Bài giảng Truyền thông kỹ thuật số: Chương 6 - Trịnh Huy Hoàng

CHƯƠNG 6 
MẠNG CHUYỂN MẠCH MẠCH
(Circuit Switching Network)
Giảng viên: Trịnh Huy Hoàng
    Email:



Nội dung



Khái niệm và ứng dụng
Các kỹ thuật chuyển mạch mạch
Tìm đường
 Điều khiển tín hiệu




Hệ thống SS7

CSE 501035 – Data Communication

2


Lớp mạng (Network Layer)


Chịu trách nhiệm trao đổi thông tin giữa 2 thiết bị thông qua một 

mạng truyền thông







Cung cấp giao tiếp cho các lớp trên (các lớp trên không cần biết topo bên 
dưới)
Cung cấp việc quản trị kết nối, tìm đường, …
X.25, IP, …

Để hiệu quả, người ta muốn




Kết nối các cấu hình điểm­điểm với nhau
Kết nối các mạng cục bộ với nhau
Kết nối nhiều mạng cục bộ trên diện rộng

CSE 501035 – Data Communication

3


Mô hình truyền thông PDN


Chuyển mạch (CS­PDN)



Mô hình này dựa trên mạng điện thoại hiện tại. Nó thường đi kèm với 
chế độ giao tiếp có kết nối
Khi truy xuất PDN, người dùng được cấp phát một tập các kênh truyền 
giữa nguồn và đích. Những kênh truyền này dành riêng cho người dùng 
này trong suốt thời gian trao đổi dữ liệu.




Dùng “kênh truyền” để nhấn mạnh việc nhiều người có thể chia sẻ chung 
đường truyền vật lý

Chuyển gói (PS­PDN)




Mô hình này dựa trên tính chia sẻ tài nguyên hiệu quả tùy theo nhu cầu 
trong các công nghệ chuyển mạch số hiện đại và phân kênh bất đồng bộ. 
Nó thường đi kèm với chế độ giao tiếp không kết nối
Khi truy xuất PDN, người dùng gởi các gói dữ liệu cần truyền cho máy 
đích, PDN sẽ xử lý các gói này một cách độc lập
Tùy theo cách hiện thực, các gói này có thể đi các đường khác nhau và đến 
đích không theo thứ tự
 Chính vì vậy, các nhà cung cấp chuyển gói có thể cung cấp dịch vụ điều 
khiển dòng và điều khiển lỗi (trong khi chuyển mạch thường không có)



CSE 501035 – Data Communication

4


Mạng chuyển mạch


Mạng chuyển mạch




Truyền dẫn khoảng cách xa thông thường được thực hiện trên một mạng 
các node chuyển mạch
Các nodes không quan tâm đến nội dung dữ liệu được truyền 
Thiết bị đầu cuối là các trạm







Computer, terminal, phone, etc.

Tập hợp các node và các kết nối tạo thành một mạng truyền thông
Dữ liệu được truyền đi bằng cách chuyển từ node này sang node khác

Node mạng




Các node có thể chỉ kết nối với các node khác hoặc kết nối với các trạm 
và các node khác
Kết nối từ node này đến node khác thông thường được phân/hợp (FDM 
hoặc TDM)
Mạng thông thường được kết nối cục bộ 


Kết nối dư thừa là cần thiết cho tính tin cậy của mạng

CSE 501035 – Data Communication

5


Mạng chuyển mạch

CSE 501035 – Data Communication

6


Chuyển mạch mạch



Đường truyền thông dành riêng giữa 2 trạm
3 giai đoạn




Tạo kết nối
Truyền dữ liệu
Ngắt kết nối



Phải có khả năng chuyển mạch và khả năng kênh truyền để tạo 
kết nối 



Phải có sự thông minh trong việc tìm đường



2 kỹ thuật chuyển mạch



Chuyển mạch theo không gian (Space Division Switching)
Chuyển mạch theo thời gian (Time Division Switching)

CSE 501035 – Data Communication

7


Chuyển mạch mạch ­ Ứng dụng







Giai đoạn tạo kết nối tốn thời gian
Một khi kết nối đã được tạo, quá trình truyền dữ liệu là “trong 
suốt”
Được phát triển để dùng trong các ứng dụng truyền dẫn thoại 
(phone)
Không hiệu quả



Khả năng của kênh được dành riêng trong suốt thời gian kết nối 
Nếu không có dữ liệu để truyền, khả năng truyền bị lãng phí 

CSE 501035 – Data Communication

8


Chuyển mạch mạch ­ Ứng dụng



Ứng dụng về tiếng nói


Mạng điện thoại công cộng (Public Telephone Network)





PBX (Private Branch Exchange)





Cung cấp khả năng trao đổi điện thoại giữa các máy trong cùng công ty hay tổ chức (buildings, 
clusters,...)
Cung cấp khả năng kết nối đến mạng điện thoại công cộng.

Mạng kết nối riêng (Private Wire Area Network)





Cung cấp kết nối hai chiều cho việc trao đổi tín hiệu tiếng nói giữa các máy trong mạng điện 
thoại.
Cuộc gọi có thể được thiết lập giữa bất kỳ hai thuê bao trong phạm vi quốc gia hay quốc tế.

Cung cấp khả kết nối giữa các sites khác nhau.
Thông thường dùng để kết nối các PBX thuộc cùng một công ty hay tổ chức lại với nhau.

Ứng dụng về dữ liệu


Chuyển mạch dữ liệu: cung cấp khả năng kết nối các máy tính và trạm đầu cuối ở một site 
cục bộ vào mạng điện thoại.

CSE 501035 – Data Communication

9


Mạng chuyển mạch mạch công cộng



Thuê bao




Kết nối cục bộ (Local Loop)





Kết nối thuê bao (Subscriber loop)
Kết nối với mạng

Bộ trao đổi chuyển mạch





Thiết bị kết nối vào mạng

Trung tâm chuyển mạch
End office – hỗ trợ các thuê bao

Trung kế



Nhánh kết nối giữa các bộ trao đổi chuyển mạch
Phân/hợp kênh

CSE 501035 – Data Communication

10


Kết nối mạch

CSE 501035 – Data Communication

11


Bộ chuyển mạch mạch


Chuyển mạch số





Cung cấp đường truyền “trong 
suốt” giữa các thiết bị

Giao tiếp mạng
Đơn vị điều khiển


Tạo kết nối
 Theo nhu cầu của thiết bị kết nối
 Xử lý và yêu cầu ack
 Xác định thiết bị đích rảnh
 Xây dựng đường truyền

Duy trì kết nối
 Ngắt kết nối


CSE 501035 – Data Communication

12


Blocking or Non­Blocking


Blocking
Mạng không thể kết nối các trạm vì tất cả các đường đều 
đang được sử dụng
 Mạng bị nghẽn
 Được dùng trong các hệ thống thoại 
 Thời gian cuộc gọi ngắn




Non­blocking
Cho phép tất cả các trạm đều được kết nối cùng lúc
 Được dùng cho các kết nối dữ liệu


CSE 501035 – Data Communication

13


Chuyển mạch không gian


Được phát triển cho môi trường tương tự



Đường kết nối riêng biệt một cách vật lý 



Chuyển mạch ma trận điểm kết nối (crossbar matrix)




Số điểm kết nối tỉ lệ với bình phương số trạm 
Việc mất các điểm kết nối dẫn tới việc không có khả năng kết nối qua 
điểm đó 
Hiệu suất sử dụng của các điểm kết nối kém 




Khi tất cả các trạm được kết nối, chỉ có vài điểm kết nối được dùng 

Non­blocking

CSE 501035 – Data Communication

14

Chuyển mạch không gian 1 tầng



N inputs



N>M: concentration
N=M: distribution
N
M outputs

Crossbar matrix
N inputs/outputs

Triangular switch

CSE 501035 – Data Communication

15


Chuyển mạch không gian đa tầng


Giảm số điểm kết nối




Nhiều đường kết nối qua mạng giữa 2 trạm




Độ tin cậy gia tăng

Điều khiển phức tạp




Gia tăng hiệu suất sử dụng

Trì hoãn khi tín hiệu truyền qua chuyển mạch gia tăng tỷ lệ với số tầng 
của chuyển mạch

Có khả năng blocking


Dùng vùng đệm ở đầu vào (input buffer), đầu ra (output buffer) hay ở bên 
trong chuyển mạch (internal buffer)

CSE 501035 – Data Communication

16

Bộ chuyển mạch 3 tầng

CSE 501035 – Data Communication

17


Chuyển mạch thời gian


Chia nhỏ các dòng dữ liệu tốc độ thấp để dùng chung một 
đường truyền số liệu tốc độ cao



Các gói nhỏ được điều khiển bởi một bộ điều khiển logic để 
truyền từ input đến output



Các loại chuyển mạch theo thời gian




Time­division Multiplexing BUS (TDM BUS)
Time Slot Interchange (TSI)
Time­multiplexed Switching

CSE 501035 – Data Communication

18


Time–Division Multiplexing Bus




Một trong những dạng chuyển mạch theo thời gian đơn giản 
nhất
Dựa trên nguyên lý của TDM đồng bộ








Tất cả các đường truyền (I/O) được nối vào một Bus chung
Thời gian trên Bus được chia thành các time slots
Một kết nối được thiết lập giữa hai đường truyền (I/O) bằng cách gán 
cố định một time slot

Kích thước của chuyển mạch bị giới hạn bởi tốc độ dữ liệu 
trên Bus
Phương pháp này thường được sử dụng trong các chuyển mạch 
kích thước vừa và nhỏ

CSE 501035 – Data Communication

19


Time Slot Interchange






Tất cả các đường (I/O) được nối đến một bộ phân hợp kênh 
(MUX/DEMUX) dùng kỹ thuật bất đồng bộ theo thời gian
Một kết nối được thiết lập bằng cách hoán chuyển các time slot trong frame
Kích thước của chuyển mạch bị giới hạn bởi tốc độ của bộ nhớ điều khiển
Thường được dùng làm phần tử chuyển mạch cơ bản (building block) trong 
các cơ chế chuyển mạch theo thời gian đa tầng (multi­stage)

CSE 501035 – Data Communication

20


Time–Multiplexed Switching


Một biến đổi của phương pháp chuyển mạch theo thời gian 
trong đó mỗi ngõ nhập là một dòng TDM



Cấu hình chuyển mạch có thể thay đổi trên mỗi time slot



Thường được sử dụng kết hợp với phương pháp TSI để tạo ra 
các chuyển mạch đa tầng



Để trách blocking, cấu hình tối thiểu là 3 tầng



Cấu hình thông thường






TST
TSSST
STS
SSTSS
TSTST

CSE 501035 – Data Communication

21


Time–Multiplexed Switching

CSE 501035 – Data Communication

22


Tìm đường


Chức năng




Các yêu cầu đặt ra trong vấn đề tìm đường






Xác định kết nối từ thuê bao gọi đến thuê bao được gọi qua một loạt các 
chuyển mạch và trung kế
Độ tin cậy
Hiệu quả
Khả năng chịu đựng lỗi (khả năng co giãn)

Các phương pháp tìm đường


Trực tiếp (Direct Routing)

Đường đi giữa bất kỳ hai thuê bao nào là cố định và đã được thiết lập từ 
trước
 Mạng điện thoại công cộng




Phân cấp (Alternate Hierachical Routing)

Các chuyển mạch được kết nối theo cấu trúc phân cấp.
 Các trung kế (trunk) được kết nối thêm vào để cung cấp các đường đi thay 
thế, khả năng cân bằng tải và chịu đựng lỗi của hệ thống




Tìm đường động (Dynamic Routing)

Cho phép thay đổi trong việc tìm đường tùy theo lưu thông trong mạng
 Dùng cấu trúc ngang cấp cho các node trong mạng


CSE 501035 – Data Communication

23


FINAL

Regional 
center 

HU (high­usage trunks)

Sectional
center

FINAL
FINAL

Primary
center

FINAL

Toll
center

Local (End)
office

tandem
switch

Alternate
Alternate
Hierarchical
Hierarchical
Routing
Routing

Toll connecting

Telephone
CSE 501035 – Data Communication

24


Tìm đường động


Đường đi thiết lập giữa hai thuê bao thay đổi tùy theo khả năng 
tải và băng thông của đường truyền tại thời điểm thiết lập kết 
nối



Một số phương pháp tìm đường động


Dựa vào thống kê biến động trong mạng (tải, băng thông, ...) theo thời 
gian, cũng gọi là Time­dependent Routing




Dựa vào biến động trong mạng (tải, băng thông, ...) để trao đổi cập nhật 
thông tin tìm đường đi giữa các node trong mạng, từ đó tìm ra được 
đường đi tối ưu và cập nhật vào bảng routing ở các node chuyển mạch 
trong mạng, cũng gọi là State­dependent Routing




Alternate routing

Adaptive routing

Kết hợp cả hai phương pháp này

CSE 501035 – Data Communication

25