Nghiên cứu và báo cáo ứng dựng kỹ thuật chuyển mạch gói

5/17/2018

Nguy n l chuy n m chg i-slidepdf.com

NỘI DUNG
LỜI MỞ  ĐẦU ...........................................................................................................2
CHƢƠNG 1:GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH...............3
1.1 Giớ i thiệu chung...........................................................................................3
1.2 Một số khái niệm cơ sở .................................................................................3
1.2.1 Định nghĩa chuyển mạch ................................................................3
1.2.2 Nguyên lý chuyển mạch .................................................................4
1.2.3 Phân loại chuyển mạch ...................................................................4
CHƢƠNG 2:NGUYÊN LÝ CHUYỂN MẠCH GÓI ................................................ 6
2.1 Cơ sở ............................................................................................................6
2.2 Mô hình kết nối hệ thống mở OSI ...............................................................7
2.3 Nguyên lý chuyển mạch gói ........................................................................ 9
2.3.1 Chuyển mạch datagram ..............................................................10
2.3.2 Chuyển mạch kênh ảo .................................................................11
CHƢƠNG 3:ĐỊNH TUYẾN TRONG CHUYỂN MẠCH GÓI ..............................12
3.1 Tổng quan về định tuyến............................................................................12
3.2 Các thuật toán định tuyến ..........................................................................15
3.2.1 Thuật toán Bellman-Ford và định tuyến vector khoảng cách......15
3.2.2 Thuật toán Dijkstra ......................................................................17
KẾT LUẬN ..........................................................................................................................................
19
1

/>
1/20

5/17/2018

Nguy n l chuy n m chg i-slidepdf.com

LỜ I MỞ  ĐẦU
Kỹ thuật chuyển mạch là một trong những kỹ thuật mấu chốt nhất trong các
mạng truyền thông. Sự phát triển mạnh mẽ của hạ tầng truyền thông trong một số 
năm gần đây đã tạo ra các cuộc cách mạng về khoa học công nghệ và kỹ thuật
chuyển mạch là một phần của sự phát triển đó. Do vậy chúng em tìm hiểu về kỹ 
thuật này tìm hiểu về những kiến thức nền tảng của lĩnh vực chuyển mạch,tiếp cận
các giải pháp kỹ thuật và công nghệ chuyển mạch mớ i một cách tốt nhất. Từ đó
làm nền tảng cho các môn học tiếp theo.
Nội dung chính gồm:
Chƣơng thứ nhất đƣa ra các khái niệm và lý thuyết nền tảng của viễn thông
cũng nhƣ lĩnh vực chuyển mạch.
Chƣơng thứ hai tiếp cận kỹ thuật chuyển mạch gói từ các vấn đề  cơ bản nhƣ
nguyên tắc, phƣơng pháp xử lý gói tin trong mạng và trong trƣờ ng chuyển mạch.
Chƣơng ba bàn về kỹ thuật định tuyến trong chuyển mạch gói.Các thuật toán
định tuyến căn bản nhƣ:Bellman-Ford và Dijkstra

2

/>
2/20


5/17/2018

Nguy n l chuy n m chg i-slidepdf.com

CHƢƠNG 1:GIỚ I THIỆU CHUNG VỀ KỸ THUẬT CHUYỂN

MẠCH 
1.1 Giớ i thiệu chung
Viễn thông là một phần của khái niệm thông tin - một dạng thức chuyển giao thông
tin. viễn thông đƣợ c coi là hạ tầng cơ sở của xã hội sử dụng kỹ thuật điện, điện tử 
và các công nghệ khác để chuyển giao thông tin. Mạng viễn thông dƣới góc độ đơn
giản nhất đƣợ c nhìn nhận gồm tập hợ p các nút mạng, các đƣờ ng truyền dẫn kết nối
giữa hai hay nhiều điểm xác định và các thiết bị  đầu cuối để thực hiện trao đổi
thông tin giữa ngƣờ i sử dụng. Một cách khái quát chúng ta có thể coi tất cả các
trang thiết bị,phƣơng tiện đƣợ c sử dụng để cung cấp dịch vụ viễn thông tạo thành
mạng viễn thông.Thiết bị đầu cuối là các trang thiết bị của ngƣờ i sử dụng để giao
tiếp vớ i mạng cung cấp dịch vụ. Thiết bị chuyển mạch là các nút của mạng viễn
thông có chức năng thiết lập và giải phóng đƣờ ng truyền thông giữa các các thiết bị 
đầu cuối. Thiết bị truyền dẫn đƣợ c sử dụng để nối các thiết bị đầu cuối hay giữa
các nút với nhau để thực hiện truyền các tín hiệu một cách nhanh chóng và chính
xác. Các phần tử  và phƣơng tiện của mạng truyền thông cấu trúc thành hạ tầng
truyền thông nhằm cung cấp các dịch vụ  cho ngƣờ i sử dụng.Tùy thuộc vào các
dịch vụ chủ chốt mà các giải pháp công nghệ đƣợ c xây dựng,phƣơng pháp tiếp cận
này đã và đang tồn tại trong hạ tầng mạng truyền thông hiện nay.

1.2 Một số khái niệm cơ sở  
1.2.1 Định nghĩa chuyển mạch
Chuyển mạch là sự thiết lập kết nối theo yêu cầu để truyền thông tin từ ngõ vào
yêu cầu đến ngõ ra đƣợ c yêu cầu trong một tập ngõ vào ngõ ra.Đó là một quá trình
thực hiện đấu nối và chuyển thông tin cho ngƣờ i sử dụng thông qua hạ tầng mạng
3

/>
3/20

5/17/2018

Nguy n l chuy n m chg i-slidepdf.com

viễn thông. Nói cách khác, chuyển mạch trong mạng viễn thông bao gồm chức
năng định tuyến cho thông tin và chức năng chuyển tiếp thông tin. Nhƣ vậy, theo
khía cạnh thông thƣờ ng khái niệm chuyển mạch gắn liền vớ i lớ p mạng và lớ p liên
kết dữ liệu trong mô hình của Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ISO (International
Organization for Standardization).Đối vớ i một số trƣờ ng hợ p mở rộng, khái niệm
chuyển mạch còn đƣợ c hình thành theo mô hình phân lớ p và trải dài từ lớ p 2 tớ i
lớ p 7 trong mô hình OSI.

1.2.2 Hệ thống chuyển mạch
Quá trình chuyển mạch đƣợ c thực hiện tại các nút mạng, trong mạng chuyển
mạch kênh các nút mạng thƣờ ng gọi là hệ thống chuyển mạch (Tổng đài), trong
mạng chuyển mạch gói thƣờng đƣợ c gọi là thiết bị  định tuyến (Bộ  định tuyến).
Trong một số mạng đặc biệt, phần tử thực hiện nhiệm vụ chuyển mạch có thể vừa
đóng vai tr ò thiết bị đầu cuối vừa đóng vai tr ò chuyển mạch và chuyển tiếp thông
tin. Đối vớ i một số kiến trúc mạng đặc biệt ví dụ nhƣ mạng tùy biến (Ad-hoc), các
thiết bị đầu cuối còn có thể đóng vai tr ò nhƣ một nơi cấp và nhận nguồn lƣu lƣợ ng
trong mạng, đồng thời đảm nhiệm chức năng chuyển tiếp các thông tin cho các
phần tử khác trong mạng.

1.2.3 Phân loại chuyển mạch
Các hệ thống chuyển mạch cấu thành mạng chuyển mạch, ta có hai dạng mạng
chuyển mạch cơ bản: Mạng chuyển mạch kênh và mạng chuyển mạch gói.
Chuyển mạch kênh: Là loại chuyển mạch phục vụ sự  trao đổi thông tin bằng
cách cấp kênh dẫn trực tiếp giữa các đối tƣợ ng sử dụng.Xử lý cuộc gọi tiến hành

qua 3 giai đoạn:
-Thiết lập đƣờ ng dẫn dựa vào nhƣ cầu trao đổi thông tin.
-Duy trì kênh dẫn trong suốt thời gian trao đổi thông tin.
-Giải phóng kênh dẫn khi đối tƣợ ng sử dụng hết nhu cầu trao đổi.

4

/>
4/20


5/17/2018

Nguy n l chuy n m chg i-slidepdf.com

Chuyển mạch gói:Bản tin đƣợ c chia thành các gói vớ i chiều dài xác định, mỗi
gói có phần header mang thông tin địa chỉ và thứ tự gói.Tại đầu thu tiến hành sắp
xếp các gói trở  lại.Trong các gói luôn có trƣờ ng kiểm tra đảm bảo gói truyền
không lỗi qua từng chặng.
Trong phạm vi của tiểu luận này,chúng em đi sâu vào nghiên tìm hiểu kỹ thuật
chuyển mạch gói,bao gồm:nguyên lý chuyển mạch gói,định tuyến trong chuyển
mạch gói… 

5

/>
5/20


5/17/2018

Nguy n l chuy n m chg i-slidepdf.com

CHƢƠNG 2: NGUYÊN LÝ CHUYỂN MẠCH GÓI
2.1.Cơ sở  
Kỹ thuật chuyển mạch gói dựa trên nguyên tắc chuyển thông tin qua mạng dƣớ i
dạng gói tin. Gói tin là thực thể truyền thông hoàn chỉnh gồm hai phần: Tiêu đề 
mang các thông tin điều khiển của mạng hoặc của ngƣờ i sử dụng và tải tin là dữ 
liệu thực cần chuyển qua mạng. Quá trình chuyển thông tin qua mạng chuyển
mạch gói có thể không cần xác lập đƣờ ng dành riêng và các mạng chuyển mạch
gói đƣợ c coi là mạng chia sẻ tài nguyên, các gói tin sẽ đƣợ c chuyển giao từ các nút
mạng này tớ i nút mạng khác trong mạng chuyển mạch gói theo nguyên tắc lƣu đệm
và chuyển tiếp, nên mạng chuyển mạch gói còn đƣợ c coi là mạng chuyển giao
trong khi mạng chuyển mạch kênh đƣợ c coi là mạng trong suốt đối vớ i dữ liệu
ngƣờ i sử dụng.Trên hƣớ ng tiếp cận tƣơng đối đơn giản từ khía cạnh dịch vụ cung
cấp, các dịch vụ đƣợ c cung cấp trên mạng viễn thông chia thành dịch vụ thoại và
dịch vụ phi thoại,trong đó đại diện cho dịch vụ phi thoại là dịch vụ số liệu. Một
cách trực quan, mạng chuyển mạch điện thoại công cộng PSTN đƣợ c phát triển
trên cơ sở kỹ thuật chuyển mạch kênh để cung cấp các dịch vụ thoại truyền thống.
Các mạng dữ liệu nhƣ các mạng cục bộ LAN (Local Area Network), mạng Internet
là mạng chuyển mạch gói dựa trên kỹ thuật chuyển mạch gói để thực hiện chuyển
tải thông tin dữ liệu cho ngƣờ i sử dụng.
Dịch vụ thoại trong mạng chuyển mạch công cộng PSTN thƣờ ng sử dụng kỹ 
thuật điều chế PCM và chiếm dụng băng thông cố định 64kb/s, chất lƣợ ng cuộc gọi
thoại phụ thuộc chủ yếu vào kỹ thuật điều chế vì sử dụng kênh dành riêng cho các
cuộc nối. Mặt khác, chất lƣợ ng các dịch vụ dữ liệu đƣợ c thực hiện qua mạng
chuyển mạch gói phụ thuộc rất lớn vào lƣợng băng thông cung cấp.Một số  ứng
dụng đòi hỏi băng thông rất lớ n và nhiều khi không cố định, sự biến động băng
thông lớn theo xu hƣớng tăng bất thƣờng đƣợ c gọi là hiện tƣợ ng bùng nổ  băng 
6

/>
6/20


5/17/2018

Nguy n l chuy n m chg i-slidepdf.com

thông. Vì vậy, cơ chế  xác định kênh dành riêng trƣớ c trong mạng chuyển mạch
kênh khó có thể đáp ứng đƣợ c tiêu chí bùng nổ  băng thông của các dịch vụ dữ liệu.
Một khía cạnh khác của chất lƣợ ng dịch vụ cũng luôn đƣợc tính đến trong quá
trình chuyển thông tin cho ngƣờ i sử dụng là độ trễ của quá trình truyền tin. Các
dịch vụ thoại đòi hỏi thờ i gian trễ thấp và ổn định, yêu cầu này hoàn toàn đƣợ c
thỏa mãn trong mạng chuyển mạch kênh vì mạng chuyển mạch kênh sử dụng kênh
dành riêng và kết nối có hƣớ ng cho các kết nối. Trong khi đó, các mạng chuyển
mạch gói chủ yếu nhằm mục đích cung cấp dịch vụ truyền dữ liệu có thể đƣợ c xây
dựng theo hƣớ ng kết nối và sử dụng kênh ảo để cung cấp các dịch vụ yêu cầu độ 
trễ thấp và ổn định. Tuy nhiên,một khi yêu cầu độ trễ của dịch vụ dữ liệu không
quá ngặt nghèo thì mạng dữ liệu thƣờng đƣợ c xây dựng theo mô hình phi kết nối
nhằm giảm thiểu các quy trình điều khiển và lƣu lƣợng điều khiển trên mạng.

2.2 Mô hình kết nối hệ thống mở OSI
Trong khoảng giữa những năm 70, khi công nghiệp máy tính bắt đầu phát triển
rất mạnh kéo theo nhu cầu kết nối thông tin của các máy tính tăng đột biến trên các
hạ tầng mạng khác nhau. Điều này đã thúc đẩy một quá trình chuẩn hóa các kết nối
giữa các hạ tầng mạng khác nhau về kiến trúc. Hệ thống mở  ra đờ i nhằm tạo ra các
tiêu chuẩn hoá cho tất cả các đấu nối giữa các kiến trúc mạng, đƣợ c gọi là mô hình
kết nối hệ thống mở  OSI (Open System Interconnection) do tổ chức tiêu chuẩn
quốc tế ISO đƣa ra. 

7

/>
7/20


5/17/2018

Nguy n l chuy n m chg i-slidepdf.com

Mô hình OSI 7 lớ p
Mục tiêu của mô hình kết nối hệ thống mở   OSI là để đảm bảo rằng bất kỳ một
xử lý ứng dụng nào đều không ảnh hƣở ng tớ i trạng thái nguyên thuỷ của dịch vụ,
hoặc các xử lý ứng dụng có thể giao tiếp trực tiếp vớ i các hệ thống khác trên cùng
lớ p nếu các hệ thống cùng đƣợ c hỗ trợ theo tiêu chuẩn của mô hình OSI. Mô hình
OSI cung cấp một khung làm việc tiêu chuẩn cho các hệ thống kết nối vớ i nhau
dựa trên mô hình phân lớ p. Mô hình gồm có 7 lớ p chức năng chính có thể phân
loại thành 2 vùng chính.
- Lớ p thấp cung cấp các dịch vụ đầu cuối - tớ i - đầu cuối đáp ứng phƣơng tiện
truyền số liệu, các chức năng hƣớ ng về phía mạng từ lớ p 3 tớ i lớ p 1.
- Lớ p cao cung cấp các dịch vụ ứng dụng đáp ứng truyền thông tin, các chức
năng hƣớ ng về ngƣờ i sử dụng từ lớ p 4 tớ i lớ p 7.
Mô hình OSI có thể chia thành ba môi trƣờng điều hành:
-Môi

trƣờ ng mạng: liên quan tớ i các giao thức, trao đổi các bản tin và các tiêu

chuẩn liên quan tớ i các kiểu mạng truyền thông số liệu khác nhau.

8

/>
8/20


5/17/2018

Nguy n l chuy n m chg i-slidepdf.com

-Môi trƣờ ng OSI: Cho phép thêm vào các giao thức hƣớ ng

ứng dụng và các tiêu

chuẩn cho phép các hệ thống kết cuối trao đổi thông tin tớ i hệ thống khác theo
hƣớ ng mở .
-Môi trƣờ ng hệ thống thực: Xây dựng trên mô hình OSI và liên quan tới đặc tính

dịch vụ và phần mềm của ngƣờ i sản xuất, nó đƣợ c phát triển để thực hiện nhiệm vụ 
xử lý thông tin phân tán trong thực tế.
Những môi trƣờ ng này cung cấp những đặc tính sau:
- Giao tiếp giữa các lớ p.
- Chức năng của các lớ p, giao thức định ngh ĩ a tập hợ p của những quy tắc và
những quy ƣớ c sử dụng bở i lớp để giao tiếp vớ i một lớp tƣơng đƣơng tƣơng tự 
trong hệ thống từ xa khác.
-Mỗi lớ p cung cấp một tập định ngh ĩ a của những dịch vụ tớ i lớ p kế cận.
-Một thực thể chuyển thông tin phải đi qua từng lớ p.
Các chức năng chi tiết của các lớp đƣợc định ngh ĩ a trong tiêu chuẩn ISO 7498
và
chuẩn X.200 của ITU-T.

2.3 Nguyên lý chuyển mạch gói
Để có đƣợ c các gói tin chuyển mạch, một quá trình phân mảnh vào tạo gói từ dữ 
liệu ngƣờ i sử dụng đƣợ c thực hiện tại các lớp cao phía ngƣờ i sử dụng.
Quá trình phân mảnh và tạo gói theo các lớ p của mô hình OSI chỉ ra trên hình vẽ 
gồm mô hình đóng gói dữ liệu và khuôn dạng dữ liệu ứng dụng.Ở bên gửi:Mỗi
tầng thêm vào các thông tin điều khiển vào phần đầu gói tin(header) và truyền
xuống tầng dƣớ i.Ở bên nhận:Mỗi tầng xử lý thông tin dựa trên thông tin ở phần
đầu,lấy phần dữ liệu chuyển lên tầng trên.

9

/>
9/20


5/17/2018

Nguy n l chuy n m chg i-slidepdf.com

Đóng gói dữ liệu theo mô hình OSI
Quá trình phân mảnh và tạo gói theo các lớ p của mô hình OSI chỉ ra trên hình vẽ 
gồm mô hình đóng gói dữ liệu và khuôn dạng dữ liệu ứng dụng.Ở bên gửi:Mỗi
tầng thêm vào các thông tin điều khiển vào phần đầu gói tin(header) và truyền
xuống tầng dƣớ i.Ở bên nhận:Mỗi tầng xử lý thông tin dựa trên thông tin ở phần
đầu,lấy phần dữ liệu chuyển lên tầng trên.
Kỹ thuật chuyển mạch gói cho phép kết nối thông tin từ đầu cuối tới đầu cuối
qua quá trình chia sẻ tài nguyên, sử dụng các tập thủ tục và các liên kết có tốc độ 
khác nhau để truyền các gói tin và có thể chuyển gói trên nhiều đƣờ ng dẫn khác
nhau. Có hai kiểu chuyển mạch gói cơ bản: chuyển mạch datagram  và chuyển

mạch kênh ảoVC (Virtual Circuit).

2.3.1 Chuyển mạch Datagram
Chuyển mạch datagram cung cấp cho các dịch vụ không yêu cầu thờ i gian
thực,việc chuyển các gói tin phụ thuộc vào các giao thức lớ p cao hoặc đƣờ ng liên
kết dữ liệu. Chuyển mạch kiểu datagram không cần giai đoạn thiết lập kết nối và
rất thích hợp đối vớ i dạng dữ liệu có lƣu lƣợ ng thấp và thờ i gian tồn tại ngắn.
Chuyển mạch datagram là chuyển mạch kiểu nỗ lực tối đa (best effort), các thông
10

/>
10/20


5/17/2018

Nguy n l chuy n m chg i-slidepdf.com

tin về trễ sẽ không đƣợc đảm bảo cũng nhƣ các hiện tƣợ ng lặp gói, mất gói cũng dễ 
dàng xảy ra đối vớ i kiểu chuyển mạch này. Các datagram phải chứa toàn bộ các
thông tin về địa chỉ đích và các yêu cầu của lớ p dịch vụ phía trên đƣợ c thể hiện
trong tiêu đề, vì vậy tiêu đề của datagram là khá lớ n. Về ƣu điểm, chuyển mạch
datagram cho phép lựa chọn các con đƣờ ng tới đích nhanh nhất đáp ứng các thay
đổi nhanh của mạng.
Mỗi gói đƣợ c xử lý độc lập,các gói có thể đi theo bất kỳ đƣờ ng thích hợ p nào và
các gói đến đích không theo thứ tự gửi.Trong cách thiết lập kênh logic này,các gói
có thể thất lạc trên đƣờng đi.Bên nhận phải sắp xếp lại các gói mất trật tự và khôi
phục các gói thất lạc.
2.3.2 Chuyển mạch kênh ảo
Chuyển mạch kênh ảo VC yêu cầu giai đoạn thiết lập tuyến giữa thiết bị gửi và

thiết bị nhận thông tin, một kênh ảo đƣợ c hình thành giữa các thiết bị trong đƣờ ng
dẫn chuyển mạch; kênh ảo là kênh chỉ đƣợc xác định khi có dữ liệu truyền qua và
không phụ thuộc vào logic thờ i gian. Chuyển mạch kênh ảo yêu cầu một tuyến
hiện ngay trong quá trình định tuyến và kênh ảo đƣợ c nhận dạng thông qua trƣờ ng
nhận dạng kênh ảo VCI (Virtual Channel Identifier) nằm tại tiêu đề gói tin. Trong
quá trình thiết lập kênh ảo, nhận dạng kênh ảo VCI đƣợ c tạo ra bở i các node
chuyển mạch để chỉ định các nguồn tài nguyên của gói tin sẽ chuyển qua (ví dụ: bộ 
đệm, dung lƣợ ng liên kết).
Trong chuyển mạch này, các gói yêu cầu cuộc gọi và chấp nhận cuộc gọi đƣợ c
dùng để tạo kết nối(handshake).Mỗi đƣờng đi thiết lập đƣợ c gán một số ID,mỗi gói
chứa ID của đƣờng đi thay vì địa chỉ máy đích. 

11

/>
11/20


5/17/2018

Nguy n l chuy n m chg i-slidepdf.com

CHƢƠNG 3:ĐỊNH TUYẾN TRONG CHUYỂN MẠCH GÓI
3.1 Tổng quan về định tuyến
Định tuyến là một tiến trình lựa chọn con đƣờ ng cho thực thể thông tin chuyển
qua mạng, nó còn đƣợ c coi là khả năng của một node trong vấn đề lựa chọn đƣờ ng
dẫn cho thông tin qua mạng. Định tuyến là một khái niệm cốt lõi của mạng chuyển
mạch gói và nhiều loại mạng khác nhau. Định tuyến cung cấp phƣơng tiện tìm
kiếm các tuyến đƣờ ng theo các thông tin mà thực thể thông tin đƣợ c chuyển giao
trên mạng.

Mỗi nút trong mạng nhận gói dữ liệu từ một đƣờ ng vào rồi chuyển tiếp nó tớ i
một đƣờng ra hƣớng đến đích của dữ liệu. Nhƣ vậy ở mỗi nút trung gian đó phải
thực hiện các chức năng chọn đƣờ ng hay còn gọi là định tuyế n và chức năng
chuyển tiếp cho đơn vị dữ liệu. Các chức năng đó tƣơng đƣơ ng vớ i chức năng lớ p
mạng (lớ p 3) của mô hình OSI. Các giao thức định tuyến thƣờ ng hoạt động ở phía
trên lớ p liên kết dữ liệu (lớp 2) và để cung cấp dịch vụ trong suốt cho tầng truyền
tải, vì vậy chúng phải ở  dƣớ i tầng giao vận (lớ p 4).
Mục tiêu cơ bản của các phƣơng pháp định tuyến nhằm sử dụng tối đa tài
nguyên mạng, và tối thiểu hoá giá thành mạng. Để đạt đƣợc điều này kỹ thuật định
tuyến phải tối ƣu đƣợ c các tham số mạng và ngƣờ i sử dụng nhƣ: Xác suất tắc ngẽn,
 băng thông, độ trễ, độ tin cậy, giá thành, v..v. Vì vậy, một kỹ thuật định tuyến phải
thực hiện tốt 2 chức năng chính sau đây: 
(i) Quyết định chọn đƣờ ng theo những tiêu chuẩn tối ƣu nào đó. 
(ii) Cập nhật thông tin định tuyến, tức là thông tin dùng cho chức năng.
Tuỳ thuộc vào kiến trúc, hạ tầng cơ sở mạng mà các kỹ thuật định tuyến khác
nhau đƣợ c áp dụng. Các tiêu chuẩn tối ƣu khi chọn đƣờ ng dẫn từ nút nguồn tớ i nút
đích có thể phụ thuộc vào chính yêu cầu của thông tin cần chuyển. Trong miền
mạng phức hợp, đa loại hình dịch vụ sẽ tồn tại đa dạng các yêu cầu chọn đƣờ ng
khác nhau.Điều đó có thể dẫn tớ i khả năng chọn đƣờ ng của mạng chỉ là cận tối ƣu
12

/>
12/20


5/17/2018

Nguy n l chuy n m chg i-slidepdf.com

đối vớ i một loại hình dịch vụ cụ thể, hoặc vớ i một số nhóm ngƣờ i sử dụng dịch vụ 

cụ thể.
Để tƣơng thích đƣợ c vớ i sự biến động của mạng, chức năng cập nhật thông tin
định tuyến là chức năng quan trọng nhất mà các giao thức định tuyến phải thực
hiện để xây dựng nên cơ sở dữ liệu tính toán. Việc cập nhật luôn hƣớ ng tớ i giải
quyết bài toán cân đối lƣu lƣợ ng báo hiệu, lƣu lƣợ ng thông tin định tuyến nhằm
đảm bảo tính đầy đủ và tối ƣu về mặt thời gian cho các thông tin định tuyến. Để 
đánh giá đƣợc năng lực và phạm vi ứng dụng của các giao thức định tuyến, ngƣờ i
ta sử dụng một số tiêu chí để so sánh giữa các giao thức định tuyến. Một số ví dụ 
và các tham số cụ thể sẽ đƣợ c trình bày trong phần tiếp theo.
Trong các mạng máy tính có rất nhiều các kỹ thuật định tuyến khác nhau đã
đƣợ c đƣa ra. Sự phân biệt giữa các kỹ thuật định tuyến chủ yếu căn cứ vào các yếu
tố liên quan đến 2 chức năng chính đã chỉ ra trên đây. Các yếu tố đó thƣờ ng là:
(a) Sự phân tán của các chức năng chọn đƣờ ng trên các nút của mạng.
(b) Sự thích nghi vớ i trạng thái hiện hành của mạng.
(c) Các tiêu chuẩn tối ƣu để định tuyến.
Dựa trên yếu tố (a) ta có thể phân biệt kỹ thuật định tuyến thành: kỹ thuật định
tuyến tập trung và phân tán. Dựa trên yếu tố (b) ta có kỹ thuật định tuyến t ĩ nh hoặc
động (tƣơng thích). Cuối cùng các kỹ thuật định tuyến cùng loại theo (a) và (b) lại
có thể phân biệt bở i yếu tố (c). Một số tiêu chí cơ bản nhằm xác định kỹ thuật định
tuyến trong thực tế có thể là:
- Độ trễ trung bình của thờ i gian truyền gói tin.
- Số lƣợ ng nút trung gian giữa nguồn và đích của gói tin.
- Độ an toàn của việc truyền tin.
- Nguồn tài nguyên mạng sử dụng cho truyền tin .
v.v.

13

/>
13/20

5/17/2018

Nguy n l chuy n m chg i-slidepdf.com

Việc chọn tiêu chí tối ƣu nhƣ vậy phụ thuộc vào từng dạng mạng cụ thể nhƣ: cấu
hình mạng, đặc tính lƣu lƣợ ng mạng, yêu cầu thông lƣợ ng, mục đích sử 
dụng.v.v..).Các tiêu chí lựa chọn cho bài toán định tuyến có thể thay đổi mặc dù
cấu trúc mạng không thay đổi. Kiến trúc mạng cũng có thể thay đổi theo thờ i gian
hoặc các triển khai ứng dụng trên mạng, chính vì thế mà vấn đề tối ƣu hoá định
tuyến luôn đƣợc đặt ra ngay cả trong quá trình thiết kế và trong thờ i gian triển khai
mạng. Mặt khác, trong môi trƣờ ng mạng thực tế luôn tồn tại sự đối lập về quan
điểm ngƣờ i sử dụng dịch vụ và nhà khai thác dịch vụ mạng. Ngƣờ i sử dụng luôn
muốn có những dịch vụ tốt nhất vớ i chất lƣợ ng cao nhất cho họ, trong khi đó nhà
khai thác lại muốn tối ƣu dịch vụ ngƣờ i dùng trên nền mạng có sẵn hoặc đầu tƣ tối
thiểu để đem lại lợ i nhuận cao nhất.Vì vậy, các giải pháp định tuyến thực tế thƣờ ng
là giải pháp dung hoà hay còn gọi là giải pháp cận tối ƣu đối với hai hƣớ ng yêu cầu
mang tính đối lập.
Về mặt nguyên tắc, các giải pháp quản trị mạng bao gồm cả chức năng định
tuyến trong mạng thƣờng đƣợ c chia thành hai loại, quản lý kiểu tập trung và kiểu
phân tán.Giải pháp quản lý định tuyến cho các mạng nhỏ (về kích cỡ mạng và độ 
phức tạp của mạng) thƣờ ng ứng dụng kiểu định tuyến tập trung để giảm giá thành
và thuận tiện trong công tác quản lý. Tuy nhiên kiểu định tuyến tập trung thƣờ ng
bộc lộ các yếu điểm vì phải công khai thông tin định tuyến cho toàn mạng và dễ bị 
tấn công. Hơn nữa, định tuyến tập trung phản ứng vớ i sự thay đổi trạng thái mạng
kém nhanh nhạy do phải thu thập thông tin toàn mạng và xử lý tập trung. Giải
 pháp định tuyến phân tán phù hợ p vớ i các mạng lớn và độ phức tạp cao, nó dựa
trên sự phân cấp và kết hợ p giữa các nút đƣợc coi là ngang hàng để phân vùng, vì
vậy nếu có lỗi xảy ra thì nó chỉ mang tính cục bộ giữa các nút liên quan. Các thông

tin định tuyến phân tán đƣợ c xử lý và chuyển rất nhanh trong mạng qua các nút
mạng có chức năng phân bổ thông tin định tuyến trên diện rộng của mạng.

14

/>
14/20


5/17/2018

Nguy n l chuy n m chg i-slidepdf.com

3.2 Các thuật toán định tuyến
Các thuật toán tính toán định tuyến đƣợ c sử dụng để tính toán và quyết định
chọn đƣờng trên cơ sở   thông tin định tuyến nhận đƣợ c qua các giao thức định
tuyến. Các thuật toán tốt và phù hợ p vớ i môi trƣờ ng mạng sẽ đảm bảo đƣợ c tốc độ 
và hiệu năng của quy trình định tuyến. Trong mục này sẽ trình bày về các cơ sở lý
thuyết và thuật toán của hai thuật toán thƣờng đƣợ c sử dụng trong mạng truyền
thông: thuật toán  Bellman – Ford  và thuật toán  Dijkstra. Hai thuật toán này đƣợ c
gọi là các thuật toán tìm đƣờ ng ngắn nhất, vớ i mục tiêu tìm ra con đƣờ ng ngắn
nhất từ node nguồn tớ i node đích trong các mô h ình mạng tổng quát (tập trung,
phân tán).
3.2.1 Thuật toán Bellman-Ford và định tuyến vector khoảng cách

3.2.1.1 Mô hình tập trung
Để xem xét thuật toán Bellman-ford trong tiếp cận mô hình tập trung, ta xem xét
ví dụ một mô hình hóa mạng trên hình vẽ. Mô hình mạng ví dụ đƣợ c thể hiện qua
một đồ thị có trọng số thể hiện trên các liên kết, kết quả tính toán đƣờ ng dẫn ngắn
nhất dựa trên các trọng số trên đồ thị. Gọi dij là trọng số (giá) liên kết giữa node i

và node j, Dij là giá tối thiểu giữa node i và node j. Nếu hai node không có kết nối
trực tiếp giá liên kết đƣợc đặt bằng ∞. Gọi nút trung gian có kết nối trực tiếp tớ i
một trong hai node là k và biểu thức Bellman-Ford đƣợ c biểu diễn nhƣ sau. 

Ví dụ về mô hình kết nối mạng
15

/>
15/20


5/17/2018

Nguy n l chuy n m chg i-slidepdf.com

Wo ii = 0 vớ i mọi i,
Wij = min{Wik + wkj } vớ i i≠j.
 Nhƣ vậy, giá tối thiểu phụ thuộc vào giá tối thiểu từ i tớ i k và giá của liên kết k j.Có thể có nhiều node k kết nối trực tiếp tớ i node j(k1, k2,..) ngoại trừ node k=i .

Một vấn đề quan trọng trong thuật toán này là: nếu node k  không kết nối trực
tiếp tớ i node j nên dkj=∞. Vớ i giả thiết đã biết giá tối thiểu  Dik từ node i tớ i node
k , trong tính toán thực tế, một biến chạy đƣợ c sử dụng để tính giá tối thiểu sau một

số  bƣớ c, ta có giá tối thiểu sau bƣớ c thứ h là ij h Dij .

3.2.1.2 Mô hình phân tán
Trong tiếp cận mô hình phân tán, các node mạng tự tính toán trên cơ sở thông tin
thu nhận đƣợ c từ mạng để xác định con đƣờ ng ngắn nhất từ tới đích bất kỳ. Vì
vậy,node nguồn cần biết giá đƣờ ng dẫn ngắn nhất tớ i tất cả các node trung gian tớ i
đích  Dik . Theo mô hình phân tán, ta tìm kiếm các liên kết ra khỏi node i trực tiếp

tớ i node k  vớ i giá liên kết dik  và coi giá liên kết tối thiểu giữa k  và  j là  Djk  mà
không cần biết cách thức xác định giá trị này của k . Danh sách các kết nối trực tiếp
tớ i i đƣợ c ký hiệu là  Ni.Nếu node i tìm đƣợ c một node lân cận của nó có đƣờng đi
ngắn nhất tới đích, nó có thể sử dụng thông tin này để xác định giá tới đích bằng
cách cộng vớ i giá liên kết dik .Trong phƣơng pháp tính theo vector khoảng cách,
một node nhờ vào các node lân cận đã biết giá của đƣờng đi tới đích để xác định
tuyến tốt nhất. Để thực hiện nhiệm vụ đó, phƣơng pháp này thƣờ ng xuyên tính toán
lại theo định kỳ hoặc khi có thông tin từ các node lân cận. Ý tƣở ng then chốt của
thuật toán trong mô hình phân tán là node k  cần phân tán giá của nó tớ i node  j
( Dkj) tớ i tất cả các kết nối trực tiếp tớ i i, phụ thuộc vào i và thờ i gian. Sự khác biệt
vớ i thuật toán  Bellman-Ford tập trung là thứ tự tính toán cùng vớ i các liên kết đã
đƣa ra một góc độ khác để tính toán đƣờ ng dẫn ngắn nhất.

16

/>
16/20


5/17/2018

Nguy n l chuy n m chg i-slidepdf.com

3.2.2 Thuật toán Dijkstra
Thuật toán Dijkstra là một kiểu tiếp cận khác trong kỹ thuật tìm đƣờ ng dẫn ngắn
nhất giữa hai node trong mạng. Thuật toán  Dijkstra hoạt động trên một tập node
ứng cử lân cận của node nguồn để tính toán và các định đƣờ ng dẫn ngắn nhất tớ i
một node đích. Một đặc tính nổi trội của thuật toán  Dijkstra là có thể tính toán các
đƣờ ng dẫn ngắn nhất tớ i tất cả các node đích từ một node nguồn, thay vì tính toán
theo từng cặp nguồn –   đích. Thuật toán  Dijkstra cũng đƣợ c phân loại hoạt động

theo mô hình tập trung và phân tán.

3.2.2.1 Mô hình tập trung
Giả thiết một node i bất kỳ trong một mạng gồm N  node mà từ đó ta muốn tính
toán
các đƣờ ng dẫn ngắn nhất tớ i tất cả các node còn lại. Danh sách  N  node đƣợc định
ngh ĩ a bở i  N={1, 2, 3…,N}. Một node đích đƣợ c ký hiệu là  j (j≠i). Ta sử dụng hai
ký hiệu sau: dij =giá liên kết giữa node i và j;  Dij= giá đƣờ ng dẫn tối thiểu giữa
node i và j.
Thuật toán Dijkstra chia danh sách N node thành hai danh sách: Nó đƣợ c bắt đầu
vớ i danh sách cố định S thể hiện các node đã đƣợc xem xét, danh sách đề nghị S’ 
cho các node sẽ đƣợ c xem xét tính toán. Trong quá trình tính toán, danh sách S sẽ 
mở rộng vớ i các node mớ i trong khi danh sách S’ sẽ rút ngắn lại khi node trong đó
gia nhập vào S. Thuật toán dừng khi tất cả các node trong danh sách của S’ nằm
trong danh sách S.Mấu chốt của thuật toán nằm tại hai phần: (1) cách thức mở rộng
tập S và (2) cách tính toán đƣờ ng dẫn ngắn nhất tớ i các node lân cận của các node
trong S (các node chƣa nằm trong danh sách S). Danh sách S đƣợ c mở rộng sau
mỗi vòng lặp tính toán một node k  của node i có giá tối thiểu tớ i node i. Tại mỗi
vòng lặp, thuật toán tính toán các node lân cận của node k  ( k  #S) để tìm giá tối
thiểu có thể thay đổi sau mỗi vòng lặp.

17

/>
17/20


5/17/2018

Nguy n l chuy n m chg i-slidepdf.com

3.2.2.2 Mô hình phân tán
Biến phân tán của thuật toán Dijkstra tƣơng tự nhƣ trong tiếp cận tập trung. Sự 
khác biệt lớ n nhất là giá của liên kết nhận đƣợ c bở i một node có thể khác vớ i các
node khác khi các thông tin chuyển tới các node không đồng bộ. Vì vậy ta định
ngh ĩ a giá của liên kết (k-m) nhận đƣợ c tại node i là dij(t) , tƣơng tự nhƣ vậy đối vớ i
giá tối thiểu từ  i tớ i  j phụ thuộc vào thờ i gian  Dij(t). Nhƣ vậy, thuật toán  Dijkstra
cho môi trƣờ ng phân tán trao đổi thông tin giá liên kết theo cách phân tán đƣợ c
đƣa vào trong thuật toán, các bƣớc tăng theo thờ i gian học thông tin từ các liên kết
và giá liên kết trong mạng.

18

/>
18/20


5/17/2018

Nguy n l chuy n m chg i-slidepdf.com

KẾT LUẬN
Toàn bộ phần tìm hiểu đã trình bày về nguyên tắc hoạt động của mạng chuyển
mạch gói, các phƣơng pháp chuyển gói.Trên cơ sở phân tích cấu trúc chức năng
của hệ thống chuyển mạch gói, vấn đề phân loại trƣờ ng chuyển mạch gói, cũng
nhƣ phân tích và đánh giá các kiểu trƣờ ng chuyển mạch gói điển hình nhằm nắm
bắt đƣợ c các ƣu nhƣợ c điểm của cấu trúc trƣờ ng chuyển mạch gói trong các thiết
bị chuyển mạch gói.
Song song với đó là những khái niệm cơ bản về định tuyến trong chuyển mạch
gói-kỹ thuật cơ bản nhƣng có ứng dụng cao trong các mạng viễn thông cũng nhƣ

nhiều mạng khác hiện nay.
Thông qua quá trình nghiên cứu về những phần đã trình bày ở trên,nhóm chúng
em đã học hỏi và tìm hiểu mở   mang đƣợ c rất nhiều kiến thức.Cùng vớ i những bài
giảng trên lớ p và quá trình tìm hiểu này chúng em đã nắm vững hơn về kiến thức
mạng thông tin hiện nay,củng cố kiến thức viễn thông để chuẩn bị tốt cho những
môn học sau.
.

19

/>
19/20


5/17/2018

Nguy n l chuy n m chg i-slidepdf.com

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1.Tailieu.vn
2.Bài giảng cơ sở kỹ thuật chuyển mạch – Hoàng Trọng Minh,Nguyễn Thanh Hà
3.Giáo trình chuyển mạch thông tin – Nguyễn Trung Hòa
4.Slide bài giảng mạng thông tin –  Đại học bách khoa Hà Nội

20

/>
20/20