Mạng chuyển mạch gói (Packet switching)

Chương 6:
Mạng chuyển mạch gói
(Packet switching)

Bộ môn Kỹ thuật máy tính
Khoa Khoa
Nội dung

Giới thiệu mạng chuyển mạch gói

Tìm đường

X.25
Bộ môn Kỹ thuật máy tính
Khoa Khoa
Nội dung

Giới thiệu mạng chuyển mạch gói

Tìm đường

X.25
Bộ môn Kỹ thuật máy tính
Khoa Khoa
Hạn chế của chuyển mạch mạch

Các tài nguyên được dành riêng cho cuộc
gọi

Hầu hết thời gian kết nối đường truyền rảnh


Tốc độ dữ liệu cố định

Thiết bị ở hai đầu phải chạy cùng tốc độ
Bộ môn Kỹ thuật máy tính
Khoa Khoa
Nguyên lý chuyển mạch gói

Dữ liệu được truyền thành các gói nhỏ

Thông thường là 1000 byte

Dữ liệu lớn được chia thành chuỗi các gói nhỏ để
truyền

Mỗi gói gồm dữ liệu cộng thêm thông tin điều
khiển

Các gói được nhận, lưu tạm thời và truyền
cho node kế tiếp (store and forward)
Bộ môn Kỹ thuật máy tính
Khoa Khoa
Ưu điểm chuyển mạch gói

Tăng hiệu suất đường truyền

Một kết nối node-node có thể dùng chung bởi
nhiều gói

Các gói xếp hàng và truyền đi nhanh nhất có thể


Chuyển đổi tốc độ dữ liệu

Mỗi trạm kết nối với node cục bộ bằng tốc độ của
trạm

Các node đệm dữ liệu nếu cần thiết để cân bằng
tốc độ

Các gói được nhận ngay khi mạng đang bận

Việc phát có thể chậm lại

Có thể phân độ ưu tiên cho các thông báo
Bộ môn Kỹ thuật máy tính
Khoa Khoa
Kỹ thuật chuyển mạch

Trạm chia thông báo dài thành nhiều gói nhỏ

Từng gói được gởi lần lượt vào mạng

Các gói được xử lý theo 2 cách

Datagram

Virtual circuit
Bộ môn Kỹ thuật máy tính
Khoa Khoa
Datagram


Mỗi gói được xử lý độc lập

Các gói có thể đi theo bất cứ đường thích
hợp nào

Các gói có thể đến đích không theo thứ tự
gởi

Các gói có thể thất lạc trên đường đi

Bên nhận phải sắp xếp lại các gói mất trật tự
và khôi phục các gói thất lạc
Bộ môn Kỹ thuật máy tính
Khoa Khoa
Minh họa Datagram
2
1
3
2
1
3
(c)
3
1
2
(b)
(a)
(d)
(e)
2

1
3
3
2
1
Bộ môn Kỹ thuật máy tính
Khoa Khoa
Virtual circuit

Đường đi được tạo trước khi gởi các gói dữ
liệu

Các gói yêu cầu cuộc gọi và chấp nhận cuộc
gọi được dùng để tạo kết nối (handshake)

Mỗi đường đi được gán một số ID

Mỗi gói chứa ID của đường đi thay vì địa chỉ
máy đích

Không cần tìm đường cho từng gói

Đường đi không dành riêng
Bộ môn Kỹ thuật máy tính
Khoa Khoa
Minh họa Virtual circuit
2
1
3
2

3
2
1
3
(c)
1
3
(b)
(a)
(d)
(e)
2
1
3
2
1
Bộ môn Kỹ thuật máy tính
Khoa Khoa
So sánh Virtual Circuit Datagram

Sự trình tự và điều khiển lỗi ?

Thời gian trễ đễ truyền được một gói ?

Thời gian trễ đễ truyền các gói sau gói đầu
tiên ?

Khả năng chịu lỗi ?

Tính linh động về đường đi ?

Bộ môn Kỹ thuật máy tính
Khoa Khoa
Vấn đề kích thước gói
1
Data
1
Data
Header
(a) 1-packet message (b) 2-packet message (c) 5-packet message (d) 10-packet message
Data
Data
Data
2
Data
1
Data
2
Data
1
Data
2
1
2
3
4
5
6
7
8
9

10
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
2
3
4
5
1
2
3
4
5

1
2
3
4
5
Figure 10.14 Effect of Packet Size on Transmission Time
X a b Y
X a b Y
X a b Y
X a b Y
Time
Bộ môn Kỹ thuật máy tính
Khoa Khoa
Circuit vs. Packet Switching
Người gởi được thông
báo nếu các gói không
được phân phát
Người gởi có thể được
thông báo nếu các gói
không được phân phát
Tín hiệu bận nếu bên
nhận không sẵn sàng
Trễ do quá trình thiết lập,
trễ truyền các gói
Trễ truyền các góiTrễ do quá trình thiết lập,
nhưng thời gian trễ trong
quá trình truyền không
đáng kể
Đường đi được thiết lập
cho toàn bộ quá trình

trao đổi
Đường đi được thiết lập
cho mỗi gói
Đường truyền dẫn được
thiết lập cho toàn bộ quá
trình trao đổi
Thông báo được lưu trữ
cho đến khi đến phân
phát
Thông báo có thể được
lưu trữ cho đến khi đến
phân phát
Thông báo không được
lưu trữ
Đủ nhanh cho ứng dụng
tương tác
Đủ nhanh cho ứng dụng
tương tác
Đủ nhanh cho ứng dụng
tương tác
Dữ liệu truyền theo góiDữ liệu truyền theo góiDữ liệu truyền liên tục
Đường truyền dẫn không
dành riêng
Đường truyền dẫn không
dành riêng
Đường truyền dẫn dành
riêng
Virtual Circuit PacketsDatagram PacketsCircuit Switching
Bộ môn Kỹ thuật máy tính
Khoa Khoa

Circuit vs. Packet Switching (tt)
Tốn kém dữ liệu cho mỗi
gói
Tốn kém dữ liệu cho mỗi
gói
Không tốn chi phí dữ liệu
sau khi thiết lập
Linh động sử dụng băng
thông
Linh động sử dụng băng
thông
Truyền dẫn băng thông
cố định
Chuyển đổi tốc độ và
bảng mã
Chuyển đổi tốc độ và
bảng mã
Thường không cần
chuyển đổi tốc độ và
bảng mã
Mạng có thể sẽ chịu
trách nhiệm cho chuỗi
các gói
Mạng có thể sẽ chịu
trách nhiệm cho các gói
đơn lẻ
User chịu trách nhiệm
khi các thông báo bị thất
lạc
Node chuyển mạch nhỏNode chuyển mạch nhỏChuyển mạch cơ điện

hoặc được điều khiển
bởi máy tính
Quá tải có thể khóa việc
thiết lập; tăng thời gian
trễ của gói
Quá tải sẽ tăng thời gian
trễ của gói
Quá tải sẽ khóa việc
thiết lập; không trễ khi
đường truyền đã được
thiết lập
Virtual Circuit PacketsDatagram PacketsCircuit Switching
Bộ môn Kỹ thuật máy tính
Khoa Khoa
Hoạt động bên ngoài – bên trong

Giao tiếp giữa các node mạng (bên trong)

Datagrams hoặc virtual circuits

Giao tiếp giữa trạm và node mạng (bên
ngoài)

Kết nối (Connection oriented)

Trạm yêu cầu kết nối luận lý (virtual circuit)

Tất cả các gói được đánh dấu thuộc về kết nối đó và
được đánh số thứ tự


Mạng phân phát các gói theo thứ tự

Dịch vụ mạch ảo bên ngoài

Không kết nối (Connectionless)

Các gói được xử lý độc lập

Dịch vụ datagram bên ngoài
Bộ môn Kỹ thuật máy tính
Khoa Khoa
External Virtual Circuit and External Datagram
Bộ môn Kỹ thuật máy tính
Khoa Khoa
Internal Virtual Circuit and Internal Datagram
Bộ môn Kỹ thuật máy tính
Khoa Khoa
Tổ hợp các công nghệ

External virtual circuit, internal virtual circuit

Đường dành riêng thông qua mạng

External virtual circuit, internal datagram

Mạng xử lý mỗi gói riêng biệt

Mạng lưu trữ các gói tại node đích để sắp xếp lại
thứ tự


External datagram, internal datagram

Các gói được đối xử một cách độc lập bởi cả
mạng và trạm

External datagram, internal virtual circuit

Không được sử dụng
Bộ môn Kỹ thuật máy tính
Khoa Khoa
Nội dung

Giới thiệu mạng chuyển mạch gói

Tìm đường

X.25
Bộ môn Kỹ thuật máy tính
Khoa Khoa
Tìm đường trong Circuit switching

Mạng chuyển mạch công cộng có cấu trúc
cây

Đường đi tĩnh (không thay đổi theo thời gian)

Có thể cải tiến bằng Alternate routing

Thêm các đường kết nối giữa các trung tâm
chuyển mạch


Liệt kê các đường đi có thể

Đường đi được chọn theo độ ưu tiên (tốc độ, chi
phí, thời điểm...)
Bộ môn Kỹ thuật máy tính
Khoa Khoa
Tìm đường trong Packet switching

Phức tạp, rất quan trọng

Các đặc tính yêu cầu

Chính xác (correctness)

Đơn giản (simplicity)

Mạnh mẽ (robustness)

Ổn định (stability)

Công bằng (fairness)

Tối ưu (optimality)

Hiệu quả (efficiency)
Bộ môn Kỹ thuật máy tính
Khoa Khoa
Tiêu chuẩn đo tính hiểu quả


Được dùng đánh giá đường đi tốt

Số chặng đường (hop) là tối thiểu

Đơn giản

Không chính xác

Chi phí (cost) tối thiểu

Các yếu tố băng thông, tải hiện tại... được lượng
hóa thành chi phí

Phức tạp hơn

Chính xác hơn

Được dùng chủ yếu hiện nay
Bộ môn Kỹ thuật máy tính
Khoa Khoa
Yếu tố quyết định chiến thuật tìm đường

Thời điểm quyết định

Mạch ảo hay theo từng gói (packet)

Nơi quyết định

Phân tán (Distributed)


Được thực hiện tại từng node

Tập trung (Centralized)

Được thực hiện tại một node chuyên biệt

Tại nguồn gởi (Source)

Được thực hiện tại node gửi
Bộ môn Kỹ thuật máy tính
Khoa Khoa
Yếu tố quyết định chiến thuật tìm đường

Nguồn thông tin về mạng

Quyết định tìm đường thông thường (không phải
luôn luôn) được dựa trên các thông tin về mạng

Tìm đường phân tán (Distributed routing)

Node sử dụng các thông tin cục bộ

Có thể thu thập thông tin từ các node kế cận

Có thể thu thập thông tin từ các node trên đường tiềm
năng

Tìm đường tập trung (Central routing)

Thu thập thông tin từ tất cả các node