+ 2 phương thức định tuyến theo tiêu chí :
+ Datagram
4


+ Virtual Circuit
a, Datagram :
- Các gói tin sẽ chuyển đi kiểu lưu đệm và chuyển tiếp
- Gói tin theo nhiều đường đến đích
- Thứ tự gói tại đích không theo trật tự
Nhận xét : Phù hợp để chuyển những bản tin ngắn
b,Virtual Circuit :
- Thiết lập kênh, đường truyền trước khi send gói tin
- Truyền dữ liệu
- Kênh ảo
+Được sử dụng khi có dữ liệu
+ Khi không có dữ liệu sẽ nhường cho cái khác
Nhận xét : sử dụng tốt khi cần truyền bản tin dài
1.3.3.Các phương thức định tuyến mạng gói :
- Tràn lụt gói
- Định tuyến ngẫu nhiên
- Định tuyến theo danh mục
- Định tuyến theo danh mục thích ứng
a,Tràn lụt gói :
-

Gói tin chắc chắn sẽ đến được đích
Chiếm dung lượng băng thông lớn, dẫn đến gây tắc nghẽn
Hiệu suất đường truyền sử dụng thấp
Thuật toán điều khiển đơn giản

b,Định tuyến ngẫu nhiên:
- Khả năng chiếm băng thông đường truyền hữu ích hơn so với kiểu lan
truyền gói.
- Các gói tin lan truyền qua mạng tình cờ gặp đích đến nên tiêu chí định
tuyến đúng hoặc sai.
- Thời gian sống của các gói tin ngắn, đường truyền đi dài dẫn đến mất dữ
liệu.
5


VD : thời gian sống của gói tin là 2 tiếng mà đường truyền đi mà dài 3 tiếng
=> xóa mất gói tin
c,Định tuyến theo danh mục:
- Các tuyến xác định đầu ra qua các node mạng.
- Mỗi node mạng có 1 bảng định tuyến(phải có bộ lưu bộ đệm, kích thước
cồng kềnh).
- Thuật toán chưa hẳn tối ưu.
d,Định tuyến theo danh mục thích ứng :
- Giống định tuyến theo danh mục nhưng có thêm cái xác định thời gian trễ
(ms).
- Bảng định tuyến cập nhật phải thường xuyên(theo chu kỳ)
- Thuật toán điều khiển tối ưu -> điều kiển phức tạp.
1.3.4.Tái hợp , giải gói
Sắp xếp lại gói ở đầu thu giống với đầu phát.
1.4. Ưu/ Nhược điểm
-Ưu điểm:
•

Mềm dẻo hiệu suất truyền tin cao: Hiệu suất sử dụng đường truyền rất cao

vì trong chuyển mạch gói không có khái niệm kênh cố định và dành riêng, mỗi
đường truyền giữa các node có thể được các trạm cùng chia sẻ để truyền tin, các
gói tin sắp hàng và được truyền rất nhanh.

•

Khả năng truyền ưu tiên: Chuyển mạch gói có thể sắp xếp thứ tự cho các
gói để truyền đi theo mức độ ưu tiên. Trong chuyển mạch gói số cuộc gọi bị từ
chối ít hơn nhưng thời gian trễ sẽ tăng lên.

•

Có khả năng cung cấp nhiều dịch vụ thoại và phi thoại

•

Thích nghi tốt nếu như có lỗi sảy ra: Nhờ khả năng định tuyến động của
mạng.
-Nhược điểm:
6


• Trễ đường truyền lớn: Do đi qua mỗi trạm, dữ liệu được lưu trữ xử lý trước khi
gửi đi.
• Độ tin cậy không cao dễ sảy ra tắc nghẽn, lỗi mất bản tin
• Tính đã đường có thể gây lặp bảng tin, loop làm tăng lưu lượng mạng không cần
thiết.
• Tính bảo mật trên đường truyền chung là không cao.

2.Chuyển mạch kênh

2.1.Khái niệm
- Chuyển mạch kênh (Circuit Switching) là kỹ thuật chuyển mạch đảm bảo việc
thiết lập các đường truyền dẫn dành riêng cho việc truyền tin của một quá trình
trao đổi thông tin giữa hai hay nhiều thuê bao khác nhau.
- Chuyển mạch kênh tín hiệu số: là quá trình kết nối, trao đổi thông tin các khe
thời gian giữa một số đoạn của tuyến truyền dẫn TDM số.
7


2.2. Đặc điểm
• Độ tin cậy rất cao: một khi đường nối đã hoàn tất thì sự thất thoát tín hiệu gần
như không đáng kể.
• Băng thông cố định. Đối với kiểu nối này thì vận tốc chuyển thông tin là một
hằng số và chỉ phụ thuộc vào đặc tính vật lý cũng như các thông số cài đặt của
các thiết bị.
• Có thể dùng kỹ thuật này vào những nơi cần vận tốc chuyển dữ liệu cao hoặc
nơi nào cần truy nhập dữ liệu với thời gian thực (realtime data access).
• Tuy nhiên, các vận chuyển này sẽ lấy nhiều tài nguyên và chúng được cấp cho
một đường nối dây cho tới khi dùng xong hay có lệnh hủy. Nói cách khác, các
đường nối dữ liệu nếu trong thời gian mở đường nối mà gặp phải các nút đều
đang bận dùng cho đường nối trước đó thì buộc phải đợi cho tới khi các nút này
được giải phóng.
2.3.Chuyển mạch không gian tương tự


-

Đặc điểm
Thiết lập kênh truyền rồi mới truyền tin
Cấu trúc

Luồng vào/ra tương ứng đầu vào/ra của ma trận chuyển mạch.
Ma trận chuyển mạch: xây dựng dựa trên các phần tử chuyển mạch diode,

rơ le, tran,...
- Các tín hiệu điều khiển
2.4.Chuyển mạch không gian số(S)
- Khái niệm: Chuyển mạch không gian số là phương thức chuyển mạch đấu
nối giữa luồng đầu vào PCM và luồng PCM đầu ra bất kì trên khe thời gian.
- Cấu trúc:
+ Luồng PCM đầu vào/ ra
+Ma trận chuyển mạch: xây dựng dự vào các phần tử logic:AND, NAND,
NOR...
8


+Phần điều khiển:
-Bộ đếm TS
-Bộ nhớ điều khiển CM

Hình 2.1
- Chức năng:
+ Ma trận: chức các phần tử chuyển mạch đấu nối cho đầu vào/ra.
+ Bộ nhớ điều khiển
+ Bộ đếm khe thời gian: đếm các khe thời gian theo chu kì.

9


Hình 2.2

- Nguyên lý hoạt động:
Điều khiển đầu ra: dưới tác động của bộ đếm khe thời gian và bộ điều
khiển trung tâm, tín hiệu tại các ngăn nhớ của CM sẽ được ghi và được đọc ra
đưa lên điều khiển phần tử logic tương ứng đóng cho tín hiệu luồng đầu vào
được đưa đến luồng đầu ra theo yêu cầu.
Số ngăn nhớ CM = Số TS PCM
Số ô nhớ =
-Đấu nối luồng, kênh không thay đổi
r=
+1

là số nguyên

không phải là số nguyên
10


Ví dụ:
Trình bày quá trình đấu nối A2/TS1-B3/TS1, A1/TS2 – B2/TS2, A3/TS3 –
B1/TS3 qua tầng chuyển mạch S( kích thước 4x4) . A1, A2, A3 là các luồng
PCM lối vào và B1, B2, B3 là các luồng PCM lối ra. PCM có 8 khe thời gian.
- Số luồng PCM vào/ra = 4
- Số ngăn CM: 8
- Số ô/ ngăn =
- +A2/TS1 – B3/TS1
- Điều khiển đầu ra: ngăn 1 của CM3 ghi địa chỉ: 10
- Điều khiển đầu vào: ngăn 1 của CM2 ghi địa chỉ: 11
- +A1/TS2 – B2/TS2
- Điều khiển đầu ra: ngăn 2 của CM2 ghi địa chỉ: 01
- Điều khiển đầu vào: ngăn 2 của CM1 ghi địa chỉ: 10

- +A3/TS3 – B1/TS3
- Điều khiển đầu ra: ngăn 3 của CM1 ghi địa chỉ: 11
- Điều khiển đầu vào: ngăn 3 của CM3 ghi địa chỉ: 01

2.5.Chuyển mạch thời gian số(T):
Trường chuyển mạch thời gian tín hiệu số thực hiện quá trình chuyển đổi
nội dung thông tin từ một khe thời gian này sang khe thời gian khác của một
luồng PCM, dựa trên nguyên tắc gây trễ cho các tín hiệu. Để gây trễ thì phải có
bộ nhớ để lưu trữ các thông tin thoại trong các khe thời gian gọi là bộ nhớ thoại
SM (Speech Memory).

11


Hình 2.3

- Cấu trúc:
+

Bộ nhớ SM: lưu trữ các khe thời gian (TS) của luồng PCM

+

Bộ nhớ CM: lưu địa chỉ ngăn nhớ SM

+

Bộ đếm khe thời gian: đếm TS theo chu kỳ

+

VD: Luồng PCM32

+

SM có

+
+

32 ngăn

số ô/ ngăn: 8
CM có

số ngăn=32

+

số bit/ngăn =

+

Đếm 0 – 31
- Nguyên lý hoạt động:

+

Điều khiển đầu ra; ghi tuần tự, đọc ngẫu nhiên

+

Điều khiển đầu vào: ghi ngẫu nhiên, đọc tuần tự

+

Điều khiển ngẫu nhiên: ghi ngẫu nhiên và đọc ngẫu nhiên
12


Hình 2.4
- Điều khiển đầu ra:
Dưới tác động của bộ đếm TS và bộ điều khiển trung tâm tín hiệu tại SM
và CM lần lượt được ghi. Bộ đếm 0 thì ngăn 0 của CM và SM lần lượt được
ghi....Bộ đếm đếm i thì ngăn i của SM ghi đếm đếm j ngăn j của CM ghi nội
dung của ngăn i.
Nếu icho tín hiệu từ

->

Nếu i>j thì tín hiệu tại ngăn j của CM đợi đến chu kỳ sau. Sau khi bộ đếm
đếm đến j tín hiệu đưa lên địa chỉ ngăn i của SM cho tín hiệu từ
Thời gian trễ: t =

->

j – i nếu j> i
N + i - j nếu j

Ví dụ:
 TS1

TS3

- SM có 32 ngăn, số ô/ ngăn =8
- CM có 32 ngăn, số bit/ngăn=5
- Khi bộ đếm đến 1 tại ngăn 1 của SM ghi địa chỉ TS1
- Khi bộ đếm đến 3 tại ngăn 3 của CM ghi ngăn 1 của SM với từ mã 00001
13


- Thời gian trễ: t = 3-1 = 2 TS = 7,8 µs

 TS3

TS1

- SM có 32 ngăn, số ô/ ngăn =8
- CM có 32 ngăn, số bit/ngăn=5
- Khi bộ đếm đến 1 tại ngăn 1 của CM ghi ngăn 3 của SM với từ mã 00011
- Khi bộ đếm đến 3 tại ngăn 3 của SM ghi địa chỉ TS3
- Thời gian trễ: t = 32+1-3=30 TS=117,2 µs

Hình 2.5
Điều khiển đầu vào:

<->

Dưới tác động của bộ đếm TS và bộ điều khiển trung tâm tín hiệu tại SM

và CM lần lượt được ghi. Bộ đếm 0 thì ngăn 0 của CM lần lượt được ghi....Bộ
đếm đếm i thì ngăn i của CM ghi địa chỉ ngăn j của SM đếm đếm j thì tín hiệu sẽ
được ghi vào ngăn j của SM nội dung .
Ví dụ:
 TS1 <-> TS3
- SM có 32 ngăn, số ô/ ngăn =8
- CM có 32 ngăn, số bit/ngăn=5
14


- Khi bộ đếm đến 1 tại ngăn 1 của CM ghi ngăn 3 của SM với từ mã 00011
Khi bộ đếm đến 3 tại ngăn 3 của SM ghi địa chỉ TS1
 TS3

<-> TS1

- SM có 32 ngăn, số ô/ ngăn =8
- CM có 32 ngăn, số bit/ngăn=5
- Khi bộ đếm đến 1 tại ngăn 1 của SM ghi địa chỉ TS3
- Khi bộ đếm đến 3 tại ngăn 3 của SM ghi địa chỉ ngăn 1 của SM với từ mã
00001
Đặc điểm:
 Cấu trúc gọn nhẹ
 Điều khiển đấu nối linh động trong 1 luồng
 Không có khả năng đấu nối khác luồng

2.6. Chuyển mạch ghép:
1.6.1. Chuyển mạch ghép T_S
Số lượng chuyển mạch T phụ thuộc kích thước chuyển mạch S

15
Hình 2.6


- Điều khiển đầu ra:
VD: S:4x4, có 4 chuyển mạch T
Giả sử TS1 PCM Vo <-> TS4 PCM R3
To: TS1 <-> TS4
S: TS4 PCM Vo <-> TS4 PCM R3
Bộ đếm đếm 1 ngăn 1 của SMo ghi TS1
Bộ đếm đếm 4 ngăn 4 của CMo ghi địa chỉ ngăn 1 của SMo với từ
mã 00001
Từ mã này sẽ được đưa lên điều khiển ngăn 1 của SM cho <->
Tại đây ngăn 4 của CM của S ghi địa chỉ luồng PCM Vo với từ mã 00. Từ
mã sẽ được đưa lên ma trận chuyển mạch tương ứng với tiếp điểm của PCM Vo
PCM R3 đóng cho TS4 của TS4 PCM Vo <-> TS4 PCM R3
- Điều khiển đầu vào:
VD: S:4x4, có 4 chuyển mạch T
Giả sử TS1 PCM Vo <-> TS4 PCM R3
To: TS1 <-> TS4
S: TS4 PCM Vo <-> TS4 PCM R3

16


Bộ đếm đếm 1 ngăn 1 của CMo ghi địa chỉ ngăn 1 của SMo với từ mã
00100
Bộ đếm đếm 4 ngăn 4 của SMo ghi TS1
Từ mã này sẽ được đưa lên điều khiển ngăn 1 của SM cho <->
Tại đây ngăn 4 của CM của S ghi địa chỉ luồng PCM R3 với từ mã 11. Từ

mã sẽ được đưa lên ma trận chuyển mạch tương ứng với tiếp điểm của PCM Vo
PCM R3 đóng cho TS4 của TS4 PCM Vo <-> TS4 PCM R3
2.6.2. Chuyển mạch ghép S_T
- Cấu tạo:
Chuyển mạch 4 x 4 PCM 32

Hình 2.7
Chuyển mạch không gian S.
- Gồm 4 đầu vào: PCMV0 tới PCMV3; tương ứng với các địa chỉ “ 00, 01, 10,
11”.
- Gồm 4 đầu ra và 4 bộ nhớ tương ứng 4 đầu ra : CMV0 ÷ CMV3, Mỗi bộ nhớ
gồm 32 ngăn

17


Chuyển mạch thời gian T:
4 bộ chuyển mạch thời gian, hoạt động theo nguyên tắc điều khiển đầu vào.
Trong đó: SM (Ro÷R3) gồm 32 ngăn, mỗi ngăn ghi thông tin của 01khe thời
gian; CM (Ro÷R3), mỗi ngăn ghi địa chỉ một ngăn nhớ SM
Ví dụ:
VD: TS10 thuộc PCMV0 chuyển tới TS15 thuộc PCMR3
- Ghi địa chỉ : Ngăn 10 (CMV3) ghi địa chỉ của đầu vào V0: “00” ,Ngăn 10
(CMR3) ghi địa chỉ ngăn 15 (SMR3): “01111”.
- Ghi tin:khi bộ đếm TS đếm TS10 và đồng thời tới ngăn 10 của các bộ nhớ
CM.
- Tại CMV3 địa chỉ 00 được đọc ra điều khiển nối từ V0 tới T3
- Tại CMR3 địa chỉ 01111 được đọc ra, ngăn 15 (SMR3) mở, TS10 ∈ T3
được ghi vào ngăn 15 của CMR3.
- Đọc tin: Đọc tuần tự tại SMR3, tới ngăn 15, nội dung TS10 được đọc ra và

xếp vào vị trí TS15 của luồng ra thuộc PCMR3.
2.6.3. Chuyển mạch ghép T-S-T

-

Cấu tạo của trường chuyển mạch T-S-T gồm:
T1: điều khiển đầu vào (RWSR).
S: điều khiển đầu vào.
T2: điều khiển đầu ra (SWRR).
Luồng PCM (A, B, C, D) vào/ra các tầng có n×TS.
CM1x, CM3x: Bộ nhớ điều khiển của T1, T3 (Dung lượng: n ngăn × [log2n]

bit).
- SM1x, SM3x: Bộ nhớ thoại của T1, T3 (Dung lượng: n ngăn × 8bit).
- CM2x: Bộ nhớ điều khiển của S (Dung lượng: n ngăn × [log2N] bit).
 Nguyên lý hoạt động:
Tầng chuyển mạch thời gian T1 phía đầu vào kết nối khe thời gian vào với
một khe thời gian rỗi nào đó trong đường Bus dẫn tới đầu vào của tầng chuyển
mạhc không gian S.
18


Trong khi đó tầng chuyển mạch thời gian T2 phía đầu ra kết nối khe thời
gian đã được chọn từ chuyển mạch tầng S tới khe thời gian ra yêu cầu.
Như vậy cuộc gọi được kết nối qua trường chuyển mạch có thể được định
tuyến qua tầng S với bất kỳ khe thời gian thích hợp nào.

Hình 2.8
 Đặc điểm:
Phù hợp với tính chất ứng dụng của các luồng ghép kênh số cao tốc PCM

từ bên ngoài vào/ra khối chuyển mạch T-S-T, các chuyển mạch thời gian ở tầng
T1 làm việc theo chế độ SWRR còn các chuyển mạch thời gian tầng T2 ngược lại
làm việc theo chế độ RWSR. Ngoài ra ưu điểm của chế độ hoạt động được lựa
chọn trên đây làm cho việc điều khiển nội bộ khối chuyển mạch trở nên rõ ràng,
đơn giản và dễ thực hiện hơn. Thông thường dung lượng của các chuyển mạch
thời gian T khoảng 1024 TS, còn kích thước của ma trận chuyển mạch S là 8×8,
16×16 và 64×64 đường cao tốc HW(HighWay).

19


TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Hồng Sơn, Cơ sở KT chuyển mạch và Tổng đài, NXB giáo
dục, 2001.
[2] TS Nguyễn Tiến Ban, Công nghệ IP/MPLS và các mạng riêng ảo,
NXB Thông tin và truyền thông
[3] Vũ Thị Thuý Hà, Lê Nhật Thăng, Kỹ thuật chuyển mạch 2,
HVBCVT, 2007

20


Ý KIẾN CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................

.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................

21