Packet switching networks (MẠNG VIỄN THÔNG SLIDE)

Bài giảng
Mạng Viễn thông (33BB)

1


Chương 3
Packet-Switching
Networks
Network Services and Internal
Network Operation
Packet Network Topology
Datagrams and Virtual Circuits
Routing in Packet Networks
Shortest Path Routing
2


Chương 3
Packet-Switching
Networks
Network Services and Internal
Network Operation

3


Network Layer


Network Layer: Lớp phức tạp nhất

 Yêu cầu các điều phối của các phần tử mạng phân
tán theo địa lý (switches & routers)
 Cần phải làm việc với phạm vi rất rộng
 Hàng tỉ người dùng (người & thiết bị liên lạc)
 Các thách thức lớn nhất
 Addressing: thông tin cần chuyển tới đâu?
 Routing: sử dụng đường nào để đưa thông tin tới
đích?

4/96


Packet Switching
t1

t0
Network





Truyền thông tin ở dạng một gói đơn hay nhiều gói nho
Truyền gói đơn yêu cầu về độ chính xác và trễ truyền
Truyền nhiều gói nho, ngoài yêu cầu độ chính xác, trễ
truyền còn yêu cầu thêm về thứ tự các gói và đảm bảo
quan hệ thời gian giữa các gói nho
5/96

Network Service
Messages

Messages
Segments

Transport
layer

Transport
layer
Network
service

Network
service
Network
layer

Network
layer

Network
layer

Network
layer

Data link
layer

Data link
layer

Data link
layer

Data link
layer

layer

Physical
layer

Physical
layer

Physical
layer

End
system
Physical
α





End
system
β

Network layer có thể cung cấp nhiều dịch vụ cho transport layer
Connection-oriented service hay connectionless service
Best-effort hay delay/loss guarantees
6


Connection Oriented Service


Transport layer không thể yêu cầu truyền cho đến khi đã
thiết lập xong kết nối



Network layer được thông báo trước về luồng dữ liệu gửi
vào mạng



Trong quá trình thiết lập kết nối có thoa thuận về sử dụng
và QoS, và trao đổi tài nguyên mạng



Yêu cầu có ngắt kết nối



Phức tạp hơn connectionless service

7/96


Connectionless Service


Đơn giản



Chỉ cần hai thao thác giữa network layer và transport layer
 Phía phát: yêu cầu gửi packet
 Phía thu: chỉ thị đã có gói tới



Giao trách nhiệm về kiểm soát lỗi, thứ tự packets, điều
khiển luồng cho E2E transport layer

8/96


Network Internal Operation




Connectionless operation
 Packets truyền qua mạng ở dạng datagram
 Mỗi packet được định tuyến độc lập
 Các packets có thể được truyền qua các đường khác
nhau và có thể đến không theo thứ tư
Connection-oriented operation
 Packet đi qua các đường ảo (virtual circuits) đã được
thiết lập từ nguồn tới đích
 Virtual circuit được thiết lập một lần và các packet được
chuyển tiếp qua đường thiết lập đó
 Có thể đảm bảo băng thông, trể và tổn hao

9/96


Network Service vs. Operation
Network Service
 Connectionless




Datagram Transfer

Connection-Oriented


Internal Network
 Connectionless

Tin cậy và có thể truyền
ứng dụng có tốc độ bít
không đổi (constant bit
rate)





IP

Connection-Oriented



Telephone connection
ATM

Các kết hợp có thể có
 Connection-oriented service over Connectionless operation
 Connectionless service over Connection-Oriented operation
 Tùy trường hợp & yêu cầu xác định
10


Các chức năng của Network Layer








Routing: là cơ cấu để xác định một tập hợp các đường
tốt nhất để định tuyến các packet; yêu cầu hợp tác của các
phần tử trong mạng
Forwarding: truyền các packets từ đầu vào NE tới đầu
ra NE
Priority & Scheduling: xác định thứ thự truyền packet
của mỗi NE
Tùy chọn: congestion control, segmentation & reassembly,
security

11/96


Chapter 7
Packet-Switching
Networks
Packet Network Topology

12


Đặc điểm mạng chuyển mạch gói




Packet networks rất khác biệt so với telephone
networks
Các dòng packet mang tính chất cụm (bursty)




Nhu cầu người dùng có thể thay đổi rất nhanh




Sử dụng Statistical Multiplexing để tập trung các dòng
Các ứng dụng peer-to-peer kích thích sư phát triển
mạnh về dung lượng lưu lượng

Cấu trúc Internet rất phân tán (decentralized)
 Các đường packets đi qua có thể đi qua nhiều
mạng được kiểm soát bởi nhiều tổ chức khác nhau


Không có một thưc thể nào chịu trách nhiệm cho dịch
vụ end-to-end
13/96


Access Multiplexing

Access

MUX
To
packet
network





Lưu lượng packet từ các người dùng được ghép kênh tại điểm
truy nhập vào mạng thành các dòng kết hợp
Lưu lượng DSL ghép kênh tại DSL Access Mux (DSLAM)
Lưu lượng Cable modem ghép kênh tại Cable Modem
Termination System
14/96


Home LANs
WiFi
Ethernet

Home
Router
To
packet
network



Home Router





LAN Access using Ethernet or WiFi (IEEE 802.11)
Private IP addresses in Home (192.168.0.x) using Network
Address Translation (NAT)
Single global IP address from ISP issued using Dynamic
Host Configuration Protocol (DHCP)
15/96


LAN Concentration
Switch
/ Router
  




 

   




LAN Hubs and switches in the access network
also aggregate packet streams that flows into
switches and routers

16/96


Campus Network

Servers have
redundant
connectivity to
backbone

Organization
Servers

To Internet or
wide area
network

s

s

Gateway

Backbone

R

R

R

S
R

Departmental
Server

S

S
R
R

s

s

High-speed
Only
outgoing
campus leave
packets
backbone
net
LAN
through
connects dept
router
routers

s
s

s

s
s

s

s

17


Connecting to Internet Service
Provider
Internet service provider

Border routers

Campus
Network

Border routers
Interdomain level

Autonomous
system or
domain

Intradomain level
s

LAN
s

s

network administered
by single organization
18


Internet Backbone
National Service Provider A

National Service Provider B

NAP

NAP
National Service Provider C




Private
peering

Network Access Points: set up during original
commercialization of Internet to facilitate exchange of traffic
Private Peering Points: two-party inter-ISP agreements to
exchange traffic
19/96


National Service Provider A

(a)

National Service Provider B

NAP

NAP
National Service Provider C

(b)

NAP

Private peering

RA
Route
Server

RB
LAN

RC
20


Vai trò của Routing
Chuyển packet như thế nào từ nơi này đến nơi khác?
 Bản chất không tập trung của Internet làm cho routing
trở thành một thách thức chính






Các giao thức Interior gateway protocols (IGPs) được sử
dụng để xác định các tuyến trong một domain
Các giao thức Exterior gateway protocols (EGPs) được
sử dụng để xác định các routes qua các domains
Các routes phải nhất quán & tạo các dòng ổn định

Khả năng mở rộng yêu cầu để đáp ứng sự phát triển


Cấu trúc phân cấp của địa chỉ IP có ý nghĩa thiết yếu để
giữ kích thước bảng định tuyến có thể quản lý được

21/96


Chapter 7

Packet-Switching
Networks
Datagrams and Virtual Circuits

22


Chức năng chuyển mạch




Kết nối động các đầu vào tới đầu ra
Cho phép chia sẻ động các nguồn tài nguyên truyền dẫn
Hai giải pháp cơ bản:



Connectionless
Connection-Oriented: Call setup control, Connection control

Backbone Network
Switch

Access Network

23/96


Packet Switching Network

User
Transmission
line
Network
Packet
switch

Packet switching network
 Chuyển packets giữa các
người sử dụng
 Các đường truyền dẫn +
packet switches (routers)
 Bắt nguồn từ message
switching
Hai chế độ công tác:
 Connectionless
 Virtual Circuit

24


Message Switching


Message



Message

Message



Source
Message


Switches

Destination



Message switching phát
minh cho điện báo
Toàn bộ các bản tin được
ghép vào các đường chia
sẻ, lưu giữ & chuyển tiếp
Đầu bản tin sử dụng để
đánh địa chỉ source &
destination
Định tuyến tại chuyển
mạch bản tin
Connectionless

25