chu yen macht rong wan 1

BIÊN SOẠN: NGUYỄN DUY NHẬT VIỄN

KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH TRONG MẠNG DIỆN RỘNG

ðà nẵng, 2006.

1

1

1

2

3

2 3 2

2

3 2

3

1

3 1

A

B E

D

F C

Request

138.43

Mapping 0:54 Request

138.43

Mapping

0:81

1

4 2

3

153.43.0.0

138.43.0.0

Destination I/P Port I/P Label O/P Label O/P Port

138.43 3 0:81 1 1

ILM

Destination I/P Port I/P Label

138.43 3 0:54

ILM

TỰA

Cuốn sách này ñược biên soạn ñể phục vụ cho các sinh viên chuyên ngành ðiện tử, Viễn thông và Công nghệ thông tin. Nội dung cuốn sách xoay quanh các kỹ thuật chuyển mạch và cơ chế bên trong mạng diện rộng WAN (wide area network) mà ñược phát triển ñể hỗ trợ các ứng dụng truyền thông thoại, video, dữ liệu và multimedia qua các mạng ñường dài. Cấu trúc của sách như sau:

• Chương 1: Tổng quan. Cung cấp các khái niệm tổng quan, lịch sử phát triển và giới thiệu các phương thức chuyển mạch trong mạng viễn thông.

• Chương 2: Chuyển mạch kênh. Giới thiệu mạng chuyển mạch và trình bày các ñặc trưng chính trong mạng chuyển mạch kênh.

• Chương 3: Chuyển mạch gói. Giới thiệu về nguyên lý chuyển mạch gói, các hoạt ñộng bên trong mạng, các nội dung chuyển mạch ảo và datagram, các kỹ thuật chính của ñịnh tuyến và ñiều khiển tắc nghẽn và giao thức X.25 là giao tiếp chuẩn giữa thiết bị ñầu cuối và mạng chuyển mạch gói.

• Chương 4: ISDN. Trình bày nguyên lý cơ bản, các mục tiêu và các dịch vụ, các kênh và giao tiếp của ISDN, truy cập người sử dụng và các giao thức trong ISDN.

• Chương 5: Frame relay. Giới thiệu về frame relay, kiến trúc giao thức, ñiều khiển cuộc gọi, truyền dữ liệu và ñiều khiển tắc nghẽn bên trong frame relay.

• Chương 6: ATM. Thảo luận về sơ ñồ ATM, tế bào, các nội dung quan trọng của lớp thích ứng ATM AAL (ATM Adaptation Layer) và ñiều khiển lưu lượng và ñiều khiển tắc nghẽn của ATM.

• Chương 7: Internet. Chương này trình bày khái niệm về Internet, mô hình, ñịnh tuyến, các giao thức ñịnh tuyến và các kiểu truy cập Internet.

• Chương 8: MPLS. Trình bày các khái niệm tổng quan về MPLS, sau ñó là các cấu trúc dữ liệu, giao thức phân phối nhãn và các cơ chế kỹ thuật lưu lượng trong MPLS.

Trong ñó, các chương 2, 3, 4, 5 và 6 ñược biên soạn chủ yếu từ cuốn sách Data and Computer Communication của William Stallings, các chương còn lại dựa trên những tài liệu tham khảo khác. Ngoài ra, cũng do ảnh hưởng bởi tài liệu của W.Stallings, nên cuối mỗi chương, luôn có mục giới thiệu tài liệu và các website tham khảo bổ ích cho bạn ñọc.

Trong quá trình biên soạn, không tránh khỏi những thiếu sót, mong sự phản hồi từ phía ñộc giả. Xin chân thành cảm ơn!

NGUYỄN DUY NHẬT VIỄN

MỤC LỤC

1. TỔNG QUAN ...........................................................................................................10 1. TỔNG QUAN ............................................................................................................10

Khái niệm ...................................................................................................................10 Dịch vụ viễn thông .....................................................................................................11 Các dịch vụ viễn thông cho người sử dụng:...............................................................12 Các yêu cầu mạng và thiết bị .....................................................................................12 Mạng viễn thông.........................................................................................................12 Chuyển mạch..............................................................................................................13

2. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN............................................................................................14 Các hệ thống chuyển mạch nhân công.......................................................................14 Các hệ thống chuyển mạch ñiện tử ............................................................................15 Các hệ thống số và ñiều khiển máy tính.....................................................................15 Các node chuyển mạch cho thông tin dữ liệu ............................................................16 Các node cho N-ISDN................................................................................................17 Các node cho B-ISDN................................................................................................18 Chuyển mạch quang...................................................................................................18

3. CÁC PHƯƠNG THỨC CHUYỂN MẠCH...............................................................18 Chuyển mạch kênh.....................................................................................................18 Chuyển mạch tin.........................................................................................................18 Chuyển mạch gói........................................................................................................19 Chuyển mạch khung...................................................................................................20 Chuyển mạch tế bào ...................................................................................................21 Chuyển mạch nhãn ña giao thức ................................................................................22 Chuyển mạch quang...................................................................................................22

4. GIỚI THIỆU TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................23 Các trang web:............................................................................................................23

2. CHUYỂN MẠCH KÊNH........................................................................................24

1. MẠNG CHUYỂN MẠCH.........................................................................................24 2. CÁC MẠNG CHUYỂN MẠCH KÊNH....................................................................25 3. NỘI DUNG CHUYỂN MẠCH..................................................................................28

Chuyển mạch phân chia không gian (Space Division Switching) .............................28 Chuyển mạch phân chia theo thời gian (Time Division Switching) ..........................31

4.ðỊNH TUYẾN CHO CÁC MẠNG CHUYỂN MẠCH KÊNH..................................33 ðịnh tuyến luân phiên: ...............................................................................................34 ðịnh tuyến thích nghi.................................................................................................35

5. BÁO HIỆU.................................................................................................................37 Các chức năng báo hiệu .............................................................................................37 Vùng báo hiệu ............................................................................................................39 Báo hiệu kênh chung..................................................................................................39

6. GIỚI THIỆU TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................43

3. CHUYỂN MẠCH GÓI ............................................................................................44

1. NGUYÊN LÝ CHUYỂN MẠCH GÓI......................................................................44 Kỹ thuật chuyển mạch................................................................................................46

Kích thước gói............................................................................................................48 So sánh chuyển mạch kênh với chuyển mạch gói......................................................48 Thực hiện....................................................................................................................48 Các ñặc trưng khác.....................................................................................................49 Hoạt ñộng bên trong và bên ngoài .............................................................................50 Các loại thiết kê bên trong và bên ngoài: ...................................................................52

2. ðỊNH TUYẾN ...........................................................................................................53 Các ñặc trưng: ............................................................................................................53 Tiêu chí thực hiện.......................................................................................................54 Thời ñiểm và nơi quyết ñịnh ......................................................................................54 Nguồn thông tin mạng và thời gian cập nhật .............................................................55 Các chiến lược ñịnh tuyến..........................................................................................56 ðịnh tuyến cố ñịnh (fixed) .........................................................................................56 ðịnh tuyến lan tràn (flooding)....................................................................................57 ðịnh tuyến ngẫu nhiên (random) ...............................................................................58 ðịnh tuyến thích nghi.................................................................................................59 Các thuật toán chi phí tối thiểu...................................................................................61 Thuật toán Dijkstra.....................................................................................................61 Giải thuật Bellman-Ford.............................................................................................62 Ví dụ cho cả hai thuật toán Dijkstra và Bellman-Ford...............................................62 So sánh .......................................................................................................................63

3. ðIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG ....................................................................................64 Phạm vi và mức ñiều khiển lưu lượng .......................................................................65 ðiều khiển luồng ........................................................................................................65 ðiều khiển luồng dừng và chờ ...................................................................................66 ðiều khiển luồng cửa sổ trượt ....................................................................................67 ðiều khiển tắc nghẽn..................................................................................................69 Kiểm soát khóa chết (deadlock) .................................................................................72 Nguyên nhân khóa chết ..............................................................................................73 Phương án kiểm soát khóa chết:.................................................................................74

4. X.25 ............................................................................................................................74 Dịch vụ kênh ảo..........................................................................................................75 Dạng gói .....................................................................................................................77 Ghép kênh ..................................................................................................................79 ðiều khiển luồng và ñiều khiển lỗi ............................................................................80 Chuỗi gói ....................................................................................................................80

5. GIỚI THIỆU TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................81

4. INTEGRATED SERVICE DIGITAL NETWORK .............................................82

1. TỔNG QUAN VỀ ISDN............................................................................................82 Nguyên lý cơ sở của ISDN.........................................................................................82 Giao tiếp người sử dụng .............................................................................................84 Mục tiêu......................................................................................................................85 Kiến trúc.....................................................................................................................85 Các tiêu chuẩn ............................................................................................................86 Series I.100 – Các nội dung tổng quan.......................................................................86 Series I.200 – Khả năng phục vụ................................................................................87 Series I.300 – Các khía cạnh mạng ............................................................................87 Series I.400 – Các giao tiếp người sử dụng – mạng...................................................87 Series I.500 – Các giao tiếp liên mạng.......................................................................87

Series I.600 – Nguyên lý vận hành ............................................................................87 2. CÁC KÊNH ISDN .....................................................................................................87 3. TRUY CẬP NGƯỜI SỬ DỤNG ...............................................................................90 4. CÁC GIAO THỨC ISDN ..........................................................................................92

Kiến trúc giao thức ISDN...........................................................................................92 Các nối kết ISDN .......................................................................................................93 Các cuộc gọi chuyển mạch kênh................................................................................93 Các nối kết bán vĩnh viễn...........................................................................................93 Các cuộc gọi chuyển mạch gói qua kênh B ...............................................................94 Các cuộc gọi chuyển mạch gói qua kênh D ...............................................................96 Báo hiệu kênh chung ở giao tiếp người sử dụng và mạng ISDN...............................96 LAPD .........................................................................................................................99 Các dịch vụ LAPD ...................................................................................................100 Giao thức LAPD.......................................................................................................100 Cờ .............................................................................................................................101 ðịa chỉ ......................................................................................................................101 ðiều khiển ................................................................................................................102 Thông tin ..................................................................................................................102 Dãy kiểm tra khung..................................................................................................102 Lớp vật lý .................................................................................................................102

5. GIỚI THIỆU TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................103 Giới thiệu các trang web: .........................................................................................103

5. FRAME RELAY ....................................................................................................104

1. NẾN TẢNG..............................................................................................................104 2. KIẾN TRÚC GIAO THỨC FRAME RELAY ........................................................106

Mặt phẳng ñiều khiển...............................................................................................106 Mặt phẳng người sử dụng ........................................................................................107 So sánh với X.25 ......................................................................................................108

3. ðIỀU KHIỂN CUỘC GỌI FRAME RELAY .........................................................110 Nối kết FRAME RELAY.........................................................................................111 Nối kết truy cập ........................................................................................................112

4. TRUYỀN DỮ LIỆU NGƯỜI SỬ DỤNG................................................................113 5. CHỨC NĂNG MẠNG.............................................................................................115 6. ðIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN...................................................................................116

Các phương pháp ñiều khiển tắc nghẽn cho frame relay .........................................116 Quản lý tốc ñộ lưu lượng..........................................................................................118 Tránh nghẽn với báo hiệu tường minh .....................................................................121 Giải phóng nghẽn với báo hiệu ngầm ñịnh. .............................................................123

7. GIỚI THIỆU TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................123 Các trang web:..........................................................................................................124

6. ASYNCHRONOUS TRANSFER MODE............................................................125

1. KIẾN TRÚC GIAO THỨC .....................................................................................125 2. CÁC NỐI KẾT LOGIC ATM..................................................................................126

Sử dụng nối kết kênh ảo...........................................................................................128 Các ñặc trưng ñường ảo/kênh ảo..............................................................................129 Báo hiệu....................................................................................................................130

3. CÁC TẾ BÀO ATM ................................................................................................130

Dạng header..............................................................................................................131 ðiều khiển lỗi header ...............................................................................................132

4. TRUYỀN CÁC TẾ BÀO ATM ...............................................................................134 Lớp vật lý cơ sở tế bào .............................................................................................134 Lớp vật lý trên cơ sở SDH........................................................................................136

5. LỚP THÍCH ỨNG ATM .........................................................................................137 Các dịch vụ AAL......................................................................................................137 Các giao thức AAL ..................................................................................................138

6. ðIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG VÀ ðIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN ...........................142 Các khuyến nghị ñiều khiển lưu lượng và nghẽn cho ATM....................................142 Biến ñổi trễ tế bào ....................................................................................................143 Phân bố mạng với sự thay ñổi trễ tế bào ..................................................................144 Sự thay ñổi trễ tế bào tại UNI ..................................................................................145 Cơ chế ñiều khiển lưu lượng và tắc nghẽn...............................................................146 ðiều khiển lưu lượng................................................................................................147 Quản lý tài nguyên mạng .........................................................................................147 ðiều khiển chấp nhận nối kết...................................................................................149 ðiều khiển tham số sử dụng.....................................................................................150 ðiều khiển ñộ ưu tiên ...............................................................................................151 Quản lý tài nguyên nhanh.........................................................................................152 ðiều khiển tắc nghẽn................................................................................................152 Hủy tế bào có chọn lọc.............................................................................................152 Chỉ thị ñiều khiển tắc nghẽn tường minh hướng ñi..................................................152

7. GIỚI THIỆU TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................152 Giới thiệu các trang web: .........................................................................................153

7. INTERNET PROTOCOL.....................................................................................154

1. KHÁI NIỆM VỀ INTERNET..................................................................................154 Nguồn gốc ................................................................................................................154 Khái niệm .................................................................................................................155

2. MÔ HÌNH TCP/IP ...................................................................................................155 Khuông dạng gói tin Ipv4: .......................................................................................158 ðịa chỉ IPv4..............................................................................................................159 Mạng con..................................................................................................................160 IPv6 (IPng) ...............................................................................................................161 TCP (Transmission Control Protocol.......................................................................163 ).................................................................................................................................163 UDP (User Datagram Protocol) ...............................................................................164

3. CÁC PHƯƠNG THỨC TRUY CẬP INTERNET ..................................................164 Truy cập Dial-up ......................................................................................................165 ISDN.........................................................................................................................169 Truy cập băng rộng ..................................................................................................170 Các mạng truyền hình cáp........................................................................................172 Truy cập không dây..................................................................................................173 Truy cập cáp sợi .......................................................................................................174 Các nối kết riêng và các mạng diện rộng WAN.......................................................174

4. ðỊNH TUYẾN .........................................................................................................175 Khái niệm .................................................................................................................175 Hoạt ñộng ñịnh tuyến của Router.............................................................................175 Tìm ñường - Các giải thuật tìm ñường.....................................................................175

Chuyển gói tin theo lộ trình ñã chọn........................................................................177 Các giải thuật tìm ñường..........................................................................................177 Tìm ñường tĩnh và ñộng...........................................................................................178 ðường ñơn và ña ñường...........................................................................................179 Ngang hàng và có thứ bậc ........................................................................................179 Máy trạm thông minh và Router thông minh...........................................................179 Intradomain và Interdomain.....................................................................................179 Trạng thái liên kết và vector ñộ dài..........................................................................179 Các metric ñịnh tuyến ..............................................................................................180 So sánh các giao thức ñịnh tuyến .............................................................................181

5. MỘT SỐ GIAO THỨC ðỊNH TUYẾN ..................................................................182 Các loại giao thức ñịnh tuyến...................................................................................182 ðịnh tuyến vector khoảng cách:...............................................................................182 ðịnh tuyến trạng thái liên kết:..................................................................................183 ðịnh tuyến lai ghép ..................................................................................................184 Một số giao thức dùng trong hoạt ñộng ñịnh tuyến: ................................................184 RIP (Router Information Protocol): .........................................................................186 IGRP (Interior Gateway Routing Protocol): ............................................................186 OSPF (Open Shortest Path First): ............................................................................186 EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol): .........................................187

6. GIỚI THIỆU TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................187

8. MULTIPROTOCOL LABEL SWITCHING......................................................189

1. TỔNG QUAN VỀ MPLS ........................................................................................189 2. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG MPLS .........................................................190

Các thành phần và các cơ chế LDP:.........................................................................191 Router chuyển mạch nhãn........................................................................................192 Router nhãn biên .....................................................................................................192 ðường dẫn chuyển mạch nhãn.................................................................................192 Các lớp chuyển tiếp tương ñương FEC....................................................................193 Nhãn .........................................................................................................................193 Không gian nhãn ......................................................................................................194 Stack nhãn ................................................................................................................195 Các ñóng gói nhãn....................................................................................................195 ðường hầm...............................................................................................................195 Các LSR ngược dòng (upstream) và xuôi dòng (downstream)................................196

3. CÁC CẤU TRÚC DỮ LIỆU ...................................................................................196 Mục chuyển tiếp nhãn chặng tiếp theo.....................................................................196 FEC to NHLFE (FTN) .............................................................................................197 Ánh xạ nhãn ñưa ñến................................................................................................197 Chuyển ñổi nhãn.......................................................................................................197

3. GIAO THỨC PHÂN PHỐI NHÃN.........................................................................198 Các ñịnh danh LDP và các ñịa chỉ chặng tiếp theo..................................................198 Phát hiện LDP: .........................................................................................................198 Phiên và thiết lập LDP .............................................................................................199 Duy trì các Hello lân cận..........................................................................................201 Duy trì các phiên LDP..............................................................................................201 Các thông ñiệp LDP .................................................................................................201 Các kiểu công bố nhãn .............................................................................................202 Các kiểu ñiều khiển LSP ..........................................................................................203

Các kiểu duy trì nhãn ...............................................................................................204 ðịnh tuyến................................................................................................................205

5. CÁC CƠ CHẾ KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG CỦA MPLS .......................................208 TE-RSVP..................................................................................................................209 CR-LDP....................................................................................................................209 So sánh giữa hai kỹ thuật lưu lượng sử dụng trong MPLS ......................................210 Thiết lập và duy trì CR-LDP....................................................................................211 Thiết lập một CR-LSP ñể hỗ trợ các ứng dụng nhạy cảm suy hao ..........................213 Thiết lập CR-LSR ñể hỗ trợ các ứng dụng không nhạy với suy hao .......................213

6. GIỚI THIỆU TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................213

TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................214


Trang 10

1. TỔNG QUAN Trong mạng viễn thông, với kiến trúc phức tạp, bài toán ñược ñặt ra là làm thế nào

ñể chuyển thông tin ñến ñích một cách an toàn, hiệu quả và nhanh chóng, ñồng thời thỏa mãn nhu cầu dịch vụ của người sử dụng. ðể giải quyết ñiều này, các kỹ thuật chuyển mạch lần lượt ra ñời, áp dụng cho các mạng và các dịch vụ từ ñơn giản ñến cực kỳ phức tạp, ñó chính là nội dung trong tài liệu này. Trong chương này, người ñọc sẽ ñược cung cấp kiến thức tổng quan và lịch sử phát triển các phương thức chuyển mạch trong mạng viễn thông.

1. TỔNG QUAN

Khái niệm

Trước tiên, chúng ta sẽ xét khái niệm về truyền thông, viễn thông rồi sau ñó là những khái niệm về dịch vụ viễn thông, mạng viễn thông và chuyển mạch.

Truyền thông (Communication) là tất cả sự trao ñổi, vận chuyển thông tin bằng hình thức này hoặc hình thức khác.

Ví dụ: Bạn ñang ñọc tài liệu này, tờ báo ñã ñọc sáng nay, chuyến tàu chở bạn ñi từ Tp Hồ Chí Minh ñến Thủ ñô Hà nội, bạn ñang lấy thông tin từ Internet, bạn ñang xem tivi, bạn ñang gọi ñiện …

Viễn thông là 3 ví dụ sau, vậy, viễn thông (Telecommunication) là sự truyền thông qua khoảng cách ñịa lý.

Từ một thành phố A, bạn muốn trao ñổi thông tin với một người ở thành phố B thì có các hình thức như trong Hình 1-1.

Nếu bạn sử dụng ñiện thoại, tức là bạn sử dụng dịch vụ viễn thông, “tele” có nghĩa là từ xa, biểu thị một sự bắc cầu cho một khoảng cách ñịa lý, nghĩa là “sự trao ñổi thông tin từ xa”.

Viễn thông là một trong những lĩnh vực ñược ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống hiện ñại, các công nghệ mới liên tục phát triển và luôn tìm ñược ứng dụng trong các thiết bị, hệ thống kỹ thuật trong mạng viễn thông.

Hình 1-1 Sự trao ñổi thông tin giữa hai thành phố.

Vật mang dịch vụ: Là các trang thiết bị ñược sử dụng ñể hỗ trợ cho dịch vụ ñó. Ví dụ, cáp ñiện thoại, máy ñiện thoại, tổng ñài… là những vật mang cho dịch vụ thoại. Tuy

Chương 1.... OVERVIEW

Trang 11

nhiên, không phải vật mang cho dịch vụ nào thì chỉ có thể mang cho chính dịch vụ ñó mà còn có thể mang các dịch vụ khác, ví dụ cáp ñiện thoại có thể mang ñược các dịch vụ như thoại, internet, facsimile.

Hình 1-2 Vật mang của dịch vụ thoại.

Dịch vụ viễn thông

Trên quan ñiểm ñiều hành mạng, dịch vụ viễn thông gồm:

• Dịch vụ cơ sở: Là các dịch vụ cơ bản ñược cung cấp bởi mạng viễn thông.

• Dịch vụ giá trị gia tăng: Là các dịch vụ mở rộng của dịch vụ cơ sở, khi người sử dụng dùng dịch vụ này sẽ phải nộp một mức phí cụ thể. Ví dụ theo dõi tỷ giá thị trường qua một số ñiện thoại nào ñó, dịch vụ hướng dẫn, chuyển ñổi ngôn ngữ.

• Dịch vụ bổ sung phân bố: Là các dịch vụ ñược xây dựng trên dịch vụ viễn thông cơ sở. Ví dụ chuyển tiếp cuộc gọi vô ñiều kiện, chờ cuộc gọi, dịch vụ báo thức.

• Dịch vụ bổ sung tập trung (dịch vụ mạng thông minh IN): IN (Interligent Network) ñược thực hiện trong một mạng cung cấp ñịnh vị tập trung thông minh, cho phép ñiều khiển ñịnh tuyến, tính cước linh hoạt. Ví dụ ñiện thoại trả tiền trước, ñiện thoại bình chọn…

Một số dịch vụ có sự kết hợp của dịch vụ mạng thông minh với dịch vụ giá trị gia tăng.

Hình 1-3 Dịch vụ viễn thông.


Trang 12

Các dịch vụ viễn thông cho người sử dụng:

Các dạng chính của dịch vụ viễn thông là:

• Thoại.

• Số liệu.

• Video.

• Mutimedia.

Các dạng trên còn ñược chia thành bốn nhóm khác nhau dựa vào cách thức của dịch vụ ñược ñiều khiển với cảm nhận của người sử dụng.

Hình 1-4 Các nhóm dịch vụ viễn thông theo cảm nhận của người sử dụng.

• Dịch vụ tương tác: bao gồm các dịch vụ cho phép truyền thông tin theo hai hướng.

• Dịch vụ nhắn tin: bao gồm các dịch vụ dựa trên cơ sở lưu trữ thông tin mà có thể nghe hoặc ñọc ñược bởi người nhận. Hộp thư thoại là một trong những dịch vụ nhắn tin.

• Dịch vụ tìm kiếm (retrieval): là các dịch vụ ñược cung cấp ñể truy cập thông tin ñược lưu trữ trong cơ sở dữ liệu. Các cơ quan, doanh nghiệp cung cấp dịch vụ “thoại” cho khách hàng của mình truy cập thông tin “sống” qua một số ñiện thoại. Giá cả thị trường, tỷ giá trao ñổi, quảng cáo…là những dịch vụ của dịch vụ thu nhận.

• Dịch vụ phân bố: Có hai dạng dịch vụ phân bố, ñó là thông tin một chiều ñến một người nhận hoặc thông tin 1 chiều ñến nhiều người nhận.

Các yêu cầu mạng và thiết bị

Thoại, dữ liệu và video yêu cầu khác nhau về mạng và các thiết bị của nó. Thông tin quan trọng trong các yêu cầu là:

• Băng thông.

• Tỷ lệ lỗi bit.

• ðộ trễ.

Mạng viễn thông

Mạng viễn thông là tất cả các trang thiết bị kỹ thuật ñược sử dụng ñể trao ñổi thông tin giữa các ñối tượng sử dụng trong mạng.

Các thành phần mạng viễn thông:


Trang 13

• Thiết bị ñầu cuối: Chuyển ñổi tín hiệu thân thuộc với con người thành tín hiệu ñược chuyển tải trong mạng tuỳ thuộc lại hình dịch vụ.

• Node chuyển mạch: Cung cấp nối kết cho các ñối tượng theo yêu cầu, thực hiện các chức năng:

o Xử lý thông tin: xử lý, cung cấp thông tin.

o Chuyển mạch.

• Phương tiện truyền dẫn: Liên kết hai thành phần trên. tuỳ thuộc môi trường, ñịa hình sử dụng hệ thống truyền dẫn thích hợp như cáp ñồng, vi ba, vệ tinh, quang…

• Phần mềm: Hỗ trợ các thành phần trên hoạt ñộng có hiệu quả.

Hình 1-5 Các thành phần mạng viễn thông.

Chuyển mạch

ITU-T ñịnh nghĩa chuyển mạch như sau: “Chuyển mạch là sự thiết lập nối kết theo yêu cầu ñể truyền thông tin từ ngõ vào yêu cầu ñến ngõ ra ñược yêu cầu trong một tập ngõ vào và ngõ ra”.

Mục ñích của chuyển mạch là thiết lập ñường truyền thông tin qua mạng theo cấu trúc cố ñịnh hoặc biến ñộng. Trong mạng viễn thông, tùy theo cách thức thiết lập nối kết mà ta có các phương thức chuyển mạch khác nhau.

Hình 1-6 Chuyển mạch và mạng viễn thông.

Thiết bị ñầu cuối Thiết bị

ñầu cuối

Node chuyển mạch

Phương tiện

truyền dẫn

Phần mềm


Trang 14

Ngày nay, “thông tin” không chỉ biểu thị tiếng nói mà có thể nghe ñược bởi người nhận ñiện thoại mà nó còn bao hàm tất cả các dạng thông tin của dịch vụ viễn thông.

Trước ñây, chuyển mạch có nghĩa là một người ñiều hành nối kết cho hai thuê bao nói chuyện với nhau còn bây giờ thì thiết bị chuyển mạch phải có khả năng ñiều khiển nhiều hơn trước bao gồm tính ña dạng và chất lượng của thông tin mà chuyển mạch phục vụ. Ngoài ra, chuyển mạch còn có những thông tin nằm ngoài thông tin của dịch vụ người sử dụng. Ví dụ thông tin ñược sử dụng bởi mạng gọi là thông tin báo hiệu cũng ñược chuyển mạch.

Các kỹ thuật chuyển mạch ñược phát triển trong những năm gần ñây, từ ban ñầu, chúng ta ñã có chuyển mạch kênh, rất phù hợp với các dịch vụ thời gian thực. Về sau, các thuê bao yêu cầu chất lượng tốt hơn, băng thông lớn hơn, tận dụng dung lượng truyền dẫn tốt hơn nên các kỹ thuật khác ñược ra ñời.

2. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN

Các hệ thống chuyển mạch nhân công

Trước ñây, các hệ thống chuyển mạch ñược xây dựng bởi các thiết bị chuyển mạch hoạt ñộng nhân công. Hệ thống chuyển mạch ñầu tiên ñược thiết lập ở New Haven, Mỹ, năm 1878. ðiện thoại viên nhận cuộc gọi và chuyển mạch chúng ñến thuê bao bị gọi bằng tay. ðiện thoại viên thiết lập một kênh dẫn giữa hai thuê bao, do ñó gọi là chuyển mạch kênh. Khi cuộc gọi kết thúc, ñiện thoại viên sẽ giải phóng nối kết. Chúng ta có thể gọi ñiện thoại viên là một hệ thống ñiều khiển.

Hình 1-7 Chuyển mạch nhân công.

Chuyển mạch nhân công này có nhược ñiểm là thời gian nối kết cuộc gọi khá lâu, hiệu quả chuyển mạch kém.

Các hệ thống chuyển mạch ñiện tử

Hệ thống chuyển mạch xoay

Các năm sau ñó, các hệ thống chuyển mạch nhân công ñược thay thế bởi các hệ thống chuyển mạch ñiện tử. Các hệ thống này cung cấp lưu lượng lớn hơn với chi phí thấp hơn, chuẩn bị cho sự bùng nổ của mạng viễn thông trong những năm tiếp theo. Các hệ thống mới còn có khả năng phân bố lưu lượng, ñịnh tuyến tốt hơn qua mạng truyền dẫn, làm giảm dung lượng cáp.


Trang 15

Năm 1889, Almon B. Strowger, Kansas City, USA xây dựng hệ thống tổng ñài tự ñộng ñầu tiên, ñây là hệ thống tổng ñài từng bước. Tổng ñài này có các chuyển mạch xoay và các chuyển mạch này sẽ ñược xử lý theo từng chữ số ñịa chỉ nhận ñược.

Sau ñó là sự phát triển của hệ thống tổng ñài thanh ghi, các chữ số ñược xử lý trong thanh ghi, không xử lý trực tiếp) nên thích hợp với dung lượng tổng ñài lớn hơn. Ưu ñiểm của ñiều khiển thanh ghi là khả năng chọn ñường dẫn thay thế, vì vậy, mạng truyền dẫn có thể ñược sử dụng một cách hiệu quả hơn.

Các hệ thống này sử dụng các chuyển mạch cơ kiểu xoay và ñộng truyền, sau ñó ñược thay thế bằng chuyển mạch thanh chéo (1937) cho dung lượng cao hơn, với thời gian chuyển mạch nhanh hơn, chính xác hơn.

Hệ thống chuyển mạch thanh chéo

Năm 1937, hệ thống chuyển mạch thanh chéo ra ñời. Chuyển mạch thanh chéo chuyển thao tác “xoay” thành thao tác “ấn” nên có những ưu ñiểm sau:

• Thời gian chuyển mạch nhanh, ít lỗi, ñơn giản.

• Là cơ sở phát triển các hệ thống chuyển mạch sau này.

Các hệ thống số và ñiều khiển máy tính

Năm 1960, tổng ñài ñiều khiển số ñầu tiên ñược xây dựng ở Mỹ ở Châu Âu là năm 1968.

Hệ tổng ñài này còn ñược gọi là tổng ñài ñiều khiển bằng chương trình ghi sẵn SPC (Stored Program Control).

Kỹ thuật truyền dẫn và chuyển mạch phát triển liên tục, làm cho giá thành thiết bị giảm xuống rõ rệt. FDM ñược ñề xuất cho truyền dẫn thông tin ñường dài, kỹ thuật này ñược phát minh khoảng năm 1910 nhưng mãi ñến năm 1950 mới ñược ứng dụng, ở thời ñiểm này, 1000 kênh có thể ñược truyền trong cùng một cáp ñồng trục.

Hình 1-8 Tổng ñài SPC.

Ghép kênh số dựa trên tín hiệu PCM ñược giới thiệu khoảng 1970 làm cho mạng truyền dẫn trở nên rẻ hơn với cùng chất lượng truyền dẫn. Giá thành ñược giảm hơn nữa khi các chuyển mạch nhóm số ñược kết hợp với các hệ thống truyền dẫn số. Lúc này, các hệ thống này bị hạn chế bởi các bộ chuyển ñổi tương tự-số ñắt tiền. Sau ñó, các hệ thống ñiều khiển là các hệ thống máy tính, vậy các tổng ñài bây giờ hoàn toàn là thiết bị số. Tổng ñài số ñầu tiên ñiều khiển bằng máy tính ñược ñưa vào sử dụng vào năm 1960 ở Mỹ, các tổng ñài số ở châu Âu ñược hoạt ñộng vào năm 1968.


Trang 16

Các node chuyển mạch cho thông tin dữ liệu

Việc sử dụng máy tính trong văn phòng, công sở cũng như trong gia ñình, cá nhân ñã trở nên phổ biến. Nhu cầu sử dụng và trao ñổi thông tin dữ liệu phát triển mạnh, dẫn ñến sự phân biệt giữa mạng chuyển mạch kênh và dữ liệu. Lúc này, ngoài mạng chuyển mạch kênh ñang tồn tại, một mạng chuyển mạch gói cũng ñược triển khai song song, phục vụ cho sự trao ñổi thông tin dữ liệu giữa các máy tính. Phương thức chuyển mạch cơ bản là chuyển mạch gói, các bản tin của người sử dụng ñược chia thành các gói nhỏ rồi chuyển ñi, khi ñến ñích sẽ ñược sắp xếp lại thành bản tin như ban ñầu. Ưu ñiểm nổi trội của chuyển mạch gói chính là khả năng dùng chung ñường truyền dẫn.

Hình 1-9 Chuyển mạch dữ liệu.

Các node cho N-ISDN

Hình 1-10 Các node chuyển mạch ISDN.

Người sử dụng cần có một mạng có thể cung cấp cho họ ñược nhiều dạng dịch vụ khác nhau (thoại lẫn dữ liệu) trong khi ñó, nhà cung cấp dịch vụ cũng muốn có một cơ sở hạ tầng chung cho các loại hình dịch vụ, giảm chi phí phần cứng, giảm chi phí bảo dưỡng, ñiều hành… Từ ñây bắt ñầu hình thành khái niệm mạng hội tụ, hội tụ về thiết bị, hội tụ về công nghệ, hội tụ về dịch vụ, hội tụ về giá cả…

Phát triển cho các mạng tích hợp dịch vụ, N-ISDN có thể ñược xem là sự kết hợp giữa tổng ñài ñiện thoại với chuyển mạch dữ liệu.

Các node cho B-ISDN

Các hệ thống chuyển mạch trước chỉ ñáp ứng ñược một trong hai ñiều kiện: băng thông, thời gian thực. Trong khi ñó, nhu cầu về những ứng dụng multimedia ngày càng cao, vừa yêu cầu về băng thông rộng, ñộ trễ bé, ñộ thay ñổi trễ bé. Lúc này, B-ISDN ñược


Trang 17

ñề xuất ñể cung cấp các dịch vụ yêu cầu băng thông và thời gian thực. Có nhiều giải pháp ñang ñược tiêu chuẩn hoá (ATM, MPLS).

Hình 1-11 Nhu cầu băng thông.

Chuyển mạch quang

Hình 1-12 Sự phát triển của các hệ thống chuyển mạch.

Khó khăn của chuyển mạch ñó là băng thông bị hạn chế. Ngày nay, chúng ta có nhu cầu trao ñổi thông tin với tốc ñộ bit rất cao (hàng Gbps) trên hệ thống truyền dẫn quang, tuy nhiên, trong thiết bị chuyển mạch thì chúng ta phải chuyển ñổi qua tín hiệu ñiện mà ở ñó thì tốc ñộ bit là khá thấp.


Trang 18

Sau ñó, sử dụng chuyển mạch quang với ñiều khiển chuyển mạch ñiện tử là một bước quá ñộ ñể tiến tới một hệ thống chuyển mạch toàn quang.

3. CÁC PHƯƠNG THỨC CHUYỂN MẠCH

Chuyển mạch kênh

Là loại chuyển mạch phục vụ sự trao ñổi thông tin bằng cách cấp kênh dẫn trực tiếp giữa các ñối tượng sử dụng.

Hình 1-13 Chuyển mạch kênh.

Xử lý cuộc gọi tiến hành qua 3 giai ñoạn:

• Thiết lập ñường dẫn dựa vào như cầu trao ñổi thông tin.

• Duy trì kênh dẫn trong suốt thời gian trao ñổi thông tin.

• Giải phóng kênh dẫn khi ñối tượng sử dụng hết nhu cầu trao ñổi.

ðặc ñiểm:

• Thực hiện trao ñổi thông tin giữa các user trên trục thời gian thực.

• Các user làm chủ kênh dẫn tỏng suốt qúa trình trao ñổi.

• Hiệu suất thấp.

• Yêu cầu ñộ chính xác thông tin không cao.

• Nội dung trao ñổi không mang thông tin ñịa chỉ.

• Phù hợp với dịch vụ thoại.

• Khi lưu lượng tăng ñến ngưỡng nào ñó thì cuộc gọi mới có thể bị khoá, mạng từ chối mọi yêu cầu kết nối mới ñến khi có thể.

Chuyển mạch tin

Là loại chuyển mạch phục vụ sự trao ñổi thông tin giữa các bản tin như ñiện tín, thư ñiện tử, file…

Thiết bị ñầu cuối gởi ñến node chuyển mạch bản tin mang thông tin ñịa chỉ ñích.

Tại ñây, bản tin ñược thu nhận, xử lý (chọn ñường) rồi sắp hàng chờ truyền ñi. Phương pháp này gọi là store and forward.

Trong phương pháp store and forward này, luôn có trễ khi chuyển gói tới ñích. Thời gian trễ tại một node:


Trang 19

tdelay=tnhận+txử lý+tsắp hàng.

Hình 1-14 Chuyển mạch tin.

ðặc ñiểm:

• Không có mối liên hệ thời gian thực giữa các user.

• Kênh dẫn không dành riêng cho các user (dùng chung ñường truyền).

• Hiệu suất cao.

• Yêu cầu ñộ chính xác.

• Nội dung có ñịa chỉ.

• Áp dụng cho số liệu.

• Vẫn chấp nhận cuộc gọi mới trong khi lưu lượng mạng ñang cao.

Chuyển mạch gói

Hình 1-15 Chuyển mạch gói.

Trong các mạng chuyển mạch gói, thông tin ñược truyền cho các gói với kích thước khác nhau. Vậy, nhiệm vụ của các nodes là phân bố các gói ñến nơi thu. Mỗi nodes ñọc trường ñịa chỉ của mỗi gói và ñịnh tuyến gói ñến tuyến thích hợp.

ðịa chỉ

Bản tin người sử dụng


ñầu cuối


ðịa chỉ

Bản tin người sử dụng


ñầu cuối


Gói


Trang 20

Mỗi gói ñi qua các node ñược tiến hành theo phương pháp store and forward như chuyển mạch tin.

Tại ñầu thu tiến hành sắp xếp các gói trở lại.

ðặc ñiểm:

• Trao ñổi thông tin không theo thời gian thực nhưng nhanh hơn chuyển mạch tin.

• ðối tượng sử dụng không làm chủ kênh dẫn.

• Hiệu suất cao.

• Thích hợp truyền số liệu.

• Việc kiểm tra lỗi từng chặng là ñảm bảo gói truyền không lỗi nhưng lại làm giảm tốc ñộ truyền gói qua mạng.

• Băng thông thấp, tốc ñộ thấp.

• Phù hợp với mạng truyền dẫn chất lượng thấp.

• Trong các gói luôn có trường kiểm tra ñể ñảm bảo gói truyền không lỗi qua từng chặng.

Chuyển mạch khung

Hình 1-16 Chuyển mạch gói và chuyển mạch khung trong cùng một mạng


Trang 21

Frame Relay là kỹ thuật chuyển mạch ñược phát triển với ý tưởng kết hợp của chia xẻ băng thông giống như chuyển mạch gói nhưng với tốc ñộ cao hơn và ñộ trễ ít hơn như trong chuyển mạch kênh.

Tốc ñộ của frame relay cao hơn là nhờ vào phương thức ñiều khiển ñơn giản, không chú tâm ñến việc ñiều khiển lỗi.

Nhờ vào ñiều này, lưu lượng ñược ñiều khiển nhanh hơn, Frame Relay chuyển tiếp qua node nhanh hơn chuyển mạch gói khoảng 2ms. Một sự lý giải khác của tốc ñộ cao của Frame Relay là chuyển mạch ñược bố trí rộng hơn trong mỗi nodes.

Mạng Frame Relay có thể ñược xây dựng theo nhiều cách, thông thường là nối kết vĩnh viễn gọi là kênh ảo vĩnh viễn (PVC Permanent Virtual Circuit). Các kênh ảo chuyển mạch (SVC Switched Virtual Circuit) công cộng có thể ñược nối chung trong tương lai. Frame Relay còn có thể thực hiện một mạng chuyển mạch gói riêng.

ðặc ñiểm:

• Hạn chế chức năng kiểm tra lỗi và ñiều khiển luồng.

• Tốc ñộ truyền dẫn ñược cải thiện ñáng kể so với chuyển mạch gói.

• Hoạt ñộng chủ yếu ở lớp 2, với mục ñích lớn nhất là tạo mạng riêng ảo VPN (Virtual Private Network) cho khách hàng.

• Băng thông không cố ñịnh cho user mà ñược phân phối một cách linh hoạt.

• Phức tạp do tốc ñộ bit thay ñổi.

• Khả năng ñến 40Mbps so với 2Mbps của chuyển mạch gói.

Chuyển mạch tế bào

Khi yêu cầu băng thông và thời gian thực của một số dịch vụ ñược nâng cao thì các loại chuyển mạch kể trên không ñáp ứng ñược. ðể giải quyết vấn ñề này có nhiều giải pháp ñược ñề xuất. Một trong những giải pháp nổi trội, ñó là chuyển mạch tế bào.

Chuyển mạch tế bào thì chia bản tin thành các tế bào (cell) có kích thước nhỏ và cố ñịnh. Các tế bào này ñược ñịnh tuyến nguồn và như vậy, khi nó ñi qua các node trong mạng thì chỉ tiến hành tra bảng rồi chuyển tiếp. ðường dẫn từ nguồn ñến ñích ñã ñược xác ñịnh bởi node chuyển mạch ñầu vào. Việc xác ñịnh ñường dẫn này có thể dựa trên một số tham số yêu cầu của khách hàng.

Hình 1-17 Cơ sở chuyển mạch ATM

Trong một chuyển mạch ATM, các tế bào ñược chuyển từ một kênh logic ngõ vào ñến một hoặc nhiều kênh logic ngõ ra. Một kênh logic ñược chỉ thị bằng sự kết hợp của hai ñịnh danh:

• Số tuyến vật lý.


Trang 22

• ðịnh danh kênh - ñịnh danh ñường dẫn ảo (VPI) và ñịnh danh kênh ảo (VCI) trên một tuyến vật lý.

Chuyển mạch các tế bào qua một node ATM yêu cầu sự kết hợp chặt chẽ giữa các ñịnh danh của các kênh logic ngõ vào và ngõ ra.

Trong mạng ATM, các ñịnh danh của các kênh logic tương ứng với các khe thời gian. ðịnh danh kết hợp hai giá trị vào trong header của tế bào, ñó là trường VPI và VCI ñể xác ñịnh một kênh logic.

Ưu ñiểm:

• Xử lý nhanh.

• Chuyển tiếp nhanh.

• Tốc ñộ ñạt ñến 600Mbps.

• Khả năng phục vụ các dịch vụ tốc ñộ bit thay ñổi và cố ñịnh.

• Tính thời gian thực hướng ñến chuyển mạch kênh.

Chuyển mạch nhãn ña giao thức

Internet ñang phát triển rất mạnh và là ñiều không thể thiếu trong cuộc sống hiện tại. Từ ñó, các dịch vụ mới ña số ñều áp dụng trên IP (Internet Protocol). Tuy nhiên, Internet ñang gặp trở ngại về thời gian thực và băng thông, khó khăn trong việc ñảm bảo QoS cho người sử dụng. Giải pháp IP over ATM ñược ñề xuất nhưng cũng gặp khó khăn trong kỹ thuật.

Chuyển mạch nhãn ña giao thức MPLS (Multiple Protocol Label Switching) ñơn giản hoá việc chuyển tiếp cho các router bên trong. Cũng như ATM, chuyển mạch nhãn ña giao thức có sử dụng ñịnh tuyến nguồn, các router biên thực hiện ñịnh tuyến và các router trung tâm chỉ thực hiện chuyển mạch, ñồng thời có khả năng kết hợp với mọi giao thức lớp mạng hiện nay cũng như các giao thức lớp thấp hơn. Ưu ñiểm của MPLS:

• Tốc ñộ như ATM.

• Giá thành rẻ.

• ðơn giản.

Chuyển mạch quang

Chuyển mạch kênh lẫn chuyển mạch gói ñều ñã ñược sử dụng trong các mạng thông tin quang. Do ñịnh nghĩa trước cấu hình chuyển mạch trong chuyển mạch kênh nên ñiều khiển chuyển mạch có thể ñược ñơn giản hóa và không cần thiết phải xử lý theo thời gian thực. Do ñó, chuyển mạch kênh là sự lựa chọn hàng ñầu trong truyền thông quang, trong ñó, các tốc ñộ truyền dẫn là rất cao.

Mặt khác, trong chuyển mạch gói, khi các tốc ñộ truyền dẫn càng cao thì thời gian gói ñến càng ngắn. Như vậy, yêu cầu thay ñổi trong cấu hình chuyển mạch càng trở nên khó khăn. Ví dụ, khi chuyển mạch lớn thì tốc ñộ chuyển mạch sẽ bị giới hạn bởi dung lượng bus nội.

Khi xét chuyển mạch photon, bộ ñệm gói trong chuyển mạch gói lại nảy sinh một vấn ñề nữa. Bởi vì các photon không thể ñược “lưu” như các electron (nghĩa là photon không có khối lượng tĩnh) nên khó khăn trong việc ñệm các photon nhiều hơn là cho qua các ñường dây trễ. Như vậy, nhiều thiết kế chuyển mạch gói mà sử dụng bộ ñệm ñể giảm xác suất nghẽn là không thể dễ dàng triển khai trong chuyển mạch photon.


Trang 23

Hình 1-18 Chuyển mạch photon WDM 4x4.

Xét chuyển mạch photon ghép kênh phân chia bước sóng WDM (wavelength division multiplexing) sử dụng bộ ghép nối sao (star coupler) như Hình 1-18. Một bộ ghép nối sao là một thiết bị quang nhiều cổng mà ghép một số tín hiệu ngõ vào, trộn chúng một cách ñồng nhất và phân bố chúng ñến tất cả các ñầu ra. Trong kiến trúc này, bộ lọc quang ñược sử dụng ñể chọn lọc một trong các tín hiệu ngõ vào có bước sóng λi.

Trong phương thức này, tín hiệu ñược chuyển mạch theo bước sóng của nó. Nếu ta muốn tăng kích thước chuyển mạch thì ta chỉ tăng số kênh bước sóng. Bởi vì bộ lọc ngõ ra có thể chọn bất kỳ ngõ vào nên chuyển mạch WDM này không xảy ra nghẽn nội và gần giống như chuyển mạch thanh chéo.

Hai nhược ñiểm chính là suy hao công suất khi kích thước chuyển mạch tăng và cần các nguồn sáng và các bộ lọc có khả năng thay ñổi.

4. GIỚI THIỆU TÀI LIỆU THAM KHẢO

• [JOHN79] John Bellamy. Digital Telephony. John Wiley and Sons, 1979.

• [MAX96] Max Ming Kang Liu. Principles and applicaions of optical communications. McGraw-Hill Companies, Inc., 1996

Các trang web:

• http://www.shore.net/~ws/DCC5e.html

• http://www.soc.hawaii.edu/conlcom-resources.html

• http://www.internic.net/ds/dspgol.html

• http://www.ericsson.com/support/telecom/book-index/index.shtml


Trang 24

2. CHUYỂN MẠCH KÊNH Từ khi phát minh ra máy ñiện thoại, chuyển mạch kênh trở thành một kỹ thuật nổi

trội trong việc truyền thông thoại và nó vẫn còn rất hữu hiệu trong kỷ nguyên mạng số tích hợp hiện nay. Chương này trước hết giới thiệu mạng chuyển mạch và sau ñó trình bày các ñặc trưng chính trong mạng chuyển mạch kênh.

1. MẠNG CHUYỂN MẠCH

ðể truyền dữ liệu ñến một nơi nào ñó, thì thông tin phải ñược truyền từ nguồn ñến ñích qua mạng với các node chuyển mạch trung gian, việc thiết kế các mạng chuyển mạch như vậy thường ñược sử dụng trong các mạng LAN hoặc MAN. Các node chuyển mạch không quan tâm ñến nội dung của dữ liệu, mà mục ñích của chúng là cung cấp một phương tiện chuyển mạch mà chuyển dữ liệu từ node này sang node khác cho ñến khi tới ñích. Hình 2-1 mô tả một mạng chuyển mạch ñơn giản. Các thiết bị ñầu cuối muốn truyền thông ñược xét như các trạm. Các trạm có thể là các máy tính, các thiết bị ñầu cuối hoặc các ñiện thoại hoặc các thiết bị truyền thông khác. Ta sẽ xét các thiết bị chuyển mạch với mục ñích cung cấp khả năng truyền thông như các node nối với các tuyến truyền dẫn theo một ñồ hình nhất ñịnh. Mỗi trạm cùng với các node và tổng hợp các node ñược xem như là một mạng chuyển mạch.

Hình 2-1 Ví dụ một mạng ñơn giản

1

2

3

6 5

4

A

G

B

C

D

E Trạm ñầu

cuối


Tuyến truyền dẫn

Chương 2.... CIRCUIT SWITCHING

Trang 25

Dạng thức của các mạng này ñược trình bày trong chương này và các chương tiếp theo gọi là các mạng truyền thông chuyển mạch. Dữ liệu ñưa vào mạng từ một trạm ñầu cuối ñược nối ñến ñích bởi các chuyển mạch từ node này ñến node khác. Ví dụ như trong Hình 2-1, dữ liệu từ trạm A ñến trạm D bằng cách gởi ñến node 1 rồi có thể ñến node 3 rồi node 4 ñể ñến trạm D. Ta thấy rằng:

1. Có những node chỉ nối với node khác, ví dụ node 5, nhiệm vụ của chúng là chuyển mạch quá giang (chuyển mạch bên trong trong mạng) cho dữliệu. Các node khác có một hoặc nhiều trạm ñược nối với chúng, ngoài chức năng chuyển mạch của chúng còn thu nhận và phát ñi dữ liệu ñến các trạm ñược nối.

2. Các tuyến nối giữa node này với node khác thường ñược ghép kênh, sử dụng kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số FDM hoặc ghép kênh phân chia theo thời gian TDM.

3. Thông thường, mạng không ñược nối kết hoàn toàn, nghĩa là không thực hiện việc nối trực tiếp từng ñôi một giữa các node với nhau. Tuy nhiên, chúng thường có nhiều hơn một ñường dẫn có thể qua mạng, ñiều này tăng cường ñộ tin cậy của mạng.

Hai kỹ thuật khác nhau ñược sử dụng trong các mạng diện rộng là chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói. Hai kỹ thuật này khác nhau về cách thức chuyển mạch thông tin từ tuyến này ñến tuyến khác từ nguồn ñến ñích. Chương này, chúng ta sẽ nói ñến chuyển mạch kênh, chương tiếp theo là chuyển mạch gói và các chương sau nữa sẽ bàn ñến các phương thức phát triển khác của chuyển mạch gói như Frame Relay, ATM…

2. CÁC MẠNG CHUYỂN MẠCH KÊNH

Việc truyền thông qua mạng chuyển mạch kênh ngụ ý một sự ấn ñịnh ñường dẫn thông tin giữa hai trạm ñầu cuối. ðường dẫn này liên quan ñến một chuỗi các tuyến liên tục giữa các node khác nhau. Trên mỗi tuyến vật lý, các kênh logic ñược ấn ñịnh cho một nối kết. Việc truyền thông qua mạng chuyển mạch kênh bao gồm 3 giai ñọan:

1. Thiết lập kênh dẫn: Trước khi tín hiệu có thể ñược truyền, kênh dẫn từ ñầu cuối ñến ñầu cuối phải ñược thiết lập. Ví dụ trong Hình 2-1, trạm A gởi yêu cầu ñến node 1 ñể yêu cầu một nối kết ñến trạm D. Lúc này, giữa A và 1 ñược dành riêng một ñường dẫn, node 1 tìm ñến node cuối là node 4, là node nối với trạm D, dựa vào thông tin ñịnh tuyến với các tham số như chi phí, ñộ dài lộ trình…, node 1 sẽ chọn ñường dẫn ñến node 3 ñể phân bố một kênh rỗi (sử dụng ghép kênh phân chia theo tần số FDM hoặc ghép kênh phân chia theo thời gian TDM) trên tuyến ñể gởi thông ñiệp yêu cầu ñến trạm D. Như vậy, ñường dẫn dành riêng phải ñược thiết lập từ A qua 1 ñến 3, và node 3 sẽ ấn ñịnh một kênh ñến node 4, node 4 nối với trạm D tạo thành một nối kết. Nối kết hoàn thành với một sự kiểm tra trạng thái của trạm D là bận hay sẵn sàng cho việc trao ñổi.

2. Truyền dữ liệu: Thông tin bây giờ có thể ñược truyền từ A qua mạng ñến D. Dữ liệu có thể là tương tự hoặc số tùy theo môi trường mạng. Khi các vật mang là các mạng số tích hợp thì việc sử dụng truyền dẫn số cho các dịch vụ thoại cũng như dữ liệu là ưu ñiểm. ðường dẫn giữa A với 1 gọi là tuyến, ñường dẫn giữa 1 ñến 3, 3 ñến 4 gọi là kênh và từ 4 ñến D gọi là tuyến. Trong trường hợp tổng quan thì các nối kết ñều là song công.


Trang 26

3. Giải phóng kênh dẫn: Sau giai ñọan truyền dữ liệu, nối kết ñược kết thúc bởi một trong hai trạm ñầu cuối, tín hiệu ñược truyền trên ñường dẫn ñể giải phóng bố những tài nguyên ñã ñược ấn ñịnh.

Chú ý rằng ñường dẫn phải ñược thiết lập trước khi truyền dữ liệu. Như vậy, dung lượng kênh phải ñược dự trữ giữa các cặp node của ñường dẫn và mỗi node phải có khả năng chuyển mạch chuyển tiếp ñể xử lý nối kết yêu cầu. Chuyển mạch phải có tính thông minh ñể phân bố và sắp xếp ñường dẫn qua mạng.

Chuyển mạch kênh có ñộ hiệu quả kém, dung lượng kênh ñược phân bố trong suốt thời gian hoạt ñộng của nối kết, thậm chí là khi không có dữ liệu ñược tryền. Với một nối kết cho thoại, ñộ sử dụng có thể rất cao nhưng vẫn không thể ñạt ñược 100%. Với nối kết ñến máy tính, dung lượng có thể rỗi trong hầu hết thời gian kết nối, với sự phân bố dung lượng như trên là không hiệu quả. Trong khi hoạt ñộng, có những khoảng thời gian trễ trong việc truyền báo hiệu ñể thiết lập nối kết, nhưng ñến khi nối kết ñã ñược thiết lập thì mạng là trong suốt ñối với người sử dụng. Thông tin ñược truyền ởtốc ñộ cố ñịnh và không trễ hơn ñộ trễn truyền dân qua các tuyến, trễ tại các node là không ñáng kể.

Chuyển mạch kênh ñược phát triển ñể kiểm soát lưu lượng thoại, nhưng ñến thời ñiểm bây giờ, chúng còn ñược sử dụng ñể truyền dữ liệu. Ví dụ thông dụng của chuyển mạch kênh ñó là mạng chuyển mạch thoại công cộng (Hình 2-2), là sự chọn lựa của các mạng quốc gia nối với các dịch vụ quốc tế. Mặc dù mong muốn cơ bản là thực hiện cho các thuê bao dịch vụ thoại tương tự, nhưng mạng còn kiểm soát nhiều lưu lượng dữ liệu qua modem và lấn dần sang mạng số. Ứng dụng phổ dụng của chuyển mạch kênh là các tổng ñài nhánh riêng PBX (Private Branch Exchange), PBX ñược sử dụng ñể nối kếtcác máy ñiện thoại ở trong một tòa nhà hay một công sở. Chuyển mạch kênh còn ñược sử dụng trong các mạng riêng, nối các chi nhánh hoặc các tổ chức lại với nhau, chúng thường gồm các hệ thống PBX tại mỗi nơi và ñược nối với nhau bởi các ñường thuê kênh riêng (leased line) qua một hoặc nhiều nhàcung cấp dịch vụ như AT&T. Ví dụ cuối cùng về ứng dụng của chuyển mạch kênh ñó là chuyển mạch dữ liệu. Chuyển mạch dữ liệu tương tự như PBX nhưng ñược thiết kế ñể nối kết các thiết bị xử lý dữ liệu số với nhau như các thiết bị kết cuối hay các máy tính.

Hình 2-2 Mạng chuyển mạch ñiện thoại công cộng

Mạng viễn thông công cộng có thể ñược mô tả với bốn thành phần mạng như sau:

• Các thuê bao: Là các thiết bị ñược gắn với mạng, các thuê bao thường là các máy ñiện thoại tương tự nhưng tỷ lệ phần trăm sẽ tăng theo từng năm sang các thuê bao dữ liệu số.

• Mạch vòng nội hạt (local loop): Là tuyến nối giữa thuê bao và mạng, chúng còn ñược gọi là mạch vòng thuê bao. Các mạch vòng nội hạt thường sử dụng cáp xoắn ñồng trục, ñộ dài khoảng vài km ñến vài chục km.


Trang 27

• Các tổng ñài: Là các trung tâm chuyển mạch trong mạng. Một trung tâm chuyển mạch mà hỗ trợ trực tiếp cho các thuê bao gọi là tổng ñài nội hạt (tổng ñài cuối), một tổng ñài nội hạt có thể hỗ trợ cho hàng ngàn thuê bao trong khu vực. Ở Mỹ có hơn 19000 tổng ñài nội hạt và như vậy, nghĩa là không thực tế khi ta nối trực tiếp từ tổng ñài nội hạt này ñến tổng ñài nội hạt kia vì số ñường trung kế là khoảng 2.108 ñường dây là rất lớn. Lúc này, các tổng ñài quá giang ñược sử dụng.

• Các ñường trung kế: Nối giữa các tổng ñài với nhau. Trung kế mang nhiều kênh thoại ñược ghép với nhau theo tần số FDM hoặc thời gian TDM.

Các thuê bao nối trực tiếp ñến các tổng ñài nội hạt, các tổng ñài nội hạt có nhiệm vụ chuyển mạch lưu lượng giữa các thuê bao hoặc giữa thuê bao với các tổng ñài khác. Các tổng ñài này thực hiện việc ñịnh tuyến và chuyển mạch cho các tổng ñài với nhau. ðể nối kết cho hai thuê bao của cùng một tổng ñài thì một kênh dẫn ñược thiết lập giữa chúng và nếu hai thuê bao thuộc hai tổng ñài khác nhau thì kênh dẫn giữa chúng bao gồm một chuỗi các kênh dẫn qua một hoặc nhiều tổng ñài trung gian. Như trong Hình 2-3, nối kết ñược thiết lập giữa ñường a và ñường b qua tổng ñài nội hạt. Nối kết cho ñường c và ñường d thì phức tạp hơn nhiều. Trong tổng ñài nội hạt của c, một nối kết ñược thiết lập giữa c và một kênh trên ñường trung kế TDM ñến tổng ñài trung gian. Ở ñây, kênh này lại ñược nối với một kênh khác thuộc ñường trung kế nối với tổng ñài nội hạt của thuê bao d. Tổng ñài nội hạt của thuê bao d sẽ nối kênh này với ñường dây.

Hình 2-3 Thiết lập kênh dẫn.

Kỹ thuật chuyển mạch kênh ñược xuất phát từ những ứng dụng thoại. Một trong những yêu cầu chính của lưu lượng thoại ñó là phải thực sự không có truyền dẫn và ñảm bảo không có sự thay ñổi ñộ trễ (trượt). Một tốc ñộ truyền dẫn tín hiệu không ñổi phải ñược duy trì và bên thu cũng như bên phát phải có cùng một tốc ñộ truyền dẫn. Các yêu cầu này là cần thiết ñể cho phép ñàm thoại của con người. Hơn nữa, chất lượng tín hiệu thu nhận phải ñủ ñể có thể hiểu ñược ở mức tối thiểu.

Chuyển mạch kênh ñã trở nên rộng rãi, phổ biến bởi vì nó thích hợp với việc truyền dẫn tín hiệu thoại tương tự. Trong thời ñại số hiện nay, thì chuyển mạch kênh rõ ràng không thể ñáp ứng và thiếu hiệu quả. Mặc dù chuyển mạch kênh là thiếu hiệu quả nhưng nó vẫn là sự chọn lựa cho các mạng cục bộ cũng như các mạng diện rộng. Một trong những thế mạnh của chuyển mạch kênh chính là tính trong suốt, ñó là khi một nối kết ñã ñược thiết lập thì nó là một ñường nối trực tiếp từ hai trạm ñầu cuối hoàn toàn vật lý.

Tổng ñài nội hat

Tổng ñài nội hat

Tổng ñài quá giang

� � �

�

a

b

c

d

Trung kế

Trung kế


Trang 28

3. NỘI DUNG CHUYỂN MẠCH

Công nghệ chuyển mạch kênh ñược tiếp cận tốt nhất bằng việc xem xét hoạt ñộng của một node chuyển mạch ñơn. Mạng ñược xây dựng xung quanh một node chuyển mạch ñơn gồm một tập hợp các trạm gắn với một ñơn vị chuyển mạch trung tâm. Chuyển mạch trung tâm thiết lập ñường dẫn phân bố giữa hai thiết bị bất kỳ muốn trao ñổi thông tin. Hình 2-4 mô tả các thành phần chính của mạng một node chuyển mạch. Các ñường gạch ñứt bên trong chuyển mạch biểu thị các nối kết hiện hành.

.

Hình 2-4 Các thành phần của một node chuyển mạch

Trái tim của một hệ thống hiện ñại ñó chính là chuyển mạch số. Chức năng của chuyển mạch số là cung cấp một ñường dẫn tín hiệu trong suốt giữa các cặp thiết bị ñầu cuối. ðường dẫn là trong suốt bởi vì nối kết nối trực tiếp giữa hai thiết bị. Thông thường, các nối kết này là song công.

Thành phần giao tiếp mạng ñại diện cho các chức năng của phần cứng cần thiết ñể nối cho các thiết bị số như các thiết bị xử lý dữ liệu hoặc các máy ñiện thoại số với mạng. Các ñiện thoại tương tự cóthể ñược nối với mạng nếu giao tiếp mạng có chứa bộ chuyển ñổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số. Các ñường trung kế ñến các chuyển mạch số khác cung cấp các tuyến ghép kênh cấu thành mạng.

Chuyển mạch phân chia không gian (Space Division Switching)

ðơn vị ñiều khiển tiến hành 3 chức năng chính, ñầu tiên, chính là chức năng thiết lập nối kết, ñây chính là chức năng hạot ñộng theo yêu cầu của thiết bị ñược nối với tổng ñài. ðể thiết lập ñược nối kết, ñơn vị ñiều khiển phải có khả năng kiểm soát và phát hiện ñược nhu cầu, xác ñịnh ñường dẫn qua chuyển mạch tới ñích nếu ñầu cuối là rỗi. Chức năng thứ hai là ñơn vị ñiều khiển phải duy trì nối kết. Bởi vì chuyển mạch số sử dụng nguyên lý ghép kênh phân chia thời gian và ñiều này có thể yêu cầu thao tác liên tục lên chuyển mạch nhưng các bits truyền thông phải ñược chuyển một cách trong suốt. Chức

ðơn vị ñiều khiển

Chuyển mạch số

Giao tiếp

mạn

g

Các tuyến nối song công ñến các thiết bị


Trang 29

năng thứ ba là giải phóng nối kết, nối kết sẽ ñược giải phóng khi ñơn vị ñiều khiển xác ñịnh nhu cầu từ một trong hai thiết bị ñầu cuối tham gia vào cuộc trao ñổi.

Hình 2-5 Chuyển mạch phân chia không gian.

ðặc trưng quan trọng của thiết bị chuyển mạch kênh là nghẽn hay không nghẽn. Nghẽn xuất hiện khi mạng là không thể nối kết cho hai trạm với lý do là tất cả các ñường dẫn ñều ñang ñược sử dụng. Mạng nghẽn là mạng nằm trong khả năng nói trên, do ñó, mạng không nghẽn cho phép tất cả các trạm có thể nối từng ñôi ñến tất cả các trạm khác theo yêu cầu miễn là các trạm ñó ñang rỗi. Khi mạng chỉ hỗ trợ cho lưu lượng thoại thì cấu hình nghẽn là có thể chấp nhận vì các cuộc gọi có thời gian chiếm giữ khá ngắn nên chỉ có thể nghẽn trong một thời ñiểm nào ñó. Tuy nhiên, với các thiết bị xử lý dữ liệu thì có thể làkhông phù hợp. Trong trường hợp này, mạng ñược cấu hình không nghẽn hoặc gần không nghẽn ñể có thể thỏa mãn ñược chất lượng dịch vụ yêu cầu.

Ta trở lại xem xét hoạt ñộng chuyển mạch kênh trên một node chuyển mạch ñơn.

Chuyển mạch phân chia theo không gian là dạng chuyển mạch ñược phát triển từ nguyên bản cho môi trường tương tự ñược thực hiện sang lĩnh vực số. Nguyên lý cơ bản là giống nhau, trong ñó, chuyển mạch ñược sử dụng ñể mang tín hiệu tương tự hoặc số. Như tên gọi của nó, chuyển mạch phân chia theo không gian có những ñường dẫn tín hiệu ñược phân chia một một cách vật lý (phân chia không gian). Mỗi nối kết yêu cầu thiết lập ñường dẫn vật lý qua chuyển mạch ñược ấn ñịnh riêng ñể truyền dẫn tín hiệu giữa hai ñiểm cuối. Cấu trúc cơ sở của chuyển mạch là ñiểm thông bằng kim loại hay cổng ñiện tử mà có thể cho phép hoặc không cho phép tín hiệu ñi qua ñược ñiều khiển bởi ñơn vị ñiều khiển.

Hình 2-5 cho ta một ma trận chuyển mạch ñơn giản với 10 ñường I/O song công. Ma trận có 10 ngõ vào và 10 ngõ ra, mỗi trạm ñược nối với ma trận qua một ngõ vào và một ngõ ra. Nối kết ñược thực hiện qua ñiểm thông thích hợp, trong ma trận này yêu cầu 100 ñiểm thông.


Trang 30

Hình 2-6 Chuyển mạch 3 tầng.

Chuyển mạch thanh chéo có một số giới hạn sau:

• Số ñiểm thông nhiều (nhiều nhất là bằng tích số ngõ vào và ngõ ra) thì chi phí chuyển mạch lớn.

• Suy hao tại ñiểm thông khiến giữa hai thiết bị gắn với hai ñường giao nhau tại ñiểm thông có nối kết kém.

• Các ñiểm thông có hiệu quả sử dụng kém, thậm chí khi tất cả các thiết bị ñầu cuối là hoạt ñộng thì chỉ một phần nhỏ các ñiểm thông là mở.

ðể khắc phục ñiều này, các chuyển mạch nhiều tầng ñược áp dụng. Hình 2-6 biểu diễn một chuyển mạch 3 tầng. Việc phân chia chuyển mạch thành nhiều tầng mang lại nhiều lợi ñiểm hơn so với chuyển mạch ñơn tầng:

• Số ñiểm thông giảm, tăng hiệu quả sử dụng thanh chéo. Trong trường hợp này, số ñiểm thông nối cho 10 trạm từ 100 giảm xuống còn 48.

• Có nhiều ñường dẫn qua mạng ñể nối với hai ñiểm cuối hơn so với chuyển mạch ñơn tầng, ñiều này làm tăng ñộ tin cậy.

Tất nhiên là chuyển mạch ña tầng yêu cầu sơ ñồ ñiều khiển phức tạp hơn. ðể thiết lập một ñường dẫn trong chuyển mạch ñơn thì nó chỉ cần mở một ñiểm thông nào ñó, còn trong chuyển mạch ña tầng thì ñường dẫn thông qua các tầng phải ñược xác ñịnh và nhiều cổng tương ứng phải ñược mở.

Nghẽn có thể xảy ra trong chuyển mạch nhiều tầng, ta có thể thấy rằng chuyển mạch như trong Hình 2-5 là loại chuyển mạch không nghẽn, nghĩa là ñường dẫn luôn có thể nối giữa bất kỳ ngõ vào nào ñến ngõ ra nào. Còn ñối với chuyển mạch nhiều tầng như trong Hình 2-6 thì giả sử với các ñường nét ñậm biểu thị trạng thái ñang hoạt ñộng của các ngõ vào và các ngõ ra thì ngõ vào 10 không thể nối với các ngõ ra 3, 4, 5 và thậm chí ñến những ngõ ra khác. Chuyển mạch ña tầng có thể làm cho không nghẽn bằng cách


Trang 31

tăng kích thước hoặc số lượng các tầng chuyển mạch trung gian, nhưng ñiều này ñồng gnhĩa với việc tăng chi phí.

Chuyển mạch phân chia theo thời gian (Time Division Switching)

Công nghệ chuyển mạch có lịch sử phát triển khá là lâu ñời, hầu hết các công nghệ xuất phát tử kỷ nguyên của tín hiệu tương tự. Khi kỹ thuật số hóa tín hiệu thoại và ghép kênh phân chia theo thời gian phát triển thì cả dữ liệu lẫn thoại ñều ñược truyền ở dạng tín hiệu số, ñiều này dẫn ñến sự thay ñổi nguyên lý trong thiết kế và công nghệ của các hệ thống chuyển mạch. Thay vì sử dụng các hệ thống phân chia không gian thì các hệ thống số thay bằng các thành phần phân chia theo không gian và thời gian.

Giả sử rằng mọi chuyển mạch kênh hiện ñại ñều sử dụng kỹ thuật phân chia thời gian cho việc thiết lập và duy trì các kênh. Chuyển mạch phân chia theo thời gian bao gồm các dòng bit tốc ñộ thấp (trong các khe) kết hợp thành một dòng bit tốc ñộ cao ñược chuyển ñổi bởi bộ ñiều khiển logic ñể chuyển dữ liệu từ ngõ vào ñến ngõ ra. ðể hiểu ñược chuyển mạch phân chia theo thời gian, ta xét chuyển mạch bus TDM như sau.

Chuyển mạch bus TDM các chuyển mạch số khác dựa trên kỹ thuật ghép kênh phân chia theo thời gian ñồng bộ TDM (Time Division Multiplexing). Kỹ thuật TDM cho phép nhiều dòng bit tốc ñộ thấp dùng chung một ñường truyền tốc ñộ cao. Tập hợp các ngõ vào ñược lấy mẫu luân phiên. Các mẫu ñược sắp xếp liên tục vào trong các khe thời gian ở dạng khung tuần hoàn của các khe với số khe trên một khung bằng số ngõ vào. Một khe có thể là 1 bit, 1 byte hoặc một khối dài hơn. ðiều quan trọng trong TDM ñồng bộ là nguồn và ñích dữ liệu phải biết về khe thời gian của nhau. Do ñó, không cần phải xác ñịnh các bit trong mỗi khe.

Hình 2-7 Chuyển mạch bus TDM.

Hình 2-7 biểu diễn ñơn giản về kỹ thuật này. Mỗi thiết bị gắn với chuyển mạch qua ñường dây dẫn song công. Các ñường dây này ñược nối với các cổng ñiều khiển ñến

ðơn vị ñiều khiển

Giao tiếp

mạn

g

Các tuyến nối song côn

g ñến các thiết bị

Chu

yển mạch số


Trang 32

bus số tốc ñộ cao. Mỗi ñường dây ñược gán một khe thời gian cho ngõ vào ñưa ñến. Trong thời gian của một khe thời gian, cổng của ñường dây ñược mở, cho phép ñợt dữ liệu nhỏ ñưa vào bus. Trong khoảng thời gian này, các cổng của ñường dây kia cũng ñược mở ñến ngõ ra. Như vậy, trong thời gian của một khe thời gian, dữ liệu ñược chuyển từ ñường dây ngõ vào ñến ñường dây ngõ ra. Trong những khe thời gian khác, chuyển mạch cũng thực hiện cho một cặp ngõ vào và ngõ ra khác dùng chung bus tốc ñộ cao.

Xét sơ ñồ thực hiện không nghẽn như trong Hình 2-7. Với chuyển mạch ñược hỗ trợ, ví dụ 100 thiết bị phải có 100 khe thời gian tương ứng, mỗi khe thời gian ñược gán với một ngõ vào và ngõ ra. Sự lặp ñi lặp lại của tất cả các khe thời gian gọi là khung. Việc gán ngõ vào có thể cố ñịnh, ngõ ra có thể thay ñổi theo nối kết. Khi bắt ñầu một khe thời gian, ngõ vào có thể chèn một cụm dữ liệu vào trên ñường dây mà nó sẽ truyền ñến các ngõ ra xác ñịnh.

Như vậy, khe thời gian phải bằng thời gian truyền dữ liệu của ngõ vào + ñộ trễ truyền dẫn qua bus giữa ngõ vào với ngõ ra và ñể ñồng nhất các khe thời gian thìchiều dài của khe thời gian ñược ñịnh nghĩa bằng thời gian truyền dẫn + ñộ trễ truyền dẫn của bus từ ñầu cuối ñến ñầu cuối.

Tốc ñộ bus phải ñủ lớn ñể có thể khôi phục chính xác các khe. Ví dụ, xét một hệ thống nối kết cho 100 ñường dây song công có tốc ñộ 19.2kbps. Dữ liệu ngõ vào ñược ñệm tại các cổng. Mỗi bộ ñệm phải ñược xóa bằng cách mở cổng ñủ nhanh ñể ngăn sự chồng chập. Như vậy, tốc ñộ dữ liệu trên bus trong ví dụ này phải lớn hơn 1.92Mbps. Tốc ñộ dữ liệu thật của dữ liệu phải ñủ lớn ñể tính toán dự phòng cho trễ truyền dẫn.

Hình 2-8 ðiều khiển chuyển mạch bus TDM.

Các xem xét trên xác ñịnh dung lượng mang lưu lượng của một chuyển mạch nghẽn, trong ñó, không có việc gán cố ñịnh các ñường dây ngõ vào với các khe thời gian

1

2

3

4

5

6

1�3 2�5 4�6 3�1 5�2 6�4

Bộ nhớ ñiều khiển

ðiều khiển logic


Trang 33

mà chúng ñược phân bố theo yêu cầu. Tốc ñộ dữ liệu trên bus cho biết có cao nhiêu nối kết có thể ñược tiến hành trong cùng một thời ñiểm. Với một hệ thống có 200 thiết bị ở tốc ñộ 19.2kbps và bus có tốc ñộ là 2Mbps thì khoảng một nữa thiết bị có thể ñược nối ở một thời ñiểm bất kỳ.

Sơ ñồ chuyển mạch bus TDM có thể cung cấp cho các ñường dây với các tốc ñộ dữ liệu khác nhau. Ví dụ, nếu một ñường dây tốc ñộ 9600bps lấy một khe ttrên khung thì dây 19,2kbps sẽ lấy 2 khe trên khung. Tất nhiên, nối kết chỉ có thể ñược thiết lập trên các dây cùng tốc ñộ.

Hình 2-8 là ví dụ về ñiều khiển chuyển mạch bus TDM. Giả thiết thời gian truyền trên bus là 0.01µs. Thời gian của một khung là 30.06µs gồm 6 khe thời gian, mỗi khe thời gian 5.01µs.Bộ nhớ ñiều khiển chỉ thị cổng ñược mở trong thời gian của khe thời gian. Trog ví dụ này, bộ nhớ gồm 6 ô nhớ. Chu kỳ ñiều khiển của bộ nhớ là thời gian của khung (30.06µs). Trong khe thời gian thứ nhất, cổng vào là 1 và cổng ra là 3 ñược phép mở cho dữ liệu ñi từ thiết bị 1 qua bus ñến thiết bị 3. Tương tự như vậy, ta có sự nối kết cho các cặp 2-5, 3-6, 3-1, 5-2 và 6-4 trong các khe thời gian tiếp theo. Như vậy, chuyển mạch thực hiện sự trao ñổi thông tin cho các cổng 1-3, 2-5 và 4-6.

4.ðỊNH TUYẾN CHO CÁC MẠNG CHUYỂN MẠCH KÊNH

Trong một mạng chuyển mạch kênh lớn, nhiều nối kết sẽ yêu cầu một ñường dẫn bao gồm nhiều chuyển mạch. Khi cuộc gọi ñược khởi xướng, mạng phải xác ñịnh một ñường nối qua mạng từ thuê bao chủ gọi ñến thuê bao bị gọi thông qua vài chuyển mạch và các ñường trung kế. Có hai yêu cầu chính cho cấu trúc của mạng thực hiện chiến lược ñịnh tuyến ñó là hiệu quả và co giãn. Yêu cầu ñầu tiên mô tả việc tối thiểu hóa thiết bị (chuyển mạch và các trung kế) trong mạng ñể kiểm soát lượng tải trong mạng. Tải yêu cầu thường ñược biểu diễn bởi thuật ngữ tải lưu lượng giờ bận, là lượng tải trung bình trong giờ bận trong ngày. Trên quan ñiểm chức năng, ñó là những chức năng thiết yếu ñể kiểm soát lượng tải, trên quan ñiểm giá thành ñó là việc tốithiểu hóa thiết bị sử dụng.Với yêu cầu thứ hai là tính co giãn, có những trường hợp mạng quá tải ở một thời ñiểm nào ñó, thì mạng phải có khả năng cung cấp lớp dịch vụ hợp lý ñể các chuyển mạch và các trung kế có thể vẫn hoạt ñộng ñược trong trình trạng như vậy trong một khoảng thời gian nhất ñịnh.

Ý tưởng chính của chiến lược ñịnh tuyến là xác ñịnh bản chất của việc cân bằng giữa tính hiệu quả và tính co giãn. Theo truyền thống, chức năng ñịnh tuyến trong các mạng viễn thông công cộng là phải ñơn giản. Mạng thường có cấu trúc cây hoặc thứ bậc, một ñường dẫn ñược tiến hành bằng cách khởi ñầu từ thuê bao chủ gọi, theo cây của node ñầu tiên, sau ñó ñến cây của thê bao bị gọi. ðể tăng thêm tính ñàn hồi của mạng, thường thêm vào các ñường trung kế có ñộ sử dụng cao ñi qua cấu trúc cây nối các tổng ñài có lưu lượng lớn giữa chúng. Việc thêm các ñường trung kế có ñộ sử dụng cao cung cấp ñộ dự phòng và dung lượng bổ sung cho mạng, tuy nhiên, nó lại làm giảm tính hiệu quả và giới hạn cả ñộ ñàn hồi. Bởi vì sơ ñồ ñịnh tuyến này không có khả năng thích hợp với các tình trạng thay ñổi, mạng phải ñược thiết kế ñể thỏa mãn các yêu cầu cụ thể. Ví dụ là các giờ bận cho lưu lượng từ ñông sang tây và lưu lượng từ bắc xuống nam là không trùng nhau, mỗi lưu lượng ñưa yêu cầu khác nhau vào hệ thống. ðiều này làm cho sự phân tích ảnh hưởng củacác sự thay ñổi này trở nên khó khăn, dẫn ñến quá tầm, không giới hạn và không hiệu quả. Trong vấn ñề ñàn hồi, cấu trúc thứ bậc cố ñịnh với sự bổ sung các ñường trung kế cớ thể trở nên yếu kém và dễ bị sự cố.


Trang 34

ðể xét các yêu cầu phát triển trên các mạng viễn thông, các nhà cung cấp không sử dụng cấu trúc thứ bậc cố ñịnh nữa mà chuyển sang cấu trúc ñộng. Phương pháp ñịnh tuyến ñộng là một phương pháp quyết ñịnh ñường dẫn theo trình trạng lưu lượng hiện hành. Ví dụ các node chuyển mạch kênh thường có mỗi quan hệ ngang cấp hơn là thứ bậc, các node thường có dung lượng và thực hiện các chức năng như nhau. Với kiến trúc như vậy, ñịnh tuyến là phức tạp và linh hoạt hơn. Phức tạp hơn bởi vì cấu trúc không cung cấp một ñường dẫn “bản chất” trong tập hợp các ñường dẫn như dựa trên cấu trúc thứ bậc nhưng nó linh hoạt hơn và có nhiều ñường dẫn luân phiên hơn.

Hai thuật tóan ñịnh tuyến ñộng ñược thực hiện ñó là ñịnh tuyến luân phiên và ñịnh tuyến thích nghi.

ðịnh tuyến luân phiên:

Hình 2-9 ðịnh tuyến luân phiên với chuyển mạch nguồn X và chuyển mạch ñích Y.

Bản chất của ñịnh tuyến luân phiên là các ñường dẫn có thể ñược sử dụng giữa hai tổng ñài là ñược ñịnh nghĩa trước. Chuyển mạch nguồn chịu trách nhiệm chọn ñường dẫn thích hợp cho mỗi cuộc gọi. Mỗi chuyển mạch ñược xác ñịnh một tập các ñường dẫn ñã chiến lược trước cho mỗi ñích trong trật tự ưu tiên của nó. Sự chọn lựa ñầu tiên là một nối kết trung kế trực tiếp giữa hai chuyển mạch. Nếu ñường trung kế này là không có khả năng thì lựa chọn thứ hai ñược tiến hành thử và cứ như thế. Thứ tự ñường dẫn (thứ tự


Trang 35

ñường dẫn ñược thử) dựa vào sự phân tích trên các mẫu lưu lượng trong quá trình trước và ñược thiết kế tối ưu việc sử dụng tài nguyên mạng.

Nếu chỉ có thứ tự ñường dẫn ñược ñịnh nghĩa cho mỗi cặp nguồn ñích thì sơ ñồ ñược gọi là sơ ñồ ñịnh tuyến luân phiên cố ñịnh. Sự khác biệt của tập hợp các ñường dẫn ñược lập chiến lược trước ñược sử dụng trong các khoảng thời gian khác nhau ñể lấy những ưu ñiểm của các mẫu lưu lượng khác nhau trong những khoảng thời gian khác nhau và các thời ñiểm khác nhau trong ngày. Như vậy, việc quyết ñịnh ñường dẫn dựa trên trạng thái lưu lượng hiện hành (luân phiên ñường dẫn nếu) và các mẫu lưu lượng cũ (xác ñịnh thứ tự ñường dẫn ñược xét).

Ví dụ như trong Hình 2-9. Chuyển mạch nguồn X có 4 ñường dẫn có thể nối ñến chuyển mạch ñích Y. ðường dẫn trực tiếp (a) luôn ñược xét ñầu tiên. Nếu trung kế này là không sẵn sàng (bận hay không thể phục vụ) thì những ñường khác sẽ ñược xét trong một thư tự cụ thể tùy theo khoảng thời gian. Ví dụ những ngày trong tuần và buổi sáng thì ñường dẫn b ñược xét tiếp theo.

Một dạng của kỹ thuật ñịnh tuyến luân phiên ñộng ñược xây dựng bởi Bell Operating Companies ñể cung cấp dịch vụ ñiện thoại nội hạt và vùng gọi là ñịnh tuyến ña luân phiên MAR (multialternative routing). Phương pháp này còn ñược sử dụng bởi AT&T trong các mạng ñường dài gọi là ñịnh tuyến không thứ bậc ñộng DNHR (dynamic non-hierarchical routing).

ðịnh tuyến thích nghi

Sơ ñồ ñịnh tuyến thích nghi ñược thiết kê ñể cho phép chuyển mạch tác ñộng tới sự thay ñổi các mẫu lưu lượng trong mạng. Sơ ñồ như vậy yêu cầu chi phí quản lý lớn như các chuyển mạch trao ñổi thông tin ñể biết các trạng thái của mạng. Tuy nhiên, so với sơ ñồ luân phiên thì sơ ñồ thích nghi có tiềm năng tối ưu hơn trong việc sử dụng tài nguyên mạng.

Quản lý lưu lượng ñộng DTM (dynamic traffic management) là khả năng ñịnh tuyến ñược phát triển bởi Northern Telecom và ñược sử dụng trên các mạng nội hạt và quốc gia của Canada.

DTM sử dụng bộ ñiều khiển tập trung ñể tìm ra ñường dẫn luân phiên tốt nhất ñược chọn tùy theo ñộ nghẽn trong mạng. Bộ ñiều khiển trung tâm thu thập dữ liệu trạng thái từ mỗi chuyển mạch trong mạng cứ khoản 10 giây một lần ñể xác ñịnh các ñường dẫn luân phiên chọn trước. Mỗi cuộc gọi ñược thử ñầu tiên trên ñường dẫn trực tiếp nếu có giữa các chuyển mạch nguồn và ñích. Nếu cuộc gọi bị khóa thì nó thử trên ñường dẫn luân phiên thứ hai.

Mỗi chuyển mạch i trao ñổi các thông số ño lưu lượng sau ñến trung tâm ñiều khiển:

• Iij: số trung kế rỗi trên tuyến ñến chuyển mạch j cho tất cả các chuyển mạch trong mạng.

• CPUi: ñộ sử dụng VPU của chuyển mạch i.

• Oij: thông số lưu lượng tràn ñược gởi từ i ñến j trên ñường nối trực tiếp.

Dựa trên các thông tin này, trung tâm ñiều khiển sẽ trả về cho mỗi chuyển mạch i một cách ñịnh kỳ một ñích có thể có ñược của chuyển mạch j.

rij: ñịnh danh của chuyển mạch qua chuyển mạch i xác ñịnh các cuộc gọi trực tiếp của nó tới j khi tuyến trực tiếp là ñã ñầy.


Trang 36

Việc chọn rij tùy vào việc có tuyến trực tiếp tồn tại giữa i và j hay không. Nếu tuyến trực tiếp tồn tại thì rij xácñịnh chuyển mạch t ñạt giá trị tối ña khi:

Max{At*min[Iit-PAit,Ttj-PAtj]}, t≠i,j.

Nếu không có tuyến trực tiếp giữa i và j thì rij xác ñịnh chuyển mạch ñạt giá trị tối ña khi:

Max{At*min[Iit,Ttj]}, t≠i,j.

Trong ñó, At là tham số trong phạm vi [0,1] mà phản ánh ñộ sẵn sàng của chuyển mạch t. Nó bằng 1 khi các chức năng là bình thường và nhỏ hơn nếu chuyển mạch t ñang quá tải, ñiều này làm cho các ñường dẫn luân phiên qua các chuyển mạch quá tải ít lôi cuốn hơn và ít ñược chọn bởi bộ ñiều khiển mạng hơn.

PAxy : Tham số thừa nhận bảo vệ cho lưu lượng trực tiếp trên tuyến x-y, ñiều này phân tách lưu lượng ra khỏi tuyến khi nó gần ñầy.

Phương trình thứ hai là giống như phương trình thứ nhất nhưng không có mặt của thanm số thừa nhận bảo vệ. Lý do của nó là: nếu không có tuyến trực tiếp giữa chuyển mạch i và j thì lưu lượng từ i ñến j không ñược thừa nhận ñộ ưu tiên cho lưu lượng trực tiếp trên các tuyến trên các ñường dẫn thay thế tiềm tàng.

Hình 2-10 mô tả quá trình chọn lựa. Nếu tuyến từ i ñến j là bão hòa thì ñường dẫn thay thế khuyến cáo là i-y-j. Mặc dù ñường dẫn i-x-j có dung lượng rỗi nhiều hơn nhưng nó không ñược khuyến khích bởi vì nó ñang quá tải.

Hình 2-10 Việc chọn ñường thích hợp trong TDM.

Việc sử dụng tập các tham số dựa vào trạng thái mạng cho sức mạnh của dung lượng mạng. Hơn nữa, nó trở nên dễ dàng thực hiện với nhiều sự thay ñổi của việc xác ñịnh các giá trị của các tham số và quyết ñịnh hiệu quả thực hiện của chúng. Ví dụ, tham


Trang 37

số PAxy có thể thiết lập là một giá trị cố ñịnh trong mạng có ñộ ổn ñịnh tương ñối hoặc tham số tràn Oxy có thể ñược sử dụng.

5. BÁO HIỆU

Trong một mạng chuyển mạch kênh, các tín hiệu ñiều khiển là phương tiện quản lý, thiết lập, duy trì và giải phóng các cuộc gọi. Chức năng quản lý cuộc gọi và cả chức năng quản lý mạng yêu cầu thông tin ñược trao ñổi gữa các tổng ñài với thuê bao, giữa các tổng ñài với tổng ñài và gữa các tổng ñài với trung tâm quản lý mạng. Với một mạng viễn thông lớn thì một sơ ñồ ñiều khiển báo hiệu phức tạp tương ứng ñược yêu cầu. Trong phần này, chỉ giới thiệu khái quát các chức năng báo hiệu, sau ñó xem xét kỹ thuật dựa trên các mạng tích hợp hiện ñại, ñó là báo hiệu kênh chung.

Các chức năng báo hiệu

Các tín hiệu ñiều khiển ảnh hưởng ñến nhiều khía cạnh hoạt ñộng của mạng, bao gồm cho phép các dịch vụ mạng cho các thuê bao lẫn các cơ chế bên trong mạng. Lúc này, các mạng trở nên phức tạp hơn, số chức năng ñược thực hiện bởi tín hiệu ñiều khiển tăng trưởng tương ứng. Các chức năng sau là các chức năng quan trọng nhất:

1. Truyền tín hiệu có thể nghe thấy ñược cho thuê bao, bao gồm các âm mời quay số, tín hiệu báo bận, hồi âm chuông …

2. Truyền các chữ số quay giữa các tổng ñài củathuê bao chủ gọi.

3. Truyền thông tin giữa các chuyển mạch chỉ thị rằng cuộc gọi không thể nối kết.

4. Truyền thông tin giữa các chuyển mạch chỉ thị rằng cuộc gọi là kết thức và ñường dẫn có thể ñược giải phóng.

5. Tín hiệu ñổ chuông.

6. Truyền thông tin ñược sử dụng với mục ñích tính cước.

7. Truyền thông tin cho biết trạng thái của các thiết bị hoặc trung kế trong mạng. Thông tin này có thể ñuợc sử dụng với mục ñích ñịnh tuyến và vận hành.

8. Truyền thông tin ñược sử dụng ñể kiểm tra và cách ly các sự cố của hệ thống.

9. ðiều khiển thiết bị ñặc biệt, chẳng hạn như thiết bị kênh vệ tinh.

ðể ví dụ cho việc sử dụng tín hiệu ñiều khiển ta xét tiến trình gọi của các thuê bao cùng tổng ñài.

1. Trước khi tiến hành cuộc gọi, cả hai máy ñiện thoại là không sử dụng (ñặt máy). Cuộc gọi ñược bắt ñầu khi một thuê bao nhấc tổ hợp (nhấc máy), hoạt ñộng này ñược báo về tổng ñài một cách tự ñộng.

2. Chuyển mạch trả lời bằng tín hiệu mời quay số, báo hiệu rằng thuê bao có thể quay số.

3. Thuê bao chủ gọi quay số của thuê bao bị gọi, chuyển ñịa chỉ ñến tổng ñài.

4. Nếu thuê bao bị gọi là không bận thì chuyển mạch báo hiệu cho thuê bao này bằng tín hiệu ñổ chuông, làm rung chuông của máy thuê bao bị gọi.


Trang 38

5. Tín hiệu hồi tiếp ñược cung cấp cho thuê bao chủ gọi.

• Nếu thuê bao bị gọi không bận, chuyển mạch trả về tín hiệu hồi âm chuông cho thuê bao chủ gọi khi ñổ chuông thuê bao bị gọi.

• Nếu thuê bao bị gọi bận thì chuyển mạch gởi tín hiệu báo bận cho thuê bao chủ gọi.

• Nếu cuộc gọi không thể tiến hành thông qua chuyển mạch thì chuyển mạch gởi một thông báo ñến thuê bao chủ gọi.

6. Thuê bao bị gọi chấp nhận cuộc gọi bằng cách nhấc tổ hợp, trạng thái này thông báo về tổng ñài một cách tự ñộng.

7. Chuyển mạch kết thúc ñổ chuông cho thuê bao bị gọi và hồi âm chuông cho thuê bao chủ gọi, ñồng thời thiết lập nối kết giữa hai thuê bao.

8. Nối kết ñược giải phóng khi một trong hai thuê bao ñặt máy.

Khi hai thuê bao trao ñổi với nhau thuộc hai tổng ñài khác nhau thì các chức năng báo hiệu trên ñường trung kế giữa chuyển mạch với chuyển mạch ñược yêu cầu:

1. Chuyển mạch nguồn chiếm giữ ñường trung kế trung gian rỗi, gởi tín hiệu chỉ thị chiếm dụng trên ñường trung kế, yêu cầu thanh ghi thu nhận số quay của thống ñài ñích ñể thu nhận ñịa chỉ ñược truyền.

2. Chuyển mạch ñích gởi tín hiệu xác nhận chỉ thỉtạng thái sẵn sàng của thanh ghi.

3. Chuyển mạch nguồn gởi các chữ số ñịa chỉ của thuê bao bọi gọi.

Hình 2-11 biểu diễn việc sử dụng tín hiệu ñiều khiển của nguồn và ñích. Báo hiệu có thể ñược phân thành các chức năng khác nhau như giám sát, ñịa chỉ, thông tin cuộc gọi và quản lý mạng.

Thuật ngữ giám sát ñược sử dụng phổ biến ñể chỉ ñến chức năng ñiều khiển mà có ñặc trưng nhị phân (true/false, on/off) như yêu cầu phục vụ, trả lời, cảnh báo…chúng theo dõi trạng thái của thuê bao cũng như nhu cầu vềtài nguyên mạng. Các tín hiệu ñiều khiển giảm sát ñược sử dụng ñể xác ñịnh nếu tài nguyên yêu cầu là sẵn sàng và chiếm giữ nó, chúng còn ñược sử dụng ñể truyền thông cho các trạng thái của tài nguyên ñược yêu cầu.

Báo hiệu ñịa chỉ nhận dạng một thuê bao. Ban ñầu, báo hiệu ñịa chỉ ñược tạo ra bởi thuê bao chủ gọi khi thực hiện quay số cho thuê bao bị gọi. ðịa chỉ có thể ñược truyền qua mạng ñể hỗ trợ cho chức năng ñịnh tuyến và ñể xác ñịnh và ñổ chuông cho thuê bao bị gọi.

Thuật ngữ thông tin cuộc gọi xét các tín hiệu mà cung cấp thông tin cho thuê bao về trạng thái cuộc gọi. ðiièu này làm nổi bậc tín hiệu ñiều khiển bên trong giữa các chuyển mạch sử dụng ñể thiết lập và kết thúc cuộc gọi. Các tín hiệu bên trong như vậy là các thông ñiệp tương tự hoặc số. Ngoài ra, các tín hiệu thông tin cuộc gọi là các âm hiệu có thể nghe thấy ñược bởi người gọi hoặc ñiện thoại viên với một tổ hợp ñiện thoại thích hợp.

Các tín hiệu giám sát, ñịa chỉ và thông tin cuộc gọi ñược bao hà trong việc thiết lập và giải phóng cuộc gọi. Ngoài ra, các tín hiệu quản lý mạng ñược sử dụng ñể vận hành, xử lý sự cố và toàn bộ hoạt ñộng của mạng. Các tín hiệu như vậy có thể ñược chuyển trong các thông ñiệp như là một danh sách các tuyến ñã ñược chiến lược ñược dởi


Trang 39

từ trạm ñể cập nhật các bảng ñịnh tuyến. Các tín hiệu này bao trùm một phạm vi rộng và sự phân loại có thể phải mở rộng khi tăng ñộ phức tạp của mạng chuyển mạch.

Vùng báo hiệu

Báo hiệu có thể ñược xét trong hai ngữ cảnh: Báo hiệu giữa thuê bao và mạng và báo hiệu bên trong mạng. Báo hiệu hoạt ñộng khác nhau giữa hai ngữ cảnh này.

Báo hiệu giữa thuê bao hoặc máy ñiện thoại và chuyển mạch hay tổng ñài nối với nó ñược xác ñịnh các ñặc trưng của thiết bị của thuê bao và các nhu cầu của người sử dụng. Các tín hiệu trong mạng hoàn toàn là giữa máy tính với máy tính. Báo hiệu bên trong ñược xét không chỉ là quản lý cáccuộc gọi của thuê bao mà còn tự quản lý mạng. Như vậy, với báo hiệu bên trong, các lệnh các ñáp ứng và tập các tham số phải phức tạp hơn rất nhiều.

Hình 2-11 Báo hiệu qua mạng chuyển mạch kênh

Với hai kỹ thuật báo hiệu khác nhau ñược sử dụng, tổng ñài chuyển mạch nội hạt phải cung cấp một ánh xạ giữa mối quan hệ phức tạp của kỹ thuật báo hiệu ñược sử dụng bên trong mạng với kỹ thuật báo hiệu ít phức tạp hơn nhiều ñược sử dụng với thuê bao.

Báo hiệu kênh chung

Báo hiệu truyền thống trong mạng chuyển mạch kênh trên cơ sở từng tuyến trung kế hay trong kênh. Với báo hiệu trong kênh, kênh ñược sử dụng ñể mang báo hiệu lẫn cuộc gọi mà tín hiệu báo hiệu ñó ñiều khiển. Báo hiệu như vậy bắt nguồn từ thuê bao chhủ gọi theo cùng ñường dẫn với cuộc gọi ñến thuê bao bị gọi. Ưu ñiểm trong loại báo hiệu này là không tăng thêm thiết bị truyền dẫn tín hiệu báo hiệu, phương tiện truyền dẫn thoại ñược dùng chung với báo hiệu.

Hai dạng của báo hiệu trong kênh là trong băng và ngoài băng. Báo hiệu trong băng không chỉ dùng chung ñường dẫn vật lý với cuộc gọi mà nó phục vụ mà còn sử dụng


Trang 40

cùng dải tần của tín hiệu thoại. Dạng này của báo hiệu có một số ưu ñiểm. Các tín hiệu ñiều khiển có cùng ñặc trưng ñiện từ như tín hiệu thoại, chúng có thể ñi ñến bất cứ nơi nào mà tín hiệu thoại có thể ñến. Như vậy, chúng không bị giới hạn trong việc sử dụng báo hiệu trong băng ở khắp nơi trong mạng, kể cả những vùng chuyên ñổi tín hiệu từ tương tự sang số hoặc ngược lại. Ngoài ra, chúng không thể thiết lập cuộc gọi trên một ñường truyền thoại chất lượng kém.

Báo hiệu ngoài băng có những ưu ñiểm, ñó là tín hiệu thoại không sử dụng hết băng thông 4kHz ñược phân cho nó nên khoảng trống còn lại ñược sử dụng ñể truyền báo hiệu. Ưu ñiểm chính của phương pháp này ñó là các tín hiệu báo hiệu có thể truyền mà cho dù có hoặc không truyền tín hiệu thoại trên ñường dây, ñiều này cho phép sự giám sát và liên tục cho cuộc gọi. Tuy nhiên, sơ ñồ báo hiệu ngaòi băng phải cần thêm thiết bị ñể kiểm soát dải tần báo hiệu và tốc ñộ báo hiệu là chậm hơn vì tín hiệu ở trong một dải tần hẹp.

Các mạng chuyển mạch viễn thông công cộng ñã trở nên phức tạp hơn và cung cấp nhiều dịch vụ phong phú và ña dạng hơn rất nhiều, các trở ngại của báo hiệu trong kênh, các ngược ñiểm, trở ngại của báo hiệu trong kênh ngày càng lộ rõ. Tốc ñộ truyền thông tin bị giới hạnbởi báo hiệu trong kênh. Với báo hiệu trong băng, các kênh thoại ñược sử dụng chỉ có thể truyền tín hiệu báo hiệu khi không có tín hiệu thoại trên mạch. Báo hiệu ngoài băng thì băng thông rất hẹp cho phép tín hiệu truyền trên ñó gây khó khăn trong việc cung cấp, tác ñộng nhanh cho ñối tượng cho dù ở dạng thông ñiệp ñơn giản nhất.

Nhược ñiểm thứ hai của báo hiệu trong kênh là ñộ trễ lớn từ khi thuê bao quay số ñến khi nối kết ñược thiết lập. Yêu cầu giảm ñộ trễ này là một vấn ñề khá phức tạp cho mạng.

Cả hai nhược ñiểm này có thể giải quyết bởi báo hiệu kênh chung với báo hiệu ñược mang trên các ñường dẫn hoàn toàn ñộc lập với các kênh thoại. ðường dẫn báo hiệu ñộc lập có thể mang tín hiệu báo hiệu cho một số kênh của thuê bao và như vậy có một kênh ñiều khiển chung cho các kênh thuê bao này.

Bảng 2-1. Các kỹ thuật báo hiệu trong các mạng chuyển mạch kênh

Mô tả Ghi chú Trong kênh

Trong băng

Ngoài băng

Truyền tín hiệu ñiều khiển trang băng tần thoại Tín hiệu ñiều khiển ñược truyền cùng phương tiện nhưng ngoài băng tần thoại.

Là kỹ thuật ñơn giản nhất. Là cần thiết cho các tín hiệu thông tin cuộc gọi và có thể ñược sử dụng cho các thông tin ñiều khiển khác. Báo hiệu trong băng có thể ñược sử dụng ở nhiều dạng ñường truyền khác nhau. Khác với trong băng, ngoài băng cung cấp khả năng giám sát liên tục trong thời gian nối kết

Kênh chung

Tín hiệu ñiều khiển ñược truyền qua các kênh báo hiệu mà cấp phát tín hiệu ñiều khiển dùng chung cho các kênh thoại

Giảm thời gian thiết lập cuộc gọi so với kênh riêng. Ngoài ra, còn thích hợp với các chức năng bổ sung.

Nguyên lý của báo hiệu kênh chung ñược mô tả và so sánh với báo hiệu trong kênh như trong Hình 2-12. Ta có thể thấy rằng, ñường dẫn báo hiệu cho báo hiệu kênh chung ñược phân tách riêng biệt so với các ñường dẫn thoại của các thuê bao. Báo hiệu kênh chung có thể ñược cấu hình theo yêu cầu về băng thông ñể mang các tín hiệu ñiều


Trang 41

khiển cho các chức năng ña dạng và phong phú. Như vậy, phương thức báo hiệu lẫn kiến trúc mạng chuyển mạch ñều phức tạp hơn báo hiệu trong kênh. Tuy nhiên, với giá thành máy tính ngày càng giảm khiến báo hiệu kênh chung càng trở nên lôi cuốn hơn. Các tín hiệu ñiều khiển là các thông ñiệp mà ñược trao ñổi giữa các chuyển mạch cũng như giữa các chuyển mạch với trung tâm quản lý mạng. Vậy, phần ñiều khiển báo hiệu của mạng là một mạng máy tính phân tán chuyển tải cho các thông ñiệp ngắn.

Hình 2-12 Báo hiệu trong kênh và báo hiệu kênh chung.

Hai kiểu hoạt ñộng ñược sử dụng trong báo hiệu kênh chung (Hình 2-13). Trong kiểu kết hợp, kênh báo hiệu dọc theo các nhóm trung kế giữa hai chuyển mạch và phục vụ cho các kênh thoại trên các nhóm trung kế ñó, các node chuyển mạch là các ñiểm báo hiệu. Trong kiểu không kết hợp, mạng ñược bổ sung các node gọi là các ñiểm chuyển tiếp báo hiệu. Kiểu này không gán các kênh báo hiệu với các kênh trong các nhóm trung kế mà ở ñây tồn tại hai mạng riêng biệt với các tuyến nối giữa chúng ñể phần ñiều khiển mạng có thể ñiều khiển qua các node chuyển mạch phục vụ cho các cuộc gọi của các thuê bao. Quản lý mạng thường áp dụng kiểu không kết hợp như là các kênh báo hiệu ñể có thể thực hiện các nhiệm vụ linh hoat hơn. Kiểu không kết hợp là kiểu ñược sử dụng trong ISDN.

Với báo hiệu trong kênh, các tín hiệu ñiều khiển của hai chuyển mạch ñược tạo ra bởi bộ xử lý và ñược chuyển ñến kênh ngõ ra. Ở bên thu, các tín hiệu ñiều khiển phải ñược chuyển từ các kênh thoại ñến bộ xử lý. ðối với báo hiệu kênh chung, các tín hiệu ñiều khiển ñược truyền trực tiếp từ bộ xử lý này ñến bộ xử lý khác mà không kết hợp chặt chẽ với tín hiệu thoại, ñây chính là thủ tục ñơn giản hơn và là một trong những ñộng cơ của báo hiệu kênh chung là ít bị ảnh hưởng hoặc nhiễu qua lại giữa thông tin cuả các thuê bao và thông tin báo hiệu. Một ñộng cơ cốt yếu nữa của báo hiệu kênh chung chính là thời gian thiết lập cuộc gọi giảm. Xét chuỗi các sự kiện cho việc thiết lập cuộc gọi với báo hiệu trong kênh qua nhiều hơn một chuyển mạch. Tín hiệu ñiều khiển ñược gởi từ chuyển mạch này ñến chuyển mạch khác trên ñường dẫn ñược sắp ñặt. Tại mỗi chuyển


Trang 42

mạch, tín hiệu ñiều khiển không thể truyền qua chuyển mạch ñến chuyển mạch tiếp theo trên ñường dẫn mà kênh dẫn phải ñược thiết lập qua chuyển mạch này. Trong báo hiệu kênh chung, việc chuyển tiếp thông tin ñiều khiển có thể chồng chép qua tiến trình thiết lập kênh dẫn nên thời gian thiết lập cuộc gọi nhanh hơn nhiều.

Hình 2-13 Kiểu kết hợp và không kết hợp.

Báo hiệu không kết hợp có ưu ñiểm sau: Ta có thể xây dựng một hoặc nhiều trung tâm ñiều khiển, tất cả các thông tin ñược chuyển qua trung tâm ñiều khiển mạng, yêu cầu ñược xử lý và gởi ñến các chuyển mạch kiểm soát lưu lượng cho các thuê bao tương ứng, ñiều này có thể ñược xử lý trên quan ñiểm tổng thể về tình trạng mạng hơn.

Nhược ñiểm của báo hiệu kênh chung là phức tạp hơn về kỹ thuật. Tuy nhiên, khi phần cứng giảm giá và sự giá tăng một cách tự nhiên các thiết bị số trong mạng viễn thông làm cho báo hiệu kênh chung trở thành một kỹ thuật phù hợp.

Trong một mạng ñơn giản thì thuê bao không cần truy cập ñến phần báo hiệu kênh chung của mạng. Tuy nhiên, trong mạng số phức tạp, bao gồm ISDN, thì phương thức báo hiệu kênh chung ñược triển khai giữa thuê bao và mạng.


Trang 43


• [BELL91] Bellamy, J. Digital Telephony. New York: Wiley, 1991.

• [FREE96] Freeman, R. Telecommunication System Engineering. New York: Wiley, 1996.

• [FREE94] Freeman, R. Reference Manual for Telecommunications Engineering. New York:Wiley, 1994.

• [GIRA90] Girard, A. Routing and Dimensioning in Circuit-Switched Networks. Reading, MA: Addison-Wesley, 1990.

• [MART90] Martin, J. Telecommunications and the Computer. Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall, 1990.


Trang 44

3. CHUYỂN MẠCH GÓI Khoảng năm 1970, các nhà nghiên cứu chuyển sang một dạng kiến trúc mới cho

việc truyền thông dữ liệu số ñường dài, ñó chính là chuyển mạch gói. Mặc dù kỹ thuật chuyển mạch gói ñã ñược phát triển thực sự từ trước thời gian này nhưng nó ñược xác nhận lại rằng kỹ thuật cơ sở của chuyển mạch gói là nền tảng cho kỹ thuật ngày nay ñược phát triển thành mạng ñầu những năm 1970 và chuyển mạch gói ñem lại một vài kỹ thuật hiệu quả cho việc truyền thông dữ liệu ñường dài.

Chương này cung cấp một cái nhìn tổng quan về kỹ thuật chuyển mạch gói. Xem xét những ưu ñiểm của chuyển mạch gói (linh hoạt, dùng chung tài nguyên, kiên ñịnh, ñáp ứng nhanh). Mạng chuyển mạch gói là tập hợp phân tán của các node chuyển mạch gói. Trong lý tưởng thì tất cả các node chuyển mạch gói ñều biết ñược trạng thái của toàn mạng nhưng thực ra, vì các node là phân tán nên luôn có thời gian trễ giữa sự thay ñổi trạng thái của các phần trong mạng và sự xác nhận về thay ñổi này. Hơn nữa, luôn có thông tin dẫn ñường (overhead) trong thông tin trạng thái. Như vậy, một mạng chuyển mạch gói có thể không bao giờ hoạt ñộng một cách “hoàn hảo” và các thuật toán phức tạp ñược sử dụng ñối với thời gian trễ và các bất lợi thông tin dẫn ñường của hoạt ñộng mạng.

ðầu chương sẽ giới thiệu về nguyên lý chuyển mạch gói, kế tiếp, ta xem xét hoạt ñộng bên trong mạng, giới thiệu các nội dung chuyển mạch ảo và datagram. Sau ñó, các kỹ thuật chính của ñịnh tuyến và ñiều khiển tắc nghẽn ñược xem xét. Cuối chương giới thiệu về X.25 là giao tiếp chuẩn giữa thiết bị ñầu cuối và mạng chuyển mạch gói.

1. NGUYÊN LÝ CHUYỂN MẠCH GÓI

Mạng viễn thông chuyển mạch kênh ñường dài thiết kế ban ñầu ñể kiểm soát lưu lượng thoại và ña số lưu lượng trong mạng này là thoại. Các ñặc trưng chính của các mạng chuyển mạch kênh là tài nguyên trong mạng ñược ấn ñịnh cho các cuộc gọi. Với các nối kết thoại thì các kênh có phần trăm sử dụng cao vì hầu hết các thời gian, người này hoặc ñối phương nói chuyện. Tuy nhiên, mạng chuyển mạch kênh bắt ñầu tăng các nối kết dữ liệu thì hai thiếu sót lộ ra một cách rõ ràng:

Trong một nối kết dữ liệu user/host (ví dụ máy tính cá nhân ñăng nhập vào server cơ sở dữ liệu) thì phần lớn ñường dây là rỗi. Như vậy, với các nối kết dữ liệu thì mạng chuyển mạch kênh là không hiệu quả.

Trong mạng chuyển mạch kênh, nối kết cung cấp ñể truyền dẫn với một tốc ñộ dữ liệu không ñổi. Như vậy, mỗi thiết bị ñầu cuối phải truyền và phát cùng tốc ñộ với thiết bị ñầu cuối kia, ñiều này hạn chế ñộ sử dụng mạng trong nối kết với sự ña dạng của các máy tính chủ và các kết cuối.

ðể hiểu ñược chuyển mạch gói giải quyết bài toán này như thế nào, ta vắn tắt tổng quát hoạt ñộng chuyển mạch gói. Dữ liệu ñược truyền trong các gói có kích thước ngắn.

Chương 3.... PACKET SWITCHING

Trang 45

Kích thước gói tối ña tiêu biểu là 1000 octects (bytes). Nếu nguồn có thông ñiệp dài hơn cần gởi thì thông ñiệp ñược chia thành một chuỗi các gói (Hình 3-1). Mỗi gói chứa một phần (hoặc toàn bộ với thông ñiệp ngắn) là dữ liệu của user cùng với thông tin ñiều khiển. Thông tin ñiều khiển tối thiểu gồm những thông tin mà mạng yêu cầu ñể có thể ñịnh tuyến gói qua mạng và phân phối nó hướng tới ñích. Tại mỗi node, gói ñược thu nhận, lưu giữ và chuyển nó ñến node tiếp theo.

Hình 3-1 Gói.

Hình 3-2 Ví dụ một mạng chuyển mạch gói ñơn giản

Trong Hình 3-2, giả sử các gói ñược gởi từu trạm A ñến trạm D. Các gói sẽ bao gồm thông tin ñiều khiển chỉthị ñích ñến là E. Gói ñược gởi từ A vào node1.Node 1 sẽ lưu trữ gói, xác ñịnh node kế tiếp (là 3), sắp hàng gói ở ngõ ra tuyến (tuyến 1-3). Khi tuyến là sẵn sàng thì gói ñược chuyển ñến node 3, tại ñây, quá trình diễn ra tương tự ñể chuyển gói ñến node 4 và cuối cùng ñến D. Phương thức này có những thuận lợi so với chuyển mạch kênh:

• Hiệu quả ñường dây là lớn hơn vì tuyến từ node ñến node có thể dùng chung cho nhiều gói trong một khoảng thời gian. Các gói ñược sắp hàng và ñược truyền một cách nhanh chóng nếu có thể. Ngược với chuyển mạch kênh, thời gian trên tuyến ñược ấn ñịnh trước sử dụng ghép kênh phân chia

1

2

3

6 5

4

A

G

B

C

D

E Trạm ñầu

cuối


Tuyến truyền dẫn

User Data

Thông tin ñiều khiển Gói


Trang 46

theo thời gian ñồng bộ. Nhiều thời ñiểm tuyến là rỗi vì thời gian này ñã ñược ấn ñịnh cho các nối kết rỗi.

• Mạng chuyển mạch gói có thể hoạt ñộng chuyển ñổi tốc ñộ dữ liệu. Hai trạm có tốc ñộ dữ liệu khác nhau có thể trao ñổi các gói cho nhau vì các nối kết ñến các node của nó có tốc ñộ dữ liệu thích hợp.

• Khi lưu lượng trở nên lớn trong mạng chuyển mạch kênh thì một vài cuộc gọi bị khóa, nghĩa là mạng từchối các yêu cầu nối kết mới cho ñến khi tải mạng là giảm xuống. Trong mạng chuyển mạch gói thì các gói vẫn ñược chấp nhận nhưng khi phân phối thì ñộ trễ tăng.

• ðộ ưu tiên có thể ñược sử dụng. Như vậy, nếu node có số gói ñợi ñể truyền ñi thì nó có thể truyền các gói có ñộ ưu tiên cao trước. Các gói này nhờ vậy sẽ có ñộ trễ nhỏ hơn các gói có ñộ ưu tiên cao.

Kỹ thuật chuyển mạch

Một trạm có một thông ñiệp ñể gởi qua mạng chuyển mạch gói có chiều dài lớn hơn kích thước gói tối ña thì nó chia thông ñiệp ra thành các gói và gởi gởi các gói này ñến mạng. Có hai phương thức ñược sử dụng ñồng thời: datagram và kênh ảo (virtual circuit).

Trong phương thức datgram, mỗi gói ñược ñối xử một cách ñộc lập, không có sự tham khảo ñến các gói trước. Giả sử trạm A trong Hình 3-2 có 3 gói gởi tới D, A truyền các gói 1, 2, 3 ñến node 1. Trên mỗi gói, node 1 phải tiến hành một quyết ñịnh tuyến ñường. Gói 1 phân phối ñến D qua node 3 hoặc node 5 trên bước tiếp theo. Giả sử node 4 quyết ñịnh chọn node 3 là node kế tiếp ñể chuyển cho gói 1 vì khoảng cách từ 1-3-4 là ngắn hơn 1-4-5 và sắp hàng gói 1 trên tuyến 1-3. Gói 2 cũng như vậy, nhưng ñến gói 3 thì node 1 chọn node tiếp theo là 5 vì hàng ñợi của tuyến 1-3 dài hơn hàng ñợi của tuyến 1-5. Như vậy, node 3 sẽ ñi bằng ñường 1-5-4 ñể ñến D. Các gói có thể sẽ ñi những con ñường khác nhau trong datagram. Tại D phải tiến hành sắp xét các gói. Nếu các gói bị triệt tiêu trong mạng, ví dụ node 3 bị sự cố thì tất cả các gói trong hàng ñợi của nó ñều bị mất, thì khi ñến E phải phát hiện gói bị mất trong mạng và tìm cách ñể khôi phục nó (yêu cầu phát lại).

Trong phương thức kênh ảo, ñường dẫn ñược lập kết hoạch trước ñược thiết lập trước khi gởi gói. Ví dụ, giả sử A có một hoặc nhiều thông ñiệp ñược gởi ñến D. ðầu tiên, nó gởi một gói ñiều khiển ñặc biệt gọi là gói Call-Request tới node 1, yêu cầu một nối kết logic tới D. Node 1 xác ñịnh tuyến yêu cầu ñến 3, tại 3 xác ñịnh tuyến yêu cầu ñến 4 và cuối cùng ñến D. Nếu D sẵn sàng tiếp nhận nối kết thì nó gởi Call-Accepted ñến 4. Gói này ñược chuyển qua node 3 và ñến node 1 rồi ñến A. Bây giờ, A và D trao ñổi dữ liệu qua ñường dẫn ñã ñược thiết lập. Bởi vì ñường dẫn là cố ñịnh trog suốt thời gian của nối kết logic nên có nhiều ñiểm tương ñồng như chuyển mạch kênh nên gọi là kênh ảo. Mỗi gói chứa một ñịnh danh kênh ảo và dữ liệu. Mỗi node trên ñường dẫn ñã ñược thiết lập trước dựa vào ñịnh danh này ñể chuyển gói mà không tiến hành ñịnh tuyến nữa. Vậy, các gói ñi từ A ñến D quya 1-3-4 và từ D về A theo ñường ngược lại 4-3-1. Cuối cùng, thì một trạm gởi gói Clear-Request ñể giải phóng nối kết. Tại một thời ñiểm, mỗi trạm có thể có nhiều hơn một kênh ảo ñến trạm kia và có thể có nhiều kênh ảo ñến các trạm khác nữa.

Nếu hai trạm muốn trao ñổi thông tin vượt qua khoảng thời gian nhất ñịnh thì kênh ảo có nhiều ưu ñiểm. ðầu tiên, mạng có thể cung cấp các dịch vụ liên quan ñến kênh ảo bao gồm sự sắp xếp tuần tự và ñiều khiển lỗi. Sự sắp xếp tuần tự là do các gói ñi cùng một ñường nên ñến ñích theo trật tự. ðiều khiển lỗi là dịch vụ khi nhận ñược gói lỗi thì


Trang 47

node ñó sẽ yêu cầu truyền lại. Ưu ñiểm nữa là các gói truyền trên mạng nhanh hơn với kênh aỏ vì các node không mất thời gian ñể ñịnh tuyến.

Hình 3-3 Hiệu quả về kích thước gói trong truyền dẫn.

Ưu ñiểm của phương thức datagram là giai ñoạn thiết lập cuộc gọi ñược bỏ qua. Như vậy, nếu mọt trạm muốn gởi vài gói thì datagram phân phối nhanh chóng hơn. Thuận lợi nữa của datagram là nó nguyên sơ, linh hoạt hơn. Ví dụ, nếu nghẽn ñược phát triển từ một phần của mạng thì các gói ñưa ñến có thể ñược ñịnh tuyến vòng qua nơi nghẽn. Với kênh ảo, các gói theo ñường dẫn ñược lập trước nên nó khó khăn thích nghi với nghẽn trong mạng. Ưu ñiểm thứ 3 là datagram cung cấp ñộ tin cậy tự nhiên hơn. ðối với mạch ảo, khi node bị sự cố, tất cảcác mạch ảo qua node ñó ñều bị mất. vứoi phân phối của datagram thì nếu một node bị sự cố, các gói sau sẽ tìm một ñường khác ñể chuyển tới ñích.Hầu hếtcác mạng chuyển mạch gói hiện nay sử dụng kênh ảo cho hạot ñộng bên trong của nó. ðiều này có thể phản ánh ñộng cơ mang tính lịch sử cung cấp một mạng với các dịch vụ tin cậy (trong nghĩa sắp xếp tuần tự) như mạng chuyển mạch kênh. Tuy nhiên, nhiều nhà cung cấp các mạng chuyển mạch gói riêng sử dụng hoạt ñộng datagram. Từ quan ñiểm người sử dụng, có vài sự khác biệt trong hành vi bên ngoài dựa vào việc sử


Trang 48

dụng datagram hay kênh ảo. Nếu một người quản lý phải chọn lựa giữa chi phí và sự thực thi thì họ phải quyết ñịnh hoạt ñộng bên trong mạng là datagram hay là kênh ảo. Cuối cùng, chú ý rằng datagram là kiểu hoạt ñộng chung trong liên mạng.

Kích thước gói

Một ñiều quan trọng trong thiết kế là ñộ lớn gói ñược sử dụng trong mạng. Có sự tương quan giữa ñộ lớn của gói và thời gian truyền. Như trong Hình 3-3, ta thấy rằng: Nếu gải sử rằng có kênh ảo từ trạm X ñến trạm Y qua các node a, b. thông ñiệp cần chuyển bao gồm 30 octets, mỗi gói chứa 3 octets cho thông tin ñiều khiển, thông tin ñiều khiển này ñược ñắt ñầu mỗi gói gọi là header. Nếu toàn bộ thông ñiệp này ñược gởi trong một gói thì gói này có ñộ dài là 33octets (3octets header và 30 octets dữ liệu) thì trước tiên, gói ñược truyền từ X ñến a. khi nhận ñược toàn bộ gói thì a sẽ truyền gói này ñến b. Khi toàn bộ gói ñã ñược b thu nhận thì b sẽ truyền gói này ñến Y. Tổng thời gian ñược truyền qua các node tương ứng thời gian tuyền 99octets.

Giả sử bây giờ ta chia thông ñiệp thành 2 gói, mỗi gói chứa 15octets và mỗi gói cũng có 3 octets header. Trong trường hợp này, node a có thể bắt ñầu chuyển gói thứ nhất sau khi nhận từ X mà không chờ gói thứ hai. Tổng thời gian truyền bây giờ giảm xuống còn lại tương ứng thời gian truyền 72 octets. Khi ta chia thông ñiệp thành 5 gói thì thời gian giảm xuống tương ñương thời gian truyền cho 63octets. Tuy nhiên, nếu ta chia thành quá nhiều gói thì tổng thời gian truyền không phải là nhỏ nhất mà thậm chí có thể tăng trở lại. ðiều này là do mỗi gói phải chứa một header có ñô dài cố ñịnh và ñộ dài phần dữ liệu phải lớn hơn phần header thì mới ñem lại hiệu quả. Hơn nữa, trong ví dụ này không chỉ ra trễ xử lý các gói tại các node và trễ sắp hàng trong mỗi node. Các ñộ trễ này có thể lớn khi nhiều gói ñược kiểm soát cho một thông ñiệp.So sánh giữa chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói.

So sánh chuyển mạch kênh với chuyển mạch gói

Ta ñã xét hoạt ñộng bên trong của chuyển mạch gói, ta có thể quay trở lại ñể so sánh kỹ thuật này với chuyển mạch kênh. Trước tiên, ta xét trên ý tưởng thực hiện, sau ñó, kiểm tra các ñặc trưng khác.

Thực hiện

So sánh ñơn giản của chuyển mạch kênh và hai dạng chuyển mạch gói ñược mô tả trong Hình 3-4. Hình vẽ mô tả sự truyền thông ñiệp qua 4 nodes, từ trạm nguồn gắn với node 1 ñến trạm ñích gắn với node 4. trong hình này, ta xét 3 dạng trễ:

• Trễ lan truyền: Thời gian tín hiệu truyền từ node này sang node khác. Thời gian này thường không ñáng kể. Tốc ñộ các tín hiệu ñiện từ qua môi trường dây dẫn khoảng 2x108m/s.

• Thời gian truyền: Thời gian ñể bên phát gởi một khối dữ liệu. Ví dụ thời gian truyền một khối 10000 bits là một giây trên ñường truyền 10kbps.

• Trễ node: Thời gian ñể node tiến hành xiử lý cần thiết .

Trong chuyển mạch kênh, có một ñộ trễ trước khi thông ñiệp ñược. ðầu tiên, tín hiệu yêu cầu cuộc gị ñược gởi qua mạng ñể thiết lập nối kết ñến ñích. Nếu trạm ñích là không bận thì trả về tín hiệu chấp nhận cuộc gọi. Chú ý rằng trễ xử lý tồn tại trong mỗi node trong thời gian yêu cầu cuộc gọi, thời gian này thực hiện việc thiết lập ñường dẫn của nối kết. Khi trả lời, quá trình này là không cần thiết vì nối kết ñã ñược thiết lập. Khi nó ñã ñược thiết lập, thông ñiệp ñược gởi như một khối dữ liệu và trễ ởcác node chuyển mạch là không ñáng kể.


Trang 49

Hình 3-4 ðịnh thời sự kiện trong chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói.

Chuyển mạch gói kênh ảo gần tương tự như chuyển mạch kênh. Kênh ảo ñược yêu cầu bằng việc sử dụng gói yêu cầu gọi Call Request, gói này chịu một ñộ trễ nhất ñịnh tại mõi node. Kênh ảo ñược chấp nhận với gói Call Accept. Khác với trường hợp chuyển mạch kênh, cuộc gọi ñược chấp nhận còn có các trễ node ngay cả khi ñường dẫn của kênh ảo ñã ñược thiết lập, ñiều này là do gói ñược sắp hàng tại mỗi node và phải ñợi ñến phiên ñược truyền. Khi kênh ảo ñược thiết lập thì thông ñiệp ñược truyền trong các gói. Ta có thểthấy rằng trong giai ñoạn này có thể không truyền nhanh như chuyển mạch kênh vì chuyển mạch kênh là một tiến trình trong suốt, cung cấp một tốc ñộ dữ liệu cố ñịnh qua mạng. Chuyển mạch gói có một vài ñộ trễ ở mỗi node trên ñường dẫn, và kém hơn nữa, các trễ này là biến ñổi và tăng khi tải tăng.

Chuyển mạch gói datagram không yêu cầu thiết lập cuộc gọi. Như vậy, với các thông ñiệp ngắn, nó truyền nhanh hơn chuyển mạch gói kênh ảo và có thể nhanh hơn cả với chuyển mạch kênh. Tuy nhiên, vì mỗi datagram riêng ñược ñịnh tuyến một cách ñộc lập nên việc xử lý mỗi datagram này ở mỗi node lâu hơn chuyển mạch gói kênh ảo. Như vậy, với thông ñiệp dài thì kênh ảo là tốt hơn.

Hình 3-4 chỉ cho thấy về mối liên hệ về thực hiện của các kỹ thuật, tuy nhiên, thật ra, việc thực hiện tùy thuộc vào các dữ liệu gồm kích thước mạng, ñồ hình của nó, mẫu tải và các ñặc trưng của tổng ñài tiêu biểu.

Các ñặc trưng khác

Bên cạnh việc thực hiện, có một số ñặc trưng khác có thể ñược xét trong việc so sánh các kỹ thuật ñã ñược bàn luận. Bảng 3-1 tổng quát các ñặc trưng quan trọng này. Hầu hết các ñặc trưng này ñã ñược ñề cập, một vài chú giải bổ sung sau:


Trang 50

Như ñã nói trước ñây, chuyển mạch kênh cung cấp dịch vụ trong suốt, Khi nối kết ñược thiết lập thì cung cấp tốc ñộ dữ liệu không ñổi cho các trạm ñược nối, ñiều này không tồn tại trong chuyển mạch gói mà tiêu biểu là trễ thay ñổi. Ngoài ra, trong chuyển mạch gói datagram, dữ liệu có thể ñến với các trật tự khác với trật tự mà nó ñược truyền.

Ngoài tính trong suốt, chuyển mạch kênh không yêu cầu thông tin dẫn ñường, khi nối kết ñã ñược thiết lập thì dữ liệu ñược chuyển qua nó từ nguồn ñến ñích. Với chuyển mạch gói, mỗi gói bao gồm các bit thông tin dẫn ñường ví dụ ñịa chỉ ñích.

Bảng 3-1. So sánh kỹ thuật chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói.

Chuyển mạch kênh Chuyển mạch gói datagram

Chuyển mạch kênh ảo

ðường dẫn ñược ấn ñịnh Không ấn ñịnh ñường dẫn Không ấn ñịnh ñường dẫn Truyền liên tục dữ liệu Truyền các gói Truyền các gói ðủ nhanh cho tương tác ðủ nhanh cho tương tác ðủ nhanh cho tương tác Không lưu thông ñiệp Các gói ñược lưu cho ñến khi

ñược phân phối Các gói ñược lưu cho ñến khi ñược phân phối

ðường dẫn ñược thiết lập cho toàn bộ cuộc trao ñổi

ðường dẫn ñược thiết lập cho mỗi gói

ðường dẫn ñược thiết lập cho toàn bộ cuộc trao ñổi

Trễ thiết lập cuộc gọi lớn, trễ truyền dẫn không ñáng kể.

Trễ truyền gói Trễ thiết lập cuộc gọi, trễ truyền gói.

Báo bận nếu bị gọi bận Không thông báo chủ gói nếu gói không ñược phân phối

Thông báo cho chủ gói về nối kết ñược chấp nhận

Quá tải có thể ngăn việc thiết lập cuộc gọi, không có trễ trong những cuộc gọi ñã ñược thiết lập

Quá tải tăng trễ gói

Quá tải có thể ngăn thiết lập cuộc gọi, trễ gói tăng.

Các node chuyển mạch cơ ñiện hoặc máy tính

Các node chuyển mạch nhỏ Các node chuyển mạch nhỏ

ðáp ứng user cho việc bảo vệ mất thông ñiệp

Mạng có thể ñáp ứng cho từng gói

Mạng có thể ñáp ứng cho chuỗi gói

Thường không chuyển ñổi tốc ñộ và mã

Chuyển ñổi tốc ñộ và mã Chuyển ñổi tốc ñộ và mã

Truyền băng thông cố ñịnh Sử dụng băng thông ñộng Sử dụng băng thông ñộng Không có các bit thông tin dẫn ñường sau thiết lập cuộc gọi

Có các bit thông tin dẫn ñường trong mỗi gói.

Có các bit thông tin dẫn ñường trong mỗi gói.

Hoạt ñộng bên trong và bên ngoài

ðặc trưng quan trọng nữa của mạng chuyển mạch gói là việc sử dụng datagram ở ñâu trong mạng. Trên giao tiếp trạm và node, mạng có thể cung cấp dịch vụ nối kết có hướng hoặc không nối kết. Với dịch vụ nối kết có hướng,trạm tiến hành yêu cầu cuộc gọi ñể thiết lập nối kết logic ñến trạm khác. Tất cả các gói ñưa ñến mạng ñược nhận dạng theo một nối kết logic nào ñó và ñược ñánh số tuần tự. Mạng tiến hành phân phối gói theo trật tự gói. Nối kết logic thường ñược xem là kênh ảo và dịch vụ nối kết có hướng ñược xem là dịch vụ kênh ảo bên ngoài, tuy nhiên, dịch vụ này là khác với nội dung hoạt ñộng kênh ảo bên trong mà chúng ta sẽ xét ñến. Ví dụ dịch vụ kênh ảo bân ngoài là X.25 sẽ ñược xét trong phần 4.

Với dịch vụ không nối kết, mạng chỉ kiểm soát gói ñộc lập và có thể không phân phối chúng theo trật tự hoặc tin cậy. Dạng phục vụ này thường gọi là dịch vụ datagram


Trang 51

ngoài, nội dung này khác với hoạt ñộng datagram bên trong. Như vậy, mạng có thể cấu trúc một ñường dẫn cố ñịnh giữa hai ñiểm (kênh ảo) hoặc là không cố ñịnh (datagram).

A

Mạng chuyển mạch gói

B

C

B.3 B.2 B.1

B.3 B.2 B.1

C.3 C.2 C.1

C.3 C.2 C.1

A, Chuyển mạch ảo bên ngoài: Nối kết ñược thiết lập giữa hai trạm. Các gói ñược dán nhãn với số kênh ảo và số thứ tự gói. Các gói ñến ñích theo thứ tự.

A


B

C

B.3 B.2 B.1

B.3 B.1 B.2

C.3 C.2 C.1

C.1 C.3 C.2

B, Datagram bên ngoài: Mỗi gói ñược truyền một cách ñộc lập. Các gói ñược dán nhãn với một ñịa chỉ ñích và có thể ñến ñích không theo thứ tự.

1

2 3

4 5

6 A

B

C

1 2

1 2

3

3

C, Datagram bên trong: Mỗi gói ñược ñối xử một cách ñộc lập bởi mạng. Các gói ñược dán nhãn với các ñịa chỉ ñích và có thể ñến ñích không theo thứ tự


Trang 52

Hình 3-5 Hoạt ñộng kênh ảo và datagram bên trong và bên ngoài.

Các loại thiết kê bên trong và bên ngoài:

• Kênh ảo ngoài, kênh ảo trong: Khi user yêu cầu một kênh ảo thì một ñường dẫn ñã ấn ñịnh qua mạng ñược cấu trúc. Tất cả các gói theo ñường dẫn này ñến ñích.

• Kênh ảo ngoài, datagram trong: Mạng kiểm soát các gói riêng biệt. Như vậy, các gói khác nhau với cùng kênh ảo có thể có các ñường dẫn khác nhau. Tuynhiên, mạng ñệm các gói ở node ñích nếu cần thiết ñể nó phân phối ñến ñích theo trật tự thích hợp.

• Datagram ngoài và datagram trong: Mỗi gói ñược ñối xử ñộc lập từ trên quan ñiểm user lẫn quan ñiểm mạng.

• Datagram ngoài và kênh ảo trong: User ngoài không nhìn thấy ñược các nối kết, nó chỉ ñơn giản gởi các gói ở một thời ñiểm. Mạng thiết lập nối kết logic giữa hai trạm ñể phân phối gói và cũng có thể giải phóng các nối kết này ñể thỏa mãn các nhu cầu trong dự tính trong tương lai.

Câu hỏi ñược ñặt ra là chọn kênh ảo hay datagram ở trong hay ngoài. ðiều này sẽ phụ thuộc vào mục ñích thiết kế của mạng truyền thông hay các yêu tố về giá thành.

ðối với hoạt ñộng bên trong, ưu ñiểm nổi bậc của datagram là tính bền bỉ và linh hoạt. Nếu các node và tuyến trong mạng là không ổn ñịnh thì datagram có thể ñi vòng qua những nơi ñó. Khi node hoặc tuyến bị sự cố thì datagram có thể tìm ra một ñường dẫn thay thế khác một cách nhanh chóng. Thời gian chọn lại ñường dẫn của kênh ảo là lớn hơn và thậm chí có thể bị mất kiểm soát. Tuy nhiên, kênh ảo có thể tối thiểu ñược thông tin dẫn ñường, ñường dẫn ñược thiêt lập chỉ cần qua một gói ban ñầu và các gói sau ñược chuyển ñi theo thứ tự.

Với hoạt ñộng bên ngoài, ta thấy rằng: dịch vụ datagram ghép với hoạt ñộng datagram bên trong cho phép hiệu quả sử dụng mạng, không thiết lập cuộc gọi và cũng không cần giữ gói, nếu gói lỗi thì nó ñược truyền lại. Việc gói không cần giữ gói có thể cung cấp ñược cho các dịch vụ thời gian thực sau này. Dịch vụ kênh ảo có thể cung cấp ñiều khiển tuần tự và ñiều khiển lỗi, ñiều này hấp dẫn cho việc hỗ trợ các ứng dụng nối kết có hướng như truyền file và truy cập ñầu cuối từ xa.

D, Mạch ảo bên trong: ðường dẫn cho gói giữa hai trạm ñược ñịnh nghĩa xác ñịnh. Tất cả các gói theo ñường dẫn ñó ñến ñích theo thứ tự.

1

2 3

4 5

6 A

B

C

VC1

VC2


Trang 53

Trong thực tế, dịch vụ kênh ảo thường ñược sửdụng nhiều hơn dịch vụ bên trong. Tính tin cậy và ñộ thuận tiện của dịch vụ nối kết có hướng dường như hấp dẫn hơn dịch vụ datagram.

2. ðỊNH TUYẾN

Một trong những khía cạnh chủ yêu và phức tạp trong thiết kế mạng chuyển mạch gói là ñịnh tuyến. Trước tiên, ta sẽ xét ñến các ñặc trưng chính mà có thể ñược sử dụng ñể phân lớp các chiến lược ñịnh tuyến, sau ñó sẽ xét ñến các chiến lược này.

Các ñặc trưng:

Chức năng ñầu tiên của mạng chuyển mạch gói là tiếp nhận các gói từ trạm nguồn và phân phối nó ñến trạm ñích. ðể hoàn thành ñiều này, một ñường dẫn hoặc một lộ trình qua mạng phải ñược xác ñịnh, thông thường, nhiều ñược dẫn có thể ñược cho phép. Như vậy, chức năng ñịnh tuyến phải ñược thực hiện. Các yêu cầu cho chức năng này bao gồm: chính xác, ñơn giản, ổn ñịnh, kiên ñịnh, công bằng, hiệu quả và tối ưu.

Hai yêu cầu ñầu tiên là yêu cầu cơ bản, ñảm bảo ñường ñi ñến ñích là chính xác, ñơn giản ñể thuật toán ñịnh tuyến ñược tiến hành nhanh chóng. Tính kiên ñịnh là khả năng mạng phân phối các gói qua những ñường dẫn ñứng trước các sự số cục bộ của mạng. Một cách lý tưởng thì mạng có thể phản ứng với các sự kiện như vậy mà không bị mất gói hoặc phá vỡ các kênh ảo. người thiết kế xác ñịnh tính kiên ñịnh phải xét ñến yêu cầu cạnh tranh với tính ổn ñịnh. Kỹ thuật mà tác ñộng ñến sự thay ñổi tình trạng phải cân bằng giữa ñáp ứng quá chậm với những sự kiện hoặc dao ñộng không ổn ñịnh do tác ñộng quá nhanh. Ví dụ, mạng có thể tác ñộng lên nghẽn từ một vùng bằng cách dịch chuyển tải sang vùng thứ hai. Bây giờ, ñến vùng thứ hai lại quá tải và vùng thứ nhất lại dướimức sử dụng (do ñã dịch tải sang vùng thứ hai). Khi dịch chuyển như vậy, các gói có thể ñi qua các vòng lặp qua mạng gây nên tải ảo trong mạng.

Bảng 3-2. Các thành phần của kỹ thuật ñịnh tuyến cho các mạng chuyển mạch gói

Tiêu chí thực hiện Nguồn thông tin mạng

Số chặng

Giá thành

Trễ

Thông lượng

Thời ñiểm quyết ñịnh

Không

Cục bộ

Node lân cận

Tuyến dọc theo các node

Tất cả các node

Thời gian cập nhật thông tin mạng Gói (datagram)

Phiên (kênh ảo)

Nơi quyết ñịnh

Mỗi node (phân tán)

Node trung tâm (tập trung)

Node nguồn (nguồn)

Liên tục

Chu kỳ

Chủ yếu khi tải thay ñổi

Topo thay ñổi

Sự cân bằng giữa tính công bằng và tính tối ưu. Nhiều tiêu chí thực hiện có thể ñưa ra ñộ ưu tiên cao hơn cho sự trao ñổi các gói giữa các trạm gần nhau so với các trạm


Trang 54

cách xa nhau. Chính sách này có thể tối ña thông lượng trung bình nhưng sẽ xuất hiện sự bất cong ñến trạm cần trao ñổi với những trạm ở xa.

Cuối cùng, kỹ thuật ñịnh tuyến bao gồm việc xử lý thông tin dẫn ñường ở mỗi node và truyền thông tin dẫn ñường và cả hai nhiệm vụ này làm cho mạng không hiệu quả. ðiểm bất lợi của thông tin dẫn ñường cần phải nhỏ hơn lợi nhuận sinh ra do các thông số như tăng tính kiên ñịnh hoặc công bằng.

Với các yêu cầu này, ta phải ấn ñịnh các thành phần thiết kế ña dạng góp phần hình thành chiến lược ñịnh tuyến. Bảng 2 liệt kê các thành phần này. Các loại chồng lấp hoặc phụ thuộc lẫn nhau.

Tiêu chí thực hiện

Việc chọn ñường thường dựa trên một số tiêu chí thực hiện. Tiêu chí thực hiện ñơn giản nhất là chọn lựa ñường dẫn ít chặng nhất (ñường dẫn ít node nhất) thông qua mạng, ñây là tham số ño dễ dàng và có thể tối thiểu hóa sự tiêu thụ tài nguyên mạng. Tiêu chuẩn chung của tiêu chí số chặng tối thiểu là ñịnh tuyến chi phí tối thiểu. Trong trường hợp này, chi phí ñược kết hợp với mỗi tuyến,trạm, ñường qua mạng mà tổng cộng có chi phí tối thiểu ñược xác ñịnh. Ví dụ, Hình 3-6 mô tả một mạng với cặp ñường dẫn có mũi tên giữa các node biểu diễn một tuyến giữa hai node ñó và con số tương ứng là chi phí của tuyến ở mỗi hướng. ðường dẫn ngắn nhất từ node 1 ñến node 6 là 1-3-6 (cost=5+5=10), nhưng ñường dẫn có chi phí tối thiểu là 1-4-5-6 (cost = 1+1+2=4). Chi phí (cost) ñược gán với các tuyến hỗ trợ một hoặc nhiều ñối tượng thiết kế. Ví dụ, chi phí có thể liên quan ñến tốc ñộ dữ liệu hoặc ñộ trễ hàng ñợi trên tuyến. trong trường hợp ñầu, lộ trình chi phí tối thiểu cung cấp ñường dẫn có thông lượng cao và trường hợp thứ hai sẽ cung cấp ñường dẫn có ñộ trễ bé.

Hình 3-6 Ví dụ mạng chuyển mạch gói.

Trong phương pháp chặng tối thiểu hoặc chi phí tối thiểu thì thuật toán xác ñịnh ñường dẫn tối ưu cho các cặp trạm liên hệ rõ ràngvới nhau và thời gian xử lý gần như nhau. Bởi vì phương pháp chi phí tối thiểu ít linh hoạt nên thường dùng tiêu chí số chặng tối thiểu.

Thời ñiểm và nơi quyết ñịnh

Các quyết ñịnh ñịnh tuyến ñược tiến hành dựa trên một số tiêu chí thực hiện. Hai ñặc trưng quyết ñịnh là thời ñiểm và nơi quyết ñịng ñược tiến hành.

Thờiñiểm quyết ñịnh ñược xác ñịnh có quyết ñịnh ñịnh tuyến ñược tiến hành trên một kênh ảo hay datagram. Khi hoạt ñộng ben trong là datagram thì quyết ñịnh ñịnh


Trang 55

tuyến ñược tiến hành riêng cho mỗi gói. Với hoạt ñộng bên trong mạng là kênh ảo thì quyết ñịnh ñịnh tuyến ñược tiến hành ở thời ñiểm kênh ảo ñược thiết lập. ðơn giản, tất cả các gói sau ñó sử dụng kênh ảo theo cùng một ñường. Trong các thiết kế mạng phức tạp, mạng có thể thay ñổi ñộng lộ trình ñược gán với một kênh ảo trong ñáp ứng với các tình trạng thay ñổi (ví dụ quá tải hoặc sự cố của một phần của mạng).

Thuật ngữ nơi quyết ñịnh ngụ ý ñến node hoặc các node trong mạng là chỉutách nhiệm quyết ñịnh ñịnh tuyến. Hầu hết là ñịnh tuyến phân tán, trong kiểu ñịnh tuyến này, mỗi node chịu trách nhiệm chọn tuyến ngõ ra cho các gói ñưa ñến. Với ñịnh tuyến tập trung, quyết ñịnh ñược tiến hành bởi một số node ñã ñược thiết kế trước như một mạng ñiều khiển tập trung. Sự nguy hiểm của phương pháp này là mất ñiều khiển trung tâm có thể làm ngưng trệ hoạt ñộng mạng. Phương pháp phân tán phức tạp nhưng mạnh hơn. Phương pháp thứ ba sử dụng trong một số mạng là ñịnh tuyến nguồn. trong trường hợp này, quyết ñịnh ñịnh tuyến ñược quyết ñịnh bởi trạm nguồn hơn là ở node mạng và sau ñó truyền vào trong mạng, phương pháp này cho phép user xác ñịnh tuyến qua mạng thỏa mãn tiêu chí cục bộ của user ñó.

Thời ñiểm và nơi quyết ñịnh ñược thiết kế hoàn toàn ñộc lập nhau. Ví dụ trong Hình 3-6, giả sử rằng nơi quyết ñịnh là mỗi node và giá trị ñược sử dụng là các chi phí ñược cho ở thời ñiểm nhất ñịnh (chi phí là tham số có thể thay ñổi theo thời gian). Nếu gói ñược phâ phối giữa node 1 ñến node 6 thì có thể qua các node 1-4-5-6 với mỗi nhánh ñược kết thúc bởi một node. Bây giờ, giả sử giá trị thanh ñổi nên 1-4-5-6 là dài hơn lộ trình tối ưu. Trong mạng datagram, gói kế tiếp có thể theo một con ñường khác bởi node nhận ñược sẽ quyết ñịnh ñường tiếp theo này. Trong mạng kênh ảo, mỗi node sẽ ghi nhớ quyết ñịnh chọn ñường ñược tiến hành khi kênh ảo ñược thiết lập và sẽ chuyển tiếp gói mà không thực hiện quyết ñịnh ñịnh tuyến mới.

Nguồn thông tin mạng và thời gian cập nhật

Hầu hết các chiến lược yêu cầu các quyết ñịnh ñịnh tuyến dựa trên kiến thức và topo mạng, tải lưu lượng và chi phí tuyến. Tuy nhiên, mộtvài chiến lược không sử dụng dụng thông tin như vậy mà chỉ quản lý qua việc chuyển các gói, ñịnh tuyến ngẫu nhiên và lan tràn là các kiểu ñịnh tuyến thuộc loại này. Hai kiểu ñịnh tuyến này sẽñược xét sau.

Trong ñịnh tuyến phân tán, quyết ñịnh ñịnh tuyến ñược tiến hành tại mỗi node, các node có thể sử dụng thông tin cục bộ như chi phí của mỗi tuyến ngõ ra. Mỗi node có thể thu thậpthông tin từ các node lân cận (ñược nối trực tiếp). Trong mỗi node, các thuật toán ñịnh tuyến sử dụng thông tin từ các node trên lộ trình ñược xét. Trong trường hợp ñịnh tuyến tập trung, node trung tâm sử dụng thông tin nhận ñược từ tất cả các node.

Một nội dung kiên hệ là thời gian cập nhật thông tin, ñây là chức năng của nguồn thông tin lẫn chiến lược ñịnh tuyến. Rõ ràng, nếu không có thông tin ñược sử dụng (như kiểu lan tràn) thì không có thông tin ñược cập nhật. Nếu thông tin cục bộ ñược sử dụng thì sự cập nhật liên tục lại là thiết yếu. Với các loại nguồn thông tin (các node lân cận hay tất cả các node) thì thời gian cập nhật tùy thuộc vào chiến lược ñịnh tuyến. Với chiến lược ñịnh tuyến cố ñịnh, thông tin không cao giờ ñược cập nhật. Với ñịnh tuyến thích nghi, thông tin ñược cập nhật từng thời ñiểm ñể cho phép quyết ñịnh ñịnh tuyến thích hợp với sự thay ñổi trạng thái.

Càng nhiều thông tin và sự cập nhật càng thường xuyên thì mạng sẽ cho một quyết ñịnh ñịnh tuyến càng tốt nhưng mặt khác, sự trao ñổi thông tin này lại tiêu thụ tài nguyên của mạng.


Trang 56

Các chiến lược ñịnh tuyến

Phần lớn các chiến lược ñịnh tuyến bao gồm việc giải quyết các yêu cầu của các mạng chuyển mạch gói, nhiều chiến lược ñịnh tuyến còn ñược ứng dụng trong ñịnh tuyến liên mạng. Trong phần này, ta xét 4 chiến thuật ñịnh tuyến chính, ñó là cố ñịnh, lan tràn, ngẫu nhiên và thích nghi.

ðịnh tuyến cố ñịnh (fixed)

Với ñịnh tuyến cố ñịnh, ñường dẫn ñược chọn trước cho mỗi cặp nguồn – ñích của các node trong mạng. Các giải thuật ñịnh tuyến chi phí tối thiểu có thể ñược sử dụng. Các tuyến là cố ñịnh trừ khi thay ñổi trong topo mạng. Như vậy, các chi phí tuyến ñược sử dụng trong thiết kế các lộ trình không thể dựa vào các biến ñộng như lưu lượng.

Hình 3-7 ðịnh tuyến cố ñịnh

Hình 3-7 mô tả hoạt ñộng tiêu biểu của ñịnh tuyến cố ñịnh. Một ma trận ñịnh tuyến ñược tạo và có thể lưu trữ ở trung tâm ñiều khiển mạng. Ma trận cho thấy với mỗi cặp nguồn ñích của các node thì xác nhận node kế tiếp trên lộ trình.

Chú ý rằng không cần phải lưu toàn bộ lộ trình có thể trên mỗi cặp node. Với mỗi cặp node, trước tiên, xác ñịnh node ñầu, giả sử, ñịnh tuyến chi phí tối thiểu từ X ñến Y, bắt ñầu với tuyến X-A. Gọi phần còn lại từ A ñến Y là R1. Gọi R2 là ñường chi phí tối thiểu từ A ñến Y. Bây giờ, nếu chi phí R1 lớn hơn R2 thì ñuờng X-Y sử dụng R2. Nếu R1<R2 thì R2 không phải là chi phí tối thiểu từ A ñến Y, do ñó, R1=R2. như vậy, mỗi ñiểm trên ñường chỉ cần biết ñến node tiếp theo mà không cần biết toàn bộ cấc node trên lộ trình. Ví dụ, node 1 ñến node 6, bắt ñầu qua node 4. Sử dụng ma trận, node 4 ñến node 6 ñi qua node 5 và cuối cùng, node 5 ñến node 6 trực tiếp. Ta ñược một lộ trình hoàn chỉnh là 1-4-5-6.


Trang 57

Từ ma trận này, các bảng ñịnh tuyến có thể ñược phát triển và lưu giữ cho mỗi node. Từ trên ñồ thị, mỗi node cần lưu trữ một cột trong thư mục ñịnh tuyến. Thư mục của node chỉ ra node kế tiếp cho mỗi ñích.

Với ñịnh tuyến cố ñịnh, không có sự khác biệt giữa datagram và kênh ảo. Mọi gói ñi từ một nguồn ñến ñích theo cùng một hướng.

Ưu ñiểm của ñịnh tuyến cố ñịnh là ñơn giản, hoạt ñộng tốt trong mạng tin cậy với tải ổn ñịnh. Nhược ñiểm của nớ là không linh ñộng, không phản xạ tốt ñối với trình trạng nghẽn mạng hoặc sự cố.

Sự cải tiến cho ñịnh tuyến cố ñịnh là có thể ñiều chỉnh tuyến và node ngõ ra ñể hỗ trợ cho các node với một node kế thay thế cho mỗi ñích. Ví dụ, các node kế thay thế trong thư mục node 1 có thể là 4, 3, 2, 3, 3.

ðịnh tuyến lan tràn (flooding)

Kỹ thuật ñịnh tuyến ñơn giản khác là ñịnh tuyến lan tràn. Kỹthuật này không yêu cầu bất cứ thông tin nàocủa mạng và nó làm việc như sau: Gói ñược gởi từ node nguồn ñến tất cả các node lân cận. Tại các node khác, khi gói ñến thì nó ñược chuyển ra tất cả các ngõ ra trừ ngõ ra tương ứng ngõ vào ñưa gói ñến. Ví dụ, node 1 trong Hình 3-6 gởi một gói ñến node 6 thì node 1 sẽ sao lại gói này và gởi bản sao ñến node 2, 3 và 4. Tương tự, node 2 sẽ gởi bản sao ñến node 3 và node 4. Node 4 sẽ gởi bản sao ñến node 2, 3 và 5. Quá trình cứ tiếp diễn. Cuối cùng, các bản sao ñến node 6. Gói phải có cùng một ñịnh danh (node nguồn, số thứ tự hay số kênh ảo và số thứ tự) ñể node 6 biết và hủy tất cả các gói trừ gói nhận ñược ñầu tiên.

Rõ ràng, không có ñiểm dừng trong việc truyền lại các gói liên tục, số gói có thể tăng vô hạn. ðể ngăn ngừa ñiều này, ở mỗi node sẽ ghi nhớ ñịnh danh các gói truyền ñi. Khi các bản sao là trùng lắp thì chúng sẽ ñược loại bỏ. Một bộ ñếm có thể ñược áp dụng ñể ñếm số chặng cho mỗi gói. Ban ñầu, giá trị ñược lập cho bộ ñếm với một tham số cực ñại nào ñó chẳng hạn là “ñường kính” (chiều dài lớn nhất của ñường dẫn số chặng tối thiểu qua mạng) của mạng. Mỗi khi ñi qua một node thì giá trị giảm ñi một ñơn vị. Khi giá trị này giảm xuống bằng 0 thì gói sẽ bị hủy.

Ví dụ ñược mô tả như Hình 3-8. Một gói ñược gởi từ node 1 ñến node 6 và ñược gán số chặng bằng 3. Ở chặng ñầu tiên, 3 bản sao ñược tạo ra.Với chặng thứ hai của những bản sao này có tấtcả 9 bản sao tiếp theo ñược tạo ra. Một trong những bản sao này ñược gởi ñến node 6 và nhận thấy rằng ñây chính là ñích và không truyền tiếp nữa. tuy nhiên, các node khác tạo ra 22 bản sao mới và cũng là chặng cuối cùng vì giá trị số chặng là 3. Khi ñến các node tiếp theo, tất cả những bản sao này bị loại bỏ. Node 6 nhận tổng cộng 4 bản sao của gói.

Kỹ thuật lan tràn có 3 ñặc trưng lưu ý sau:

• Các lộ trình có thể giữa nguồn và ñích ñều ñược tiến hành. Như vậy, không bỏ sót bất cứ khả năng nào và gói sẽ ñi qua tối thiểu một ñường dẫn tồn tại giữa nguồn và ñích.

• Vì tất cả các ñường ñều ñược thử nghiệm nên có tối thiểu một bản sao của gói ñến ñích sử dụng ñường dẫn số chặng tối thiểu.

• Tất cả các node mà nối trực tiếp hoặc không trực tiếp với node nguồn ñều ñược thăm dò.


Trang 58

Hình 3-8 Ví dụ về ñịnh tuyến lan tràn (số chặng bằng 3).

Với ñặc trưng ñầu, kỹ thuật lan tràn có tính kiên ñịnh cao và có thể ñược sử dụng ñể gởi các thông ñiệp khẩn. ví dụ ứng dụng mạng quân sự mà ñối tượng là các mối hiểm họa ngoại xâm. Với ñặc trưng thứ hai, kỹ thuật lan tràn có thể ñược sử dụng ñể thiết lập ñường dẫn cho kênh ảo. ðặc trưng thứ ba cho thấy rằng lan tràn có thể hiệu quả với việc phổ biến thông tin ñến tất cả các node.

Nhược ñiểm chính của ñịnh tuyến lan tràn là tải lưu lượng cao do nó tạo ra.

ðịnh tuyến ngẫu nhiên (random)

ðịnh tuyến ngẫu nhiên mang tính ñơn giản và kiên ñịnh của lan tràn với các tải lưu lượng xa, Trong ñịnh tuyến ngẫu nhiên, node chọn một trong các ñường dẫn ngõ ra ñể


Trang 59

truyền cho gói ñưa ñến. tuyến ngõ ra ñược chọn ngẫu nhiên trừ tuyến ñến. Nếu tấtcả các tuyến như nhau thì node có thể ứng dụng ñơn giản cho các tuyến ngõ ra thep phương pháp xoay vòng (roud-robin).

Cải tiến của kỹ thuật này là gán một xác suất tới mỗi tuyến ngõ ra và chọn tuyến dự trên xác suất này. Xác suất có thể dựa trên tốc ñộ dữ liệu, trong trường hợp này, ta có:

∑=

j j

ii R

RP

Trong ñó,

Pi: xác suất chọn tuyến i.

Ri: tốc ñộ dữ liệu trên tuyến i.

Tổng ñược tiến hành trên tất cả các tuuyến ngõ ra ứng cử. Sơ ñồ này cung cấp sự phân bố lưu lượng rất tốt. Chú ý rằng xác suất còn có thể ñược dựa trên chi phí tuyến cố ñịnh.

Cũng như lan tràn, kỹ thuật ñịnh tuyến ngẫu nhiên không yêu cầu sử dụng thông tin mạng. Bởi vì lộ trình ñược tiến hành hoàn toàn ngẫu nhiên và không có số chặng tối thiểu hay chí phí tối thiểu nên mạng phải mang một lưu lượng lớn hơn lưu lượng tối ưu mặc dù không cao như lan tràn.

ðịnh tuyến thích nghi

ðịnh tuyến thích nghi là loại ñịnh tuyếnmà quyết ñịnh ñịnh tuyến phù hợp với sự thay ñổi trình trạng mạng. Các tình trạng cơ bản ảnh hưởng ñến quyết ñịnh ñịnh tuyến là:

Sự cố: Khi một node hay trung kế bị sự cố thì nó không thể sử dụng làm một phần của lộ trình.

Nghẽn: Khi một phần của mạng nghẽn cao thì nó muốn các gói ñi vòng qua vùng nghẽn.

ðể ñịnh tuyến thích nghi có thể hoạt ñộng, thông tin về trạng thái mạng phải ñược trao ñổi giữa các node. ðiều này phải dung hòa giữa chất lượng thông tin và số lượng thông tin dẫn ñường. Nhiều thông tin ñược trao ñổi và sự trao ñổi càng thường xuyên thì quyết ñịnh ñịnh tuyến càng tốt. Mặc khác, thông tin này bản thân nó chính là tải trên mạng nên nó lại là nguyên nhân gay giảm hiệu suất.

Một vài hạn chế trong ñịnh tuyến thích nghi:

• Quyết ñịnh ñịnh tuyến là phức tạp, do ñó, trách nhiệm xử lý trên các node tăng.

• Trong hầu hết các trường hợp, chiến lược ñịnh tuyến thích nghi tùy thuộc thông tin trạng thái mà ñược thu thập từ một nơi và ñược sử dụng ở nơi khác, do ñó, trách nhiệm lưu lượng trên mạng tăng.

• Chiến lược thích nghi phản ứng quá nhanh gây nên sự dao ñộng nghẽn nếu nó phẩn ứng quá chậm thì chiến lược sẽ không thích hợp.

Mặc dù có những nguy hiểm thật sự nhưng chiến lược ñịnh tuyến thích nghi lại phổ biến với hai lý do sau:

• Chiến lược ñịnh tuyến thích nghi có thể cải thiện hiệu suất.

• Chiến lược ñịnh tuyến thích nghi có thể hỗ trợ ñiều khiển nghẽn.


Trang 60

Những ưu ñiểm này có thẻ hoặc không thể nhận ra, tùy thuộc vào ñộ lớn thiết kế và bản chất của tải. Với một mạng rộng thì nó là một nhiệm cụ cực kỳ phức tạp ñể có thể thực hiện. Hầu hết các mạng chuyển mạch gói như ARPANET và các mạng tiếp theo của nó như TYMNET ñược phát triển bởi IBM và DEC phải chịu ñựng chiến lược ñịnh tuyến này.

Cách thức thông thường là phân lớp các chiến lược ñịnh tuyến thích nghi dựa trên cơ sở nguồn thông tin: cục bộ, các node lân cận và mọi node.

Ví dụ ñịnh tuyến thích nghi chỉ có thông tin cục bộ (thích nghi ñơn ñộc) về các tuyến của node thì các gói chuyển ñến ngõ ra với chiều dài hàng ñợi Q ngắn nhất. ðiều này sẽ có hiệu ứng cân bằng tải trên các tuyến ngõ ra. Tuy nhiên, một vài tuyến ngõ ra có thể không ñược dẫn dường ñúng. Ta có thể cải tiến bằng cách tính toán hướng ưu tiên kiểu như ñịnh tuyến ngẫu nhiên. Trong trường hợp này, mỗi tuyến từ node sẽ có một xu thế Bi cho mỗi ñích i. Với mỗi gói ñưa ñến node i thì node sẽ chọn tuyến ngõ ra mà tối thiểu hóa Q+Bi. Như vậy, node sẽ gởi các gói theo hướng ñúng với một ñiều kiện tiến hành trên các ñộ trễ lưu lượng hiện hành.

Hình 3-9 Ví dụ ñịnh tuyến thích nghi.

Hình 3-9 cho thấy trạng thái của node 4 của Hình 3-6 ở một thời ñiểm nhất ñịnh. Node 4 có các tuyến nối ñến 4 node khác. Số gói ñưa ñến và một sự tồn ñọng ñược dựng lên với một hàng ñợi của các gói ñợi trên mỗi tuyến ngõ ra. Gói ñưa ñến node 1 ñược dự ñịnh cho node 6. Ngõ ra nào sẽ chuyển gói ra? Dựa vào ñồ dài hàng ñợi hiện hành và xu thế B6 cho mỗi tuyến ngõ ra. Giá trị Q+B6=4 trên ñường nối ñến node 3. Vậy, gói sẽ ñi qua 3.

Phương án thích nghi ñơn ñộc ít ñược sử dụng rộng rãi vì chỉ sử dụng một phần thông tin cố ñịnh. Hai loại thông tin khác là các node lân cận (còn gọi là thích hợp phân bố) và tất cả các node (thích nghi tập trung) có ưu ñiểm là thông tin từ các node nhưng lại mang nhược ñiểm là trễ lớn. Trong trường hợp thông tin từ các node lân cận thì sự trao ñổi thông tin làm chậm các node khác. Trên cơ sở thông tin nhận ñược, node liệt kê và dự trù tình trạng trễ qua mạng. Trường hợp thông tin từ tất cả các node thì các node gởi thông tin ñến node trung tâm và node trung tâm thiết kế tuyến dựa trên thông tin này rồi gởi thông tin này lại cho node ñó.

ðến node 2

Node 4

ðến node 1

ðến node 3

ðến node 5

Bảng giá trị xu hướng cho ñích 6 của node 4 Node kế Xu hướng

1 9 2 6 3 3 5 0


Trang 61

Các thuật toán chi phí tối thiểu

Các mạng chuyển mạch gói và internet dựa trên quyết ñịnh ñịnh tuyến của nó từ các tiêu chí chi phí tối thiểu. Nếu tiêu chí là tối thiểu số chặng thì mỗi tuyến có giá trị bằng 1. Tiêu biểu hơn, giá trị của tuyến là phần trăm của dung lượng tuyến, phần trăm tải hiện hành trên tuyến và các sự kết hợp khác. Trong mọi trường hợp, các chi phí của tuyến hay chặng ñược sử dụng như các tham số ngõ vào của thuật toán ñịnh tuyến chi phí tối thiểu mà có thể ñược phát biểu ñơn giản như sau:

Cho một mạng gồm các node ñược nối bởi các tuyến song công, trong ñó, mỗi tuyến có một chi phí ñược gán cho mỗi hướng, ñịnh nghĩa chi phí của ñường dẫn giữa hai node là tổng của các tuyến hợp thành ñường dẫn. Với mỗi cặp node, tìm ñường dẫn với chi phí tối thiểu.

Hầu hết các thuật toán chi phí tối thiểu ñang ñược sử dụng trong các mạng chuyển mạch gói và internet là Dijkstra hoặc Bellman-Ford. Trước tiên, ta sẽ xét thuật toán Dijkstra và sau ñó là Bellman-Ford.

Thuật toán Dijkstra

Thuật toán Dijkstra có thể ñược phát biểu như sau: Tìm các ñường dẫn ngắn nhất từ một node nguồn ñã cho ñến các node khác bằng việc phát triển các ñường dẫn ñể tăng ñộ dài ñường dẫn. Thuật toán thực hiện trong các tầng: Với tầng thứ k, các ñường dẫn ngắn nhất ñến k nodes gần nhất (chi phí thấp nhất) từ node nguồn ñược xác ñịnh, các node này trong một tập T. Ở tầng thứ k+1, node không thuộc T mà có ñường dẫn ngăn nhất từ node nguồn ñược bổ sung vàoT. Khi mỗi node ñưa vào T thì ñường dẫn của nó từ node nguồn ñược ñịnh nghĩa. Thuật toán có thể mô tả như sau. ðịnh nghĩa

N = tập các node trong mạng

s = node nguồn

T = tập các node ñược kết hợp bởi thuật toán

w(i,j) = chi phí tuyến từ node i ñến node j; w(i,j) = 0; w(i,j) =∞ nếu hai node không ñược nối tực tiếp với nhau. w(i,j)≥ 0 nếu hai node nối trực tiếp.

L(n) = ñường dẫn chi phí tối thiểu từ node s ñến node n, lúc xác lập bởi giải thuật và khi kết thúc là ñường dẫn chi phí tối thiểu trong ñồ thị từ s ñến n.

Thuật toán có 3 bước: bước 2 và bước 3 lặp lại cho ñến khi T=N. Nghĩa là cho ñến khi các ñường dẫn cuối cùng ñược xác ñịnh cho tất cả các node trong mạng.

1. [Khởi ñầu]

T = {s} nghĩa là tập các node chỉ gồm node nguồn

L(n) = w(i,j) for n≠ s nghĩa là các chi phí ñường dẫn khởi ñầu ñến những node lân cận là chi phí ñơn của tuyến.

2. [Tím node tiếp theo] Tìm node lân cận không thuộc trong T mà có ñường dẫn chi phí tối thiểu từ node s và bổ sung node ñó vào trong T. Ngoài ra, ta còn bổ sung cạnh của node ñó với những node trong T kết hợp thành ñường dẫn. ðiều này có thể biểu diễn như sau:

Tìm x ∉ T với L(x) = Tj∉

minL(j)


Trang 62

Bổ sung x vào T, bổ sung vào T cạnh của x mà kết hợp với thành phần chi phí tối thiểu với L(x)(nghĩa là chặng cuối trong ñường dẫn).

3. [Cập nhật các ñường dẫn chi phí tối thiểu]

L(n) = min [L(n), L(x) + w(x,n)] với mọi n ∉ N

Thuật toán kết thúc khi tất cả các node ñều ñược ñưa vào T. Khi kết thúc, giá trị L(x) ñược kết hợp với mỗi node x là chi phí của ñường dẫn chi phí tói thiểu từ node s tới x. Ngoài ra, T ñịnh nghĩa ñường dẫn chi phí tối thiểu từ s ñến các node khác.

Giải thuật Bellman-Ford

Giải thuật Bellman-Ford có thể phát biểu: Tìm các ñường dẫn ngắn nhất từ node nguồn cho trước với ràng buộc chỉ chứa một tuyến, sau ñó tìm các ñường dẫn ngắn nhất với ràng buộc chỉ chứa tối ña hai tuyến và cứ thế tiếp tục. Nếu ñường dẫn trước ñó là ngắn nhất thì ñể lại còn không thì cập nhật ñường dẫn mới. Thuật toán ñược tiến hành qua các tầng ñược biểu diễn như sau:

ðịnh nghĩa:

s:node nguồn,

dij: giá trị tuyến nối từ node i tới node j. dii=0, dij=∞ nếu i không nối trực tiếp với j và dij>0 nếu hai node i và j nối trực tiếp nhau.

Dn(h): Giá trị ñường ngắn nhất từ node s tới node n với ràng buộc ñường dẫn không nhiều hơn h tuyến.

h: số tuyến tối ña tại thời ñiểm tức thời của thuật toán.

Thuật có gồm 3 bước, bước 2 lặp lại cho ñến khi không có sự thay ñổi về giá trị:

1. [Khởi ñầu]

Dn(0)=∞ với mọi n khác s.

Ds(h)=0 với mọi h

2. [Thực hiện với h ≥0 và cập nhật giá trị]

Dn(h+1)=minj{ Dj(h)+djn}.

ðường dẫn từ s ñến i kết thúc ở tuyến từ i ñến j.

Trong bước 2, với h=K và với mỗi ñích của node n thì thuật toán so sánh các ñường dẫn vốn có từ s ñến n có chiều dài K+1 với ñường dẫn tồn tại ở ñiểm cuối cùng của bước trước ñó> Nếu ñường dẫn trước ñó là ngắn hơn thì ñường dẫn ñó có chi phí bé nhất và giứ nguyên ñường dẫn này. Nếu ñường dẫn của bước trước ñó là bé hơn ñường dẫn mới có ñộ dài K từ s ñến node j thì cộng với chặng trực tiếp từ j ñến n. Trong trường hợp này, ñường dẫn từ s ñến j sử dụng ñường dẫn gồm K chặng với j ñược ñịnh nghĩa từ bước trước ñó.

Ví dụ cho cả hai thuật toán Dijkstra và Bellman-Ford

Trên Hình 3-10 mô tả một mạng gồm 6 node và các gía tương ứng. Các bảng cùng với Hình 3-11Hình 3-11 trình bày áp dụng lần lượt hai giải thuật cho mạng này: (a) giải thuật Dijkstra; (b) giải thuật Bellman-Ford. Trong hai giải thuật này ñều chon node nguồn s là node số 1.


Trang 63

Hình 3-10 Ví dụ mạng với các chi phí tuyến tương ứng

So sánh

Bảng 3-3 cho ta kết quả ứng dụng thuật toán xét trên với Hình 3-10. Thuật toán Dijkstra tương ñối tốt hơn với ñịnh tuyến tập trung còn Bellman-Dord thì lại tốt hơn ñối với ñịnh tuyến phân tán. Trước tiên, ta xét thuật toán Bellman-Ford, nếu thực hiện bước 2 của thuật toán thì việc tính n bao gồm kiến thức về các chi phí tuyến nối từ node n ñến các node lân cận (djn) cùng với chi phí từ node nguồn s ñến các node lân cân (Dj(h)). Mỗi node có thể bao gồm một tập các chi phí của các ñường dẫn ñến các node khác trong mạng và có thẻ trao ñổi thông tin này với các node lân cận mọi thời ñiểm. Như vậy, mỗi node có thể sử dụng thông tin này trong bước thứ hai của thuật toán ñể cập nhật các ñường dẫn cùng với chi phí.

Bảng 3-3. Ví dụ các thuật toán chi phí tối thiểu

(a) Dijkstra’s Algorith (s = 1)

Bước M D 2 Path D 3 Path D 4 Path D 5 Path D 6 Path

1 {1} 1 {1,4} 1 {1,2,4} 1 {1,2,4,5} 1 {1,2,3,4,5} 1 {1,2,3,4,5,6}

2 1-2 2 1-2 2 1-2 2 1-2 2 1-2 2 1-2

5 1-3 4 1-4-3 4 1-4-3 3 1-4-5-3 3 1-4-5-3 3 1-4-5-3

1 1-4 1 1-4 1 1-4 1 1-4 1 1-4 1 1-4

∞ 2 1-4-5 2 1-4-5 2 1-4-5 2 1-4-5 2 1-4-5

∞ ∞ ∞ 4 1-4-5-6 4 1-4-5-6 4 1-4-5-6

(b) Bellman-Ford Algorthm (s=1)

H D )(2h Path D h

3 Path D h4 Path D h

5 Path D h6 Path

0 1 2 3 4

0 2 1-2 2 1-2 2 1-2 2 1-2

∞ 5 1-3 4 1-4-3 3 1-4-5-3 3 1-4-5-3

∞ 1 1-4 1 1-4 1 1-4 1 1-4

∞ ∞ 2 1-4-5 2 1-4-5 2 1-4-5

∞ ∞ 10 1-3-6 10 1-4-5-6 10 1-4-5-6

Xét thuật toán Dijkstra, bước thứ 3 của thuật toán yêu cầu mỗi node phải ñầy ñủ thông tin về topo mạng. Như vậy, mỗi node phải hiểu về chi phí các tuyến và tất cả các

5

1

4

2

6

5

3

3

5

4

2

1 1

3

3

1

1

2 2

7

1

3

8

2


Trang 64

tuyến trong mạng nên trong thuật toán này, thông tin phải ñược trao ñổi giữa tất cả các node với nhau, phức tạp hơn ñối với ñịnh tuyến phân tán.

Hình 3-11 Tiến trình áp dụng của hai giải thuật vào ví dụ.

Chú ý rằng cả hai thuật toán này hoạt ñộng dưới ñiều kiện tĩnh của topo và chi phí tuyến thì cả hai hội tụ về một nghiệm, khi mạng có quá nhiều sự thay ñổi thì thuật toán sẽ cố gắng bán theo sự thay ñổi, tuy nhiên, nếu chi phí tuyến phụ thuộc vào lưu lượng, tức là nó lại phụ thuộc vào ñường dẫn ñược chọn thì với ñáp ứng làm cho mạng không ổn ñịnh.

3. ðIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG

Cũng như ñịnh tuyến, việc kiểm soát luồng lưu lượng trong mạng chuyển mạch gói là một vấn ñề phức tạp và thực tế càng phức tạp hơn những vấn ñề ñược nếu ở ñây.

ðiều khiển lưu lượng liên quan ñến việc kiểm tra số gói ñưa vào và sử dụng trong mạng. Thông thường, ñiều khiển lưu lượng chi xét ở phạm vi mạng mà không diểa ở các ñầu cuói vì các ñầu cuối thường sử dụng ñiều khiển theo phương thức end-to-end.


Trang 65

ðiều khiển lưu lượng có 3 loại, mỗi loại ứng với các mục ñích khác nhau, ñó là ñiều khiển luồng, ñiều khiển nghẽn và ngăn ngừa khóa chết (deadlock).

Bảng 3-4. Các phần tử ñiều khiển lưu lượng

Kiểu Phạm vi Mức

ðiều khiển luồng

ðiều khiển tắc nghẽn

ðiều khiển khóa chết

Gói (datagram)

Dòng (kênh ảo)

Chặng

Thâm nhập mạng

Ngõ vào ñến ngõ ra

Phạm vi và mức ñiều khiển lưu lượng

Kỹ thuật ñiều khiển lưu lượng có thể phân loại qua phạm vi ứng dụng của nó. Kỹ thuật gói có liên quan ñến sự kiểm tra việc sửdụng các gói hiện hành. Kỹ thuật ñiều khiển luồng kiểm tra việc sử dụng gói qua mạng kênh ảo. Mức ñiều khiển lưu lượng như mô tả trong Hình 3-12.

Hình 3-12 Mức ñiều khiển lưu lượng.

ðiều khiển luồng

ðiều khiển luồng liên quan ñến ñiều khiển lưu lượng dữ liệu giữa hai ñiểm. Cơ sở của ñiều khiển luồng là ñảm bảo truyền dữ liệu ñến trạm thu mà không bị tràn. ðảm bảo trạm thu thu dữ liệu với ñộ dài cực ñại. Khi dữ liệu nhận ñược phải có tham số của quá trình trước ñó ñể xóa bộ ñệm ñể nhận thông tin tiếp theo. Không có quá trình ñiều khiển luồng thì tràn có thể xảy ra vì còn dữ liệu cũ.

Giả sử ta kiểm soát luồng khi không có lỗi truyền dẫn, cách thực hiện ñược mô tả như Hình 3-13. Mỗi mũi tên biểu diễn khung ñược truyền. Dữ liệu ñược gởi theo thứ tự khung và khung gồm hai phần, một phần là dữ liệu và phần kia là những thông tin ñiều khiển.

Giả sử rằng các khung nhận ñủ và ñúng, thì các khung nhận ñược là theo trật tự, tuy nhiên, mỗi khung truyền có một ñộ trễ trước khi nhận.


Mức thâm nhập mạng host - node

Mức từ ngõ vào ñến ngõ ra Phạm vi dòng

Mức chặng Node-node Mức thâm nhập mạng host - node

host node


Trang 66

Hình 3-13 Cách truyền khung.

ðiều khiển luồng dừng và chờ

Dạng ñơn giản cho ñiều khiển luồng là phương thức dừng và chờ (stop and wait). Toàn bộ nguồn ñược truyền như một khung. Sau khi nhận, ñích gởi tín hiệu thông báo chấp nhận các khung khác với một khung xác nhận trả lời cho khung trước. Nguồn phải chờ cho ñến khi nhận ñược khung xác nhận rồi mới truyền khung mới. ðích dừng nhận dữ liệu ñể kiểm soát xác nhận. Quá trình làm việc như vậy có thể gặp khó khăn ñối với một bản tin dài, bản tin này sẽ ñược gởi trong nhiều khung. Việc chia bản tin thành nhiều khung nhỏ với những lý do sau:

• ðộ dài càng lớn thì sẽ càng dễ có lỗi truyền dẫn, khi lỗi tiến hành truyền lại cả khối kích thước lớn sẽ mất nhiều thời gian hơn so với việc chia thành những khối nhỏ.

• Trên truyền dẫn ñường dài, qua nhiều node, nếu bản tin quá dài sẽ chiếm nhiều thời gian xử lý và ảnh hưởng nặng nề với những sự trao ñổi thông tin khác.

• Kích thước bộ ñệm của các node là có hạn.

Khi sử dụng nhiều khung cho một bản tin, thủ tục dừng và chờ có thể không thích ñáng. Cốt lõi của vấn ñề là chỉ có một khung ñược truyền ở một thời ñiểm. Khi ñộ dài bit trên tuyến là lớn hơn ñộ dài khung thì ảnh hưởng là không nghiêm trọng như trong Hình 3-14. Trong hình, thời gian truyền (thời gian trạm truyền một khung) ñược chuẩn hóa bằng 1 và trễ lan truyền (thời gian cho một bit truyền từ bên phát ñến bên thu) ñược biểu diễn là a. Khi a nhỏ hơn 1 thì thời gian trễ lan truyền là nhỏ hơn thời gian truyền. Trong trường hợp này, khung ñủ dài ñể bit ñầu tiên của một khung ñến ñích trước khi nguồn kết thúc truyền khung. Khi a lớn hơn 1 thì trễ lan truyền lớn hơn thời gian truyền, lúc này,


Trang 67

bên phát ñã hoàn tất truyền hết một khung trước khi các bit ñến bên thu. Như vậy, giá trị a là tỷ lệ giữa tốc ñộ dữ liệu và khoảng cách giữa hai trạm. Như trong Hình 3-14, a>1 thì ñường dây luôn dưới mức sử dụng, thậm chí ngay cả khi a<1 thì ñường dây vẫn không ảnh hưởng ñến ñộ sử dụng. Với tốc ñộ dữ liệu cao hoặc khoảng cách hai trạm quá dài thì phương thức ñiều khiển luồng dừng và chờ cung cấp ñộ tận dụng ñường dây không hiệu quả.

Hình 3-14 ðộ tận dụng tuyến của phương thức dừng và chờ (thời gian truyền –1 và trễ

lan truyền =a).

ðiều khiển luồng cửa sổ trượt

Cốt lõi của vấn ñề ởchỗ là tại một thời ñiểm chỉ có một khung ñược truyền. Khi chiều dài bit của tuyến là lớn hơn chiều dài khung (a>1) thì không ảnh hưởng gì. Hiệu quả có thể cao nếu ta truyền nhiều khung ở một thời ñiểm.

Khảo sát 2 trạm A và B nối với nhau bằng tuyến song công. Trạm B có không gian bộ ñêhm cho n khung. Như vậy, B có thể tiếp nhận n khung và A có thể truyền n khung mà không chờ các xác nhận. ðể theo dõi những khung ñã ñược xác nhận, các khung ñược dán nhãn với số thứ tự khung. Trạm B xác nhận một khung bằng việc gửi một xác nhận với số thứ tự của khung muốn nhận tiếp theo. ðiều này thông báo rằng B chuẩn bị nhận n khung tiếp theo bắt ñầu từ khung ñược chỉ ñịnh. Ví dụ B có thể nhận các khung 2, 3 và 4 nhưng nó sẽ không xác nhận cho ñến khi khung 4 ñến, sau ñó, B trả về khung xác nhận với số thứ tự khung là 5, nghĩa là B ñã nhận tốt các khung 2, 3 và 4. Vậy A duy trì một danh sách các số thứ tự của các khung sẽ gởi và B duy trì danh sách các khung chuẩn bị nhận. Các danh sách này có thể xem là một cửa sổ của các khung. Hoạt ñộng này gọi là ñiều khiển luồng bằng cửa sổ trượt.

Có một vài hạn chế ở ñây, ñó là số thứ tự chiếm một trường trong khung và có ñộ dài giới hạn. Ví dụ một trường có 3 bits thì số thứ tự có thể ñánh từ 0 ñến 7. Vậy các khung ñược dấnh số theo modulo là 8, nghĩa là sau số thứ tự 7 là số thứ tự 0. Tổng quan, với một trường k bit, ta có thể biểu diễn từ 0 ñến 2k-1. Tương ứng với số thứ tự theo modulo 2k và sau giá trị 2k-1 là 0.


Trang 68

Hình 3-15 biểu diễn tiến trình cửa sổ trượt. Giả sử sử dụng số thứ tự trong trường 3 bits, như vậy, các khung ñược ñánh số từ 0 ñến 7. Hình chữ nhật chỉ thị rằng bên phát có thể truyền 7 khung bắt ñầu từ khung 6. Mỗi khi khung ñược gởi thì cửa sổ co lại một ñơn vị về bên trái và khi thu nhận ñược một xác nhận thì cửa sổ lại rộng ra với kích thước xác ñịnh về bên phải.

Kích thước cửa sổ thực phải không là giá trị lớn nhất với chiều dài thứ tự ñã cho. Ví dụ, sử dụng trường số thứ tự 3 bits, kích thước cửa sổ bằng 4 có thể ñược cấu hình cho các trạm sử dụng phương thức ñiều khiển luồng cửa sổ trượt.

Hình 3-15 Mô tả cửa sổ trượt

Trong Hình 3-16, giả sử trường số thứ tự gồm 3 bits và kích thước cửa sổ tối ña bằng 7. ban ñầu, A và B có các cửa sổ cho biết rằng A có thể truyền 7 khung, bắt ñầu từ khung 0 (F0). Sau khi truyền 3 khung (F0, F1, F2) không có xác nhận, A co cửa sổ của nó còn lại 4 khung. Cửa sổ này cho biết rằng A có thể truyền ñược 4 khung nữa, bắt ñầu từ khung 3. Sau ñó, B truyền một khung RR3 (receive ready sẵn sàng thu), ngụ ý “ tôi ñã nhận tất cả các khung ñến khung thứ 2 và tôi sẵn sàng nhận khung thứ 3, thực ra, tôi ñã chuẩn bị nhận 7 khung, bắt ñầu từ khung thứ 3”. Với xác nhận này, Alại cho phép truyền 7 khung, bắt ñầu từ khung 3. A tiến hành truyền các khung 3, 4, 5 và 6, B trả về RR4 sau khi nhận F3, cho phép A gởi 7 khung, bao gồm khung F4 ñến khung F2 sau ñó. Nhưng tại thời ñiểm RR4 ñến A thì F4, F5 và F6 ñã ñược truyền ñi. Kết quả là A chỉ có thể mở cửa sổ cho phép truyền 4 khung từ khung F7.

Cơ chế này còn cho ta một cách kiểm soát luồng: Bên thu chỉ có thể nhận n khung từ khung ñược chấp nhận, ñể bổ sung ñiều này, hầu hết các giao thức còn cho phép một trạm cắt luồng của các khung bằng cách gởi thông ñiệp không sẵn sàng thu RNR (Receive Not Ready), thông báo ñã nhận các khung nhưng cấm truyền các khung tiếp theo vì chưa sẵn sàng. Như vậy, RNR5 nghĩa là: “Tôi ñã nhận các khung ñến khung thứ


Trang 69

tư, nhưng tôi không chấp nhận truyền thêm nữa”. Tại thời ñiểm sau ñó, trạm phải gởi một xác nhận bình thường ñể mở lại cửa sổ.

Như vậy, ta ñã bàn về vấn ñề truyền dẫn theo một hướng. Nếu hai trạm trao ñổi dữ liệu với nhau thì mỗi trạm phải duy trì hai cửa sổ, một cửa sổ truyền và cửa sổ kia phục vụ cho việc thu nhận. Mỗi bên cần phải gởi dữ liệu và các xác nhận cho nhau. ðể hỗ trợ một cách hiệu quả cho yêu cầu này, ñặc trưng này gọi là mang theo (piggybacking). Mỗi khung dữliệu bao gồm một trường chứa số thứ tự khung và một trường chứa số thứ tự sử dụng cho việc xác nhận. Như vậy, nếu một trạm có dữ liệu ñể gởi và một xác nhận ñể gởi thì nó sẽ gởi cả hai trên cùng một khung và do ñó, tiết kiệm dung lượng truyền thông. Tất nhiên, một trạm nếu có xác nhận nhưng không có dữ liệu ñể gởi thì nó sẽ gởi một khung xác nhận riêng. Nếu trạm có dữ liệu ñể gởi những lại không có xác nhận ñể gởi thì nó sẽ sao lại xác nhận trước ñó ñể gởi bởi vì khung dữ liệu có cả hai trườngvà phải có giá trị xác ñịnh trong mỗi trường. Khi trạm thu nhận một xác nhận trùng lặp thì nó sẽ bỏ qua.

Hình 3-16 Ví dụ về phương thức cửa sổ trượt.

Như vậy, phương thức cửa sổ trượt là hiệu quả hơn nhiều so với phương thức ñiều khiển luồng dừng và chờ. Trong phương thức cửa sổ trượt, tuyến truyền dẫn như một kênh dẫn mà có thể ñiền ñầy các khung ñể truyền, còn phương thứ dừng và chờ thì các khung truyền ở một thời ñiểm nhất ñịnh.

ðiều khiển tắc nghẽn

ðiều khiển tắt nghẽn là một trong những loại ñiều khiển lưu lượng trong chuyển mạch gói. Mục ñích ở ñây là duy trì số gói trong mạng dưới mức nguy hiểm hoặc sự cố.

ðể hiểu rõ vấn ñề trong ñiều khiển tắc nghẽn, ta cần hiểu các kết quả từ lý thuyết hàng ñợi. Vấn ñề chính là mạng chuyển mạch gói là mạng của các hàng ñợi. Tại mỗi node, có các hàng ñợi gói cho mỗi ngõ ra. Nếu tốc ñộ của các gói ñưa ñến và sắp hàng


Trang 70

nhiều hơn tốc ñộ các gói có thể tryền thì kích thước hàng ñợ sẽ tăng vượt giới hạn và trễ sẽ tiến ñến không giới hạn. Ngay cả khi gói ñưa ñến là nhỏ hơn tốc ñộ gói có thể truyền thì chiều dài hàng ñợi sẽ tăng ñến mức nguye hiểm khi tốc ñộ ñưa ñến tiến gần tốc ñộ truyền. Khi ñường truyền cho gói sắp hàng nhiều hơn 80% khả năng sử dụng thì chiều dài hàng ñợi tăng ñến mức cảnh báo.

Hình 3-17 Hàng ñợi ngõ vào và ngõ ra ở node 4.

Xét tình trạng sắp hàng tại node chuyển mạch gói như trong Hình 3-17. Mỗi node có các tuyến nối với nó ñến một hoặc nhiều node chuyển mạch gói khác và không có hoặc nối với nhiều host. Trên mỗi tuyến, có các gói ñến và ñi. Ta có thể giả sử rằng có hai bộ ñệm mỗi tuyến, một bộ ñệm tiếp nhận gói và một bộ ñệm chứa gói chờ truyền ñi. Trong thực tế, có thể có hai bộ ñệm cố ñịnh như vậy cho một tuyến hoặc so các ô nhớ cho phép ñệm các gói. Trong trược hợp sau, ta có thể thấy rằng mỗi tuyến có hai bộ ñệm kích thước thay ñổi kết hợp với nó sao cho tổng các kích thước của các bộ ñệm là một hằng số.

Trong mọi trường hợp, khi gói ñưa ñến, chúng ñược lưu trong bộ ñệm ngõ vào của tuyến tương ứng. Node xem xét mỗi gói ñưa ñến ñể tiến hành quyết ñịnh ñịnh tuyến và sau ñó chuyển các gói ñến bộ ñệm ngõ ra tương ứng. Các gói sắp hàng ở ngõ ra sẽ ñược truyền khi có thể, nghĩa là ghép kênh phân chia theo thời gian thống kê. Bây giờ, nếu các gói ñưa ñến quá nhanh ñể node có thể xử lý chúng hoặc nhanh hơn gói có thể ñược xáo khỏi bộ ñệm ngõ ra thì các gói sẽ ñược lưu trong bộ nhớ và gây nghẽn.

Khi xảy ra hiện tượng bão hòa như vậy thì có hai phương pháp có thể ñược chấp nhận, ñó là hủy gói ngõ vào ñể giải phóng không gian bộ ñệm. Phương pháp thứ hai là với node gặp vấn ñề này tiến hành ñiều khiển luồng qua các node lân cận của nó ñể luồng lưu lượng còn lại là có thể quản lý ñược. Nhưng trong Hình 3-18 mô tả rằng các node lân cận cũng phải quản lý một số hàng ñợi. Nếu node 6 ngăn cản luồng gói từ node 5 thì bộ ñệm ngõ ra của node 5 ñến node 6 là ñầy. Như vậy, nghẽn tại một ñiểm của mạng thì có thểnhanh chóng lan rộng ra thành vùng hoặc qua mọi nơi trong mạng. Trong khi ñiều


Trang 71

khiển luồng là một công cụ mạnh thì ta cần phải sử dụng nó theo cách thức như vậy ñể quan lý lưu lượng trên toàn bộ mạng.

Hình 3-18 Tương tác của các hàng ñợi trong mạng chuyển mạch gói.

Hình 3-19 mô tả ảnh hưởng nghẽn trong ñó, Hình 3-19a trình bày mối quan hệ thông lượng của mạng (số gói ñược phân phối ñến ñích) với tải cung cấp (số gói ñược truyền bởi node nguồn). Cả hai trục ñược chuẩn hóa thành dung lượng tối ña của mạng mà có thể biểu diễn như tốc ñộ ở giá trị có thể kiểm soát gói. Trong trường hợp lý tưởng, thông lượng và ñộ sử dụng mạng tăng khiến tải cung cấp tăng ñến dung lượng tối ña của mạng. ðộ sử dụng duy trì ở mức 100%. Trong trường hợp lý tưởng thì việc yêu cầu tất cả các trạm bằng cách này hoặc cách khác biết ñược thời ñiểm và tốc ñộ của các gói có thể xuất hiện trong mạng là không thể. Nếu không thực hiện ñiều khiển nghẽn thì ta có ñường cong với nhãn “uncontrolled”. Khi tải tăng, ñộ sử dụng tăng theo. Lúc này, chiều dài hàng ñợi của các node cũng tăng theo, thông lượng thật sự giảm vì các bộ ñệm ở mỗi node có kích thước vô hạn. Khi các bộ ñệm của node ñầy thì nó phải hủy gói. Như vậy, các trạm nguồn phải truyền lại các gói bị hủy và ñiều này làm trậm trọng thêm. Vậy, càng nhiều gói truyền lại thì tải trong mạng càng tăng và càng có nhiều bộ ñệm bão hòa. Trong khi hệ thống cố gắng một cách liều lĩnh ñể giải phóng sự ùn tắc thì các trạm lại ñổ các gói mới lẫn các gói cũ vào mạng. Thậm chí các gói ñã ñược phân phối cũng có thể phải truyền lại vì nó không nhận ñược xác nhận qua khoảng thời gian dài. Bên gởi cho rằng gói không ñến ñược ñích nên nó truyền lại. Trong hoàn cảnh này, ñộ hiệu quả của hệ thống bằng 0.

Rõ ràng các sự kiện thảm khốc này cần phải ñược ngăn ngừa, ñây chính là nhiệm vụ của ñiều khiển tắc nghẽn. ðối tượng của tất cả các kỹ thuật ñiều khiển tắc nghẽn là giới hạn chiều dài hàng ñợi ở mỗi node ñể ngăn ngừa sự suy sụp của thông lượng. ðiều này bao gồm một số thông tin dẫn ñường không thể tránh ñược. Như vậy, kỹ thuật ñiều khiển tắc nghẽn không thể tiến hành như lý thuyết. Tuy nhiên, phương án ñiều khiển tắc nghẽn tốt sẽ ngăn ñược sự suy sụp thông lượng và duy trì thông lượng (lởm chởm hơn trường hợp lý tưởng) nhờ thông tin dẫn ñường ñiều khiển.

Hình 3-19b cho thấy trễ trung bình của gói tăng không giớihạn khi tải ñạt ñến dung lượng tối ña của hệ thống. Chú ý rằng chính sách không ñiều khiển cho trễ ít hơn chính sách ñiều khiển, bởi vì nó ít thông tin dẫn ñường. Tuy nhiên, chính sách không ñiều khiển sẽ bão hòa ở tải thấp hơn.


Trang 72

Hình 3-19 Ảnh hưởng của nghẽn.

Một số cơ chế ñiều khiển tắc nghẽn trong các mạng chuyển mạch gói ñược ñề xuất và ñã tiến hành như sau:

1. Gởi một gói từ node nghẽn ñến các node nguồn. Gói chặn (choke) này có ảnh hưởng ñến việc dừng hoặc làm chậm tốc ñộ truyền của các node nguồn và như vậy giới hạn tổng số gói trong mạng. Phương pháp này yêu cầu giảm lưu lượng bổ sung trong mạng trong khi nghẽn.

2. Dựa trên thông tin ñịnh tuyến. Các giải thuật ñịnh tuyến cung cấp thông tin trễ tuyến ñến các node khác mà ảnh hưởng ñến các quyết ñịnh ñịnh tuyến. Thông tin này còn ñược sử dụng ñể cung cấp tốc ñộ cho các gói mới. Vì trễ ảnh hưởng ñến quyết ñịnh ñịnh tuyến nên có thể có hiệu quả nhanh trong ñiều khiển tắc nghẽn.

3. Sử dụng gói thăm dò từ ñầu cuối ñến ñầu cuối. Gói này có thể ñược ñánh dấu ñể ño ñộ trễ giữa hai ñầu cuối nào ñó. Phương pháp này có nhược ñiểm là thêm thông tin dẫn ñường vào mạng.

4. Cho phép các node chuyển mạch gói bổ sung thông tin nghẽn vào các gói khi gói ñi qua. Có hai trường hợp xảy ra. Node có thể bổ sung thông tin như vậy khi gói ñi qua ngược với hướng nghẽn. thông tin này nhanh chóng ñến ñược node nguồn và node nguồn này giảm luồng gói vào mạng. Trường hợp thứ hai, node thêm thông tin cùng hướng với nghẽn thì ñích yêu cầu nguồn ñiều chỉnh tải bằng tín hiệu trả ngược về nguồn (gói xác nhận) theo hướng ngược lại.

Kiểm soát khóa chết (deadlock)

Một vấn ñề thú vị không kém nghẽn, ñó chính là vấn ñề khóa chết. Khóa chết là hiện tượng một tiến trình hay một tập hợp các tiến trình bị khóa vì ñang chờ một sự kiện mà nó không bao giờ xảy ra. Khi xảy ra deadlock, cần phải có sự can thiệp của một tiến trình ngoài các tiến trình tham gia vào deadlock ñể hóa giải tình huống. Sự hình thành và tồn tại của deadlock trong hệ thống làm giảm ñộ hiểu quả của hệ thống (tài nguyên, dịch vụ). Do ñó, ñể tránh tác hại do deadlock gây ra thì yêu cầu hệ thống không bao giờ xảy ra hiện tượng deadlock hoặc nếu có thì deadlock phải ñược nhanh chóng phát hiện ñể loại trừ.


Trang 73

A, Hai bộ xử lý chờ nhau B, Sáu bộ xử lý chờ nhau

C, Hai bộ xử lý chờ 1 bộ xử lý. Hình 3-20 Ví dụ hiện tượng khóa chết

Trạng thái nghẽn nghiêm trọng nhất trên mạng gọi là khóa chết hay còn gọi là treo. Trong trạng thái này, một bộ xử lý thông ñiệp giao tiếp không thể thực hiện ñược nhiệm vụ cho ñến khi một bộ xử lý thông ñiệp giao tiếp khác tiến hành một việc gì ñó và ngược lại. Cả hai bộ bộ xử lý thông ñiệp giao tiếp này chờ nhau và giữ nguyên trạng thái mãi mãi, trạng thái này xảy ra một cách ngẫu nhiên trong mạng.

Trạng thái khóa chết trực tiếp do lưu trữ và chuyển tiếp khi hai bộ xử lý có cùng số bộ ñệm chờ truyền cho nhau như trong Hình 3-20b trình bày hiện tượng tương tự, những số bộ xử lý bị khóa chết bây giờ là 6. Hiện tượng này gọi là khóa chết gián tiếp do lưu trữ và chuyển tiếp. Khi bộ xử lý bị khóa chết thì tất cả các tuyến ñều bị ảnh hưởng, kể cả những tuyến không liên quan ñến nghẽn.

Loại cuối cùng là khóa chết hỗn hợp (Hình 3-20c). Node C có 3 trong 4 gói của một thông ñiệp 1 và 1 gói của thông ñiệp 3. Bộ ñệm của nõ ñã ñầy và nó không thể nhận thêm ñược nữa. Tuy nhiên, nó vẫn chưa nhận ñược thông ñiệp hoàn chỉnh nên không thể cung cấp thông ñiệp cho host và các node A và B bị khóa chết.

Nguyên nhân khóa chết

Các ñiều kiện sau ñây có thể gây khóa chết

• Truy xuất ñộc quyền: các tiến trình yêu cầu tuy xuất ñộc quyền các tài nguyên.

• ðợi trong khi giữ: các tiến trình giữ các tài nguyên yêu cầu trước ñó trong khi ñợi thêm tài nguyên.

• Không ưu tiên: Tài nguyên không thể giải phóng khỏi tiến trình .

• Vòng ñợi: Tập hợp tiến trình bị khóa tạo thành vòng kín.

A

B

A

D

C

F E

B

A 3 3 2 1

B 2 3 2 2

C 1 1 3 1 Host


Trang 74

Phương án kiểm soát khóa chết:

Các phương án kiểm sóat khóa chết thông dụng là ngăn ngừa khóa chết (deadlock prevention), phát hiện và khắc phục khóa chết (deadlock detection) và tránh khóa chết (deadlock avoidance).

Trong phương án ngăn ngừa khóa chết, tài nguyên ñược gán cho các tiến trình yêu cầu sao cho không bao giờ xảy ra khóa chết. Phương án này ñảm bảo ít nhất một trong 4 nguyên nhân trên không bao giờ xảy ra.

Phương án phát hiện rồi khắc phục thì tài nguyên ñược án cho các tiến trình yêu cầu mà không kiểm tra. Trạng thái tài nguyên phân phối và xu hướng yêu cầu ñược kiểm tra ñịnh kỳ hoặc bất thường ñể xác ñịnh tập tiến trình có thể bị khóa chết hay không. Nếu khóa chết ñược phát hiện thì hệ thống sẽ khắc phục bằng cách dừng một hoặc nhiều tiến trình tham gia deadlock.

Phương án tránh khóa chết thì tài nguyên ñược gán cho tiến trình yêu cầu nêu kết quả trạng thái của hệ thống là an toàn. Một trạng thái là an toàn nếu tồn tại ít nhất một thứ tự thực hiện của tất cả các tiến trình mà chúng có thể thực hiện ñến khi hoàn thành.

ðể ñặc tính hóa khóa chết, trạng thái hệ thống thường ñyược mô hình hóa bởi một ñồ thị chờ WFG (wait for graph). Các node của ñồ thị chờ là các tiến trình củahệ thống và các cạnh nối trực tiếp, ñại diện cho quan hệ khóa giữa các tiến trình. Một cạnh nối từ Pi sang Pj nếu Pi cần tài nguyên ñang ñược giữ bởi Pj. Trong WFG, phát hiện khóa chết dựa vào sự phát hiện vòng tròng trong ñồ thị, từ ñó, xác ñịnh chính xác khóa chết trong tuộc tính ñồ thị dựa trên mô hình khóa chết. Ví dụ có hai tiến trình, mỗi tiến trình giữ một tài nguyên khác nhau trong chế ñộ ñộc quyền và mỗi tiến trình ñều yêu cầu truy xuất ñến tài nguyên ñang ñược giữ bởi tiến trình kia. Khi khóa chết xảy ra thì mọi tiến trình liên quan ở tình trạng khóa trừ khi khóa chết ñược phá hủy. Một trạng thái khóa chết yêu cầu một số tiến trình từ bên ngoài ñể phát hiện và giải quyết.

4. X.25

X.25 là giao thức dược sử dụng rộng rãi ñược phát triển từ năm 1976 và ñược hiệu chỉnh liên tục trong những năm 1980, 1984, 1988, 1992 và 1993. Chuẩn này xác ñịnh giao tiếp giữa máy khách và mạng. X.25 ñược sử dụng rộng phổ biến trong giao tiếp giữa các mạng chuyển mạch gói và triển khai cho chuyển mạch gói trong ISDN. Trong phần này, ta sẽ mô tả vắn tắt tiêu chuẩn X.25.

Hình 3-21 Giao tiếp X.25.

Vật lý

Tuyến

Gói

Tiến trình người sử dụng

Vật lý

Tuyến

Gói Giao tiếp logic ña kênh

Giao tiếp logic lớp tuyến LAPB

Giao tiếp logic vật lý X21

ðến tiến trình người sử dụng từ xa


Trang 75

Chuẩn X.25 chia cuộc gọi thành 3 lớp chức năng:

• Lớp vật lý.

• Lớp tuyến.

• Lớp gói.

Ba lớp này tương ứng với 3 lớp thấp nhất trong mô hình OSI. Lớp vật lý giải quyết giao tiếp giữa trạm (máy tính, thiết bị kết cuối) với tuyến nối trạm ñó với node chuyển mạch gói. X.25 xem các thiết bị của user là thiết bị kết cuối dữ liệu DTE (data terminal equipment) và node chuyển mạch gói là thiết bị kết cuối mạch dữ liệu DCE (data-circuit termination equipment). X.25 sử dụng X.21 trong lớp vật lý và trong nhiều trường hợp, sử dụng EIA-232. Lớp tuyến cung cấp khả năng truyền dẫn tin cậy co dữ liệu qua lớp vật lý bằng cách truyền dữ liệu theo một chuỗi các khung. Tiêu chuẩn lớp tuyến ñược sử dụng và giao thức thâm nhập tuyến cân bằng LAPB (Link Access Protocol-Balanced) (LAPB là một tập con của HDLC). Lớp gói cung cấp dịch vụ kênh ảo bên ngoài.

Hình 3-22 Dữ liệu người sử dụng và thông tin ñiều khiển giao thức X.25.

Hình 3-22 mô tả mối quan hệ giữa các lớp của X,25. Dữ liệu người sử dụng ñược chuyển xuống X.25 lớp 3, ở ñó, thông tin ñiều khiển ñược nối thêm vào và gọi là header tạo thành một gói. Thông tin ñiều khiển này ñược sử dụng trong hoạt ñộng của giao thức sẽ ñược trình bày sau. Toàn bọ gói X.25 ñược chuyển xuống thực thể LAPB và ñược gắn thêm thông tin ñiều khiển vào trước và sau gói tạo thành khung LAPB. Thông tin ñiều khiển trong khung cần thiết trong hoạt ñộng của giao thức LAPB.

Dịch vụ kênh ảo

Với lớp gói của X.25, dữ liệu ñược truyền trong gói qua kênh ảo bên ngoài. Dịch vụ kênh ảo của X.25 cung cấp hai loại kênh ảo, ñó là cuộc gọi ảo và kênh ảo vĩnh viễn. Một cuộc gọi ảo là kênh ảo ñược thiết lập ñộng sử dụng thủ tục thiết ljâp cuộc gọi và giải phóng cuộc gọi. Kênh ảo vĩnh viễn là kênh ảo cố ñịnh, ñược mạng ấn ñịnh trước. Dữ liệu truyền qua kênh ảo vĩnh viễn này giống như các cuộc gọi ảo nhưng không thiến hành giải phóng hay thiết lập cuộc gọi.

Hình 3-23 cho thấy một chuỗi sự kiện tiêu biểu trong cuộc gọi ảo. Phần bên trái của hình là sự trao ñổi gói giữa thiết bị người sử dụng A và node chuyển mạch gói ñược gắn với nó. Việc ñịnh tuyến cho các gói bên trong mạng là không thể thấy ñược ñối với người sử dụng.

Dữ liệu người sử dụng



Header Lớp 3

LAPB header

LAPB trailer

Header Lớp 3

Dữ liệu của user

Gói X.25

Khung LAPB


Trang 76

Hình 3-23Chuỗi sự kiện trong giao thức X.25.

Các thứ tự của các sự kiện như sau:

1. A yêu cầu gọi ảo tới B bằng cách gởi gói Call-Request tới DCE của A. Gói bao gồm các ñịa chỉ nguồn và ñịa chỉ ñích cũng như số hiệu kênh ảo ñược sử dụng cho cuộc gọi ảo mới này. Sau này, dữ liệu truyền sẽ ñược xác nhận dựa trên số hiệu kênh ảo.

2. Mạng sẽ chọn ñường cho cuộc gọi ñến DCE của B.

3. DCE của B nhận ñược Call-Request và gởi gói Incoming-Call ñến B. Gói này có dạng như Call-Request nhưng sử dụng số hiệu kênh ảo, kênh ảo ñược chọn từ DCE của B từ tập số hiệu kênh ảo cục bộ.

4. B chấp nhận cuộc gọi bằng cách gởi gói Call-Accepted với số kênh ảo xác ñịnh như trong gói Incoming-Call.

5. Thiết bị DCE của A nhận gói Call-Accepted và gởi gói Call-Connected tới A. Gói này có dạng như Call-Accepted nhưng kênh ảo cùng số hiệu như trong gói Call-Request.


Trang 77

6. A và B gởi dữ liệu và các gói ñiều khiển cho nhau sử dụng các kênh ảo tương ứng của chúng.

7. A hoặc B gởi gói Clear-Request ñể kết thúc kênh ảo và nhận gói Clear-Confirmation.

8. B hoặc A nhận gói Clear-Indication và gởi gói Clear-Confirmation.

Bây giờ, ta quay lại các chi tiết của tiêu chuẩn.

Dạng gói

Hình 3-24 liệt kê các dạng gói cơ bản của X.25. Dữ liệu của người sử ñược chia thành các khối (trong ñó có một số khối có kích thước tối ña) cùng với một header 24 bits hoặc 32 bits ñược gắn thêm vào mỗi khối tạo thành gói dữ liệu. Header bao gồm 12 bits cho số thứ tự kênh ảo (gồm số hiệu nhóm 4 bits và số hiệu kênh 8bits). Các trường P(S) và P(R) hỗ trợ chức năng ñiều khiển luồng và ñiều khiển lỗi trên cơ sở kênh ảo. Các bit M và D ñược trình bày ở phần sau. Bit Q không ñược tiêu chuẩn ñịnh nghĩa cho phép người sử dụng phânbiệt hai dạng dữ liệu.

Hình 3-24 Các dạng gói X.25.

0 0 0/1 1/0 Group # Channel #

Packet type 1

Additional Information

C, Gói ñiều khiển cho kênh ảo với trường số thứ tự 3 / 7 bits.

0 0 0 1 Group # Channel #

P(R) Packet type 1


Packet type 1 P(R) 0

D, RR, RNR, REJ với trường số thứ tự chứa 3 và 7 bits.

Q D 0 1 Group # Channel #

R(R) M P(S) 0

User Data

A, Gói dữ liệu với trường số thứ tự 3 bits.

Q D 1 0 Group # Channel # R(R) 0 P(S) M

User Data

B, Gói dữ liệu với trường số thứ tự 7 bits.


0 0 1 0 0 0 1 1

Interrupt User Data


0 0 1 0 0 0 1 1

Interrupt User Data

E, Gói Interrupt với trường số thứ tự 3 bits và 7 bits.


Trang 78

Ngoài ra, ñể truyền dữ liệu người sử dụng, X.25 phải truyền thông tin ñiều khiển ñể thiết lập, duy trì và giải phóng kênh ảo. Thông tin ñiều khiển ñược truyền trong gói ñiều khiển. mỗi gói ñiều khiển bao gồm số hiệu kênh ảo, kiểu gói xác ñịnh chức năng ñiều khiển nào ñó cũng như các thông tin ñiều khiển bổ sung liên quan ñến các chức năng này. Ví dụ. gói Call-Request gồm các trường sau:

• ðịa chỉ DTE chủ gọi (4bits): chiều dài trường ñịa chị tương ứng trong các ñơn vị 4 bits.

• ðịa chỉ DTE bị gọi (4bits): chiều dài của trường ñịa chỉ tương ứng trong ñơn vị 4 bits.

• ðịa chỉ DTE (có thể thay ñổi): Các ñịa chỉ của DTE chủ gọi và bị gọi.

Các phương tiện: Chuỗi phương tiện xác ñịnh. Mỗi ñặc trưng gồm 8 bits mã phương tiện với các mã tham số hoặc không. Ví dụ phương tiện tính cước theo hướng ngược lại.

Bảng 3-5. Các kiểu và tham số gói Kiểu gói Dịch vụ Tham số

Từ DCE ñến DTE Từ DTE ñến DCE VC PVC Thiết lập và giải phóng cuộc gọi

Incoming call Call request � ðịa chỉ DTE chủ gọi, bị gọi, phương

tiện, dữ liệu user

Call connected Call accepted � ðịa chỉ DTE chủ gọi, bị gọi, phương

tiện, dữ liệu user Clear information

Clear request

�

Nguyên nhân giải phóng, mã chuẩn ñoán, ñịa chỉ DTE chủ gọi, bị gọi, phương tiện, giải phóng dữ liệu user

DCE clear confirmation

DTE clear confirmation � ðịa chỉ DTE chủ gọi, bị gọi, phương

tiện Dữ liệu và ngắt

DCE data DTE data � � DCE interrupt DTE interrupt � � Dữ liệu user ngắt DCE interrup confirmation

DTE interrupt confirmation � �

ðiều khiển luồng và tái lập DCE RR DTE RR � � P(R) DCE RNR DTE RNR � � P(R) DTE REJ � � P(R) Reset indication Reset request � � Nguyên nhân tái lập, mã chuẩn ñoán DCE reset confirmation

DTE reset confirmation � �

Tái khởi ñộng Restart indication Restart request

� � Nguyên nhân tái khởi ñộng, mã chuẩn ñoán

DCE restart confirmation

DTE restart confirmation � �

Chuẩn ñoán Diagnostic � � Mã chuẩn ñoán, giải thích chuẩn

ñoán ðăng ký

Registration request Registration confirmation � �

ðịa chỉ DTE, ñịa chỉ DCE, ñăng ký

Bảng 3.5 liệt kê tất cả các gói của X.25. Hầu hết các gói ñã ñược thảo luận, ta sẽ mô tả vắn tắt những gói còn lại sau ñây.


Trang 79

Một DTE có thể gởi gói ngắt Interrupt mà bỏ qua các thủ tục ñiều khiển luồng cho các gói dữ liệu. Gói ngắt ñược dùng ñể phân phối ñến các ñích DTE bởi mạng với ñộ ưu tiên cao hơn các gói dữ liệu trong khi truyền dẫn.

Các gói Reset cung cấp phương tiện cho việc khôi phục một lỗi bằng việc thiết lập lại một kênh ảo, nghĩa là số thứ tự của hai kết cuối ñược lập về 0. Mọi gói dữ liệu hay ngắt ñược truyền sẽ bị mất. Tái lập có thể ñược kích khởi bởi số ñiều kiện lỗi, bao gồm việc mất gói. Lỗi số thứ tự, nghẽn hoặc mất nối kết logic bên trong mạng. Trong trường hợp cuối cùng, hai DTE phải xây dựng lại nối kết logic bên trong ñể hỗ trợ kênh ảo DTE-DTE X.25 ñang tồn tại.

Lỗi nguy hiểm hơn ñược giải quyết với gói tái khởi ñộng, lúc này sẽ kết thúc mọi cuộc gọi ảo. Ví dụ trong tình trạng cảnh báo thì khởi ñộng lại sẽ mất mọi truy cập mạng.

Gói chuẩn ñoán Diagnostic cung cấp phương tiện ñể xác ñịnh các tình trạng lỗi mà không ñảm bảo khởi tạo lại. Các gói ñăng ký Registration ñược sử dụng ñể yêu cầu và xác nhận các phương tiện X.25.

Ghép kênh

Có lẽ dịch vụ quan trọng ñược cung cấp bởi X.25 là ghép kênh. Một DTE cho phép thiết lập ñến 4095 kênh ảo ñồng thời ñến các DTE khác qua tuyến DTE-DCE ñơn. DTE có thể phân phối các kênh ñó theo mọi cách. Các kênh ảo riêng có thể phù hợp với các ứng dụng, các tiến trình hoặc thiết bị ñầu cuối khác nhau. Tuyến DTE-DCE cung cấp sự ghép kênh song công, nghĩa là ở mọi thời ñiểm, gói ñược kết hơp với kênh ảo ñã cho có thể ñược truyền theo hướng khác.

ðể sắp xếp các gói cùng kênh ảo, mõi gói có 12 bit mang số hiệu kênh ảo (4 bit cho số hiệu nhóm và 8 bit mang số hiệu kênh). Việc ấn ñịnh kênh ảo như mô tả trong Hình 3-25.

Hình 3-25 Ấn ñịnh kênh ảo.


Trang 80

Số thứ tự 0 dự trữ cho gói chuẩn ñoán hoặc gói tái lập. Các kênh ảo vĩnh viễn ñược ấn ñịnh với số thứ tự bắt ñầu từ 1. Loại kênh ảo tiếp theo là các cuộc gọi ảo nội bộ một chiều, nghĩa là chỉ có các cuộc gọi từ mạng có thể ñược gán các giá trị này, tuy nhiên, nó lạ là hai chiều trao ñổi thông tin.

Các cuộc gọi ra một chiều ñược khởi ñầu bởi DTE. Trong trường hợp này, DTE chọn một số thứ tự từ tập số thứ tự dành cho các cuộc gọi này. ðiều này phân biệt các loại theo dự ñịnh ñể ngăn việc chọn ñồng thời cùng số hiệu từ hai kênh ảo khác nhau bởi DTE và DCE.

Loại kênh ảo 2 chiều cung cấp giới hạn cho việc dùng chung bởi DTE và DCE, cho phép với sự khác biệt ñỉnh trong luồng lưu lượng.

ðiều khiển luồng và ñiều khiển lỗi

ðiều khiển luồng và ñiều khiển lỗi ở lớp gói của X.25 ñược xác ñịnh trong dạng thức và thủ tục ñể ñiều khiển luồng ñược sử dụng cho HDLC. Phương thức cửa sổ trượt ñược sử dụng. Mỗi gói dữ liệu gồm số thứ tự gởi P(S) và số thứ tự tiếp nhận P(R). Mặc ñịnh của các trường này là 3 bits, tuy nhiên, trong Hình 3-24 còn cho thấy của sự mở rộng với 7 bits hoặc có thể mở rộng ñên 15 bits nếu có yêu cầu và DTE sẽ thông báo cho tất cả kênh ảo của nó.

P(S) ñuợc ấn ñịnh bởi DTE trên ngõ ra của các gói trên kênh ảo, nghĩa là P(S) của mỗi gói dữ liệu ngõ ra mới trên kênh ảo ñược cộng thêm 1 so với gói trước ñó theo modulo 8 hoặc 128. P(R) chứa số thứ tự gói tiếp theo muốn nhận từ phía bên kia của kênh ảo. Khi không có dữ liệu ñược truyền thì có thẻ các gói xác nhận sẵn sàng nhận RR hoặc chưa sẵn sàng nhận RNR ñược truyền. Kích thước cửa sổ mặc ñịnh là 2 nhưng có thể thiết lập là 7 với trường số thứ tự 3 bits và 127 với trường số thứ tự 7 bits.

Xác nhận (RR, RNR) và ñiều khiển luồng có thể thực hiện theo cách end-toedn bằng cách thiết lập bit D. Kho D = 0 (thường sử dụng) thì xác nhận ñược trao ñổi giữa DTE và mạng. Sự trao ñổi này ñược sử dụng bởi DCE cục bộ hoặc mạng ñể thu xác nhận các gói và ñiều khiển luồng từ DTE vào mạng. Khi D = 1 thì xác nhận từ DTE từ xa.

Dạng ñiều khiển lỗi cơ bản là ARQ go-back-N. Xác nhận phủ ñịnh trong gói ñiều khiển từ chối REJ. Nếu node nhận một xác nhận phủ ñịnh thì nó sẽ truyền lại gói xác ñịnh và những gói tiếp theo.

Chuỗi gói

X.25 cung cấp khả năng gọi là chuỗi gói hoàn chỉnh ñể ñịnh nghĩa số chuỗi liên tục của các gói dữ liệu. ðiều này là quan trọng khi hoạt ñộng trên các giao thức liên mạng, cho phép các khối dữ liệu dài hơn có thể ñược truyền qua mạng với những gói có kích thước nhỏ hơn mà không bị lạc mất.

ðể ñặc trưng ñiều này, X.25 ñịnh nghĩa hai loại gói: Các gói A và các gói B. Gói A là gói mà M ñược lập bằng1, D=0 và gói ñầy (bằng với chiều dài cho phép tối ña). Gói B là các gói không phải là A. Có thể có nhiều hoặc không có gói A ñược theo sau gói B. Mạng có thể kết hợp chuỗi gói này như một gói lớn và mạng có thể chia gói B thành các gói nhỏ hơn ñể tạo thành số thứ tự gói hoàn chỉnh.

Gói B ñược kiểm soát bằng sự thiết lập bit M và D. Nếu D=1 thì xác nhận end-to-end ñược gởi bởi DTE thu ñến DTE phát. Nghĩa là xác nhận số chuỗi gói hoàn chỉnh. Nếu M=1 thì có chuỗi gói hòan chỉnh theo sau. ðiều này cho phép ñịnh dạng các chuỗi con là một phần của một chuỗi lớn ñể xác nhận end-to-end có thể xuất hiện cuối chuỗi lớn.


Trang 81

Hình 3-26 Chuỗi gói X.25.


• [BERT92] Bertsekas, D. and Gallager, R. Data Networks. Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall, 1992.

• [KLEI76] Kleinrock, L. Queuing Systems, Volume II: Computer Applications. New York:Wiley, 1976.

• [SCHW77] Schwartz, M. Computer-Communication Network Design and Analysis. Engle-wood Cliffs, NJ: Prentice Hall, 1977.

• [SPOH93] Spohn, D. Data Network Design. New York: McGraw-Hill, 1994.

• [SPRA91] Spragins, J., Hammond, J., and Pawlikowski, K. Telecommunications Protocols and Design. Reading, MA.: Addison-Wesley, 1991.

• [STUC85] Stuck, B. and Arthurs, E. A Computer Communications Network Performance Analysis Primer. Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall, 1985.


Trang 82

4. INTEGRATED SERVICE DIGITAL NETWORK Sự phát triển nhanh chóng của các công nghệ máy tính và truyền thông làm gia

tăng sự hòa hợp giữa hai lĩnh vực này. Ranh giới không rõ ràng giữa máy tính, chuyển mạch, thiết bị truyền dẫn số và các kỹ thuật số ñều ñược sử dụng ñể truyền dữ liệu, thoại, hình ảnh… Việc hợp nhất và tiến hóa của các kỹ thuật, kết hợp với các nhu cầu về tính hiệu quả, ña dạng, xử lý và phổ biến của thông tin ngày một tăng dẫn ñến sự phát triển của các hệ thống tích hợp mà có khả năng truyền và xử lý tất cả các kiểu dữ liệu. Mục ñích cuối cùng của sự phát triển này chính là một mạng số tích hợp dịch vụ (ISDN).

ISDN hướng ñến một mạng viễn thông công cộng toàn cầu thay thế cho các mạng viễn thông công cộng ñang tồn tại và phân phối nhiều loại hình dịch vụ phong phú. ISDN ñược ñịnh nghĩa bởi sự chuẩn hóa các giao tiếp người sử dụng và ñược thực hiện như một tập hợp các chuyển mạch số và các ñường dẫn hỗ trợ phạm vi rộng của các kiểu lưu lượng và cung cấp các dịch vụ xử lý giá trị gia tăng. Trong thực tế, nhiều mạng hoạt ñộng trong phạm vi quốc gia, nhưng trên quan ñiểm người sử dụng thì chúng là ñơn lẻ, khả năng truy cập ñơn ñiệu.

Tác ñộng của ISDN ñối với người sử dụng và nhà cung cấp rất là sâu sắc. ðể ñiều khiển sự phát triển của ISDN và tác ñộng của nó, là nỗ lực rất lớn trong quá trình chuẩn hóa.

Thế hệ ñầu tiên của ISDN ñược gọi là ISDN băng hẹp N-ISDN (Narrowband-ISDN), dựa trên cơ sở sử dụng kênh 64kbps như một ñơn vị cơ bản của chuyển mạch và có một chuyển mạch kênh có hướng. Kỹ thuật chủ yếu của ISDN băng hẹp là frame relay. Thế hệ thứ hai ñược gọi là ISDN băng rộng B-ISDN (Broadband-ISDN), hỗ trợ các tốc ñộ dữ liệu rất cao (hàng trăm Mbps) và chuyển mạch gói có hướng. Kỹ thuật chủ yếu của ISDN băng rộng là kiểu truyền bất ñồng bộ ATM (Asynchronous Transfer Mode), còn gọi là cell relay.

Chương này giới thiệu tổng quan về tổng quan, các chuẩn, các kênh, các kiểu truy cập và các giao thức trong ISDN.

1. TỔNG QUAN VỀ ISDN

Nội dung của ISDN ñược xét trên một vài quan ñiểm khác nhau, trong phần này, ta sẽ xem xét nguyên lý cơ bản của ISDN, giao tiếp người sử dụng, các mục tiêu và các dịch vụ của ISDN.

Nguyên lý cơ sở của ISDN

Các tiêu chuẩn cho ISDN ñược ITU-T ñịnh nghĩa năm 1998 trong khuyến nghị I.120 như trong bảng 4.1. Bây giờ, ta sẽ xét lần lượt các ñiểm này:

Chương 4.... INTEGRATED SERVICE DIGITAL NETWORK

Trang 83

Bảng 4-1. Khuyến nghị I.120 (1998) Chức năng chính trong nội dung ISDN là hỗ trợ một phạm vi rộng các ứng dụng thoại lẫn phi thoại. Thành phần chính của tích hợp dịch vụ cho ISDN là cung cấp một phạm vi dịch vụ sử dụng tập hợp các kiểu nối kết và phạm vi giao tiếp người sử dụng mạng ña mục ñích. ISDN hỗ trợ các ứng dụng ña dạng bao gồm các nối kết chuyển mạch lẫn phi chuyển mạch. Nối kết chuyển mạch trong ISDN bao gồm các nối kết chuyển mạch kênh lẫn chuyển mạch gói và các sự ghép nối của chúng Cho ñến lúc khả thi thì các dịch vụ mới ñược ñưa vào trong ISDN nên ñược sắp xếp ñể tương hợp vớicác nối kết số chuyển mạch 64kbps. ISDN bao hàm các chức năng cung cấp dịch vụ, vận hành và quản lý mạng thông minh. Tính thông minh có thể không ñược thỏa mãn cho một số dịch vụ mới và có thể ñược bổ sung bởi các tính thông minh khác trong mạng hoặc có thể kết hợptính thông minh trong các kết cuối người sử dụng. Cấu trúc giao thức phân lớp nên ñược sử dụng ñể xác ñịnh sự truy cập ñến một ISDN. Truy cập từ người sử dụng ñến các tài nguyên ISDN có thể thay ñổi tùy thuộc yêu cầu dịch vụ và trạng thái thực hiện của các ISDN quốc gia.

Nguyên lý ISD

N

ISDN có thể ñược thực hiện trong nhiều cấu hình khác nhau theo các ñặc trưng của mỗi quốc gia. ISDN dựa trên các nội dung của các mạng số tích hợp ñiện thoại và có thể bao gồm sự phát triển kết hợp chặt chẽ các chức năng bổ sung và các tính năng mạng của các mạng chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói cho dữ liệu ñể cung cấp cho các dịch vụ mới. Sự chuyển dịch từ mạng hiện tại sang ISDN toàn diện có thể yêu cầu một khoảng thời gian kéo dài trong một hoặc nhiều thập kỷ. Trong thời gian này phải phát triển mạng cho các dịch vụ trên ISDN và các dịch vụ trên các mạng khác. Trong sự phát triển theo hướng ISDN thì nối kết số end-to-end sẽ ñạt ñược qua sự phát triển thiết bị ñược sử dụng trong các mạng tồn tại như truyền dẫn số, chuyển mạch ghép kênh phân chia thời gian hoặc chuyển mạch ghép kênh phân chia không gian. Các khuyến nghị liên quan hiện nay cho chúng hợp thành các thành phần của ISDN nhận ñược trong các khuyến nghị thích hợp của CCITT và CCIR. Trong giai ñoạn phát triển ñầu của ISDN có một số khoảng thừoi gian quá ñộ chuẩn bị người sử dụng – mạng có thể ñược chấp nhận ở một số quốc gia nào ñó ñể dễ dàng vượt qua khả năng cho các dịch vụ số. Các kế hoạch tương ứng với các nước khác nhau có thể tuân theo một phần hoặc toàn bộ loạt khuyến nghị I (I-Series).

Tiến triển của ISDN

Tiến triển của ISDN có thể bao gồm ở các tầng cuối các nối kết chuyển mạch có tốc ñộ bit cao và thấp hơn 64kbps.

1. Hỗ trợ cho các ứng dụng thoại lẫn phi thoại sử dụng tập hợp các phương tiện ñược chuẩn hóa: Nguyên lý này ñịnh nghĩa cả hai mục ñích của ISDN và các phương tiện hoàn tất nó. Các mục ñích của ISDN là ña dạng dịch vụ truyền tiếng nói (ví dụ gọi ñiện thoại) và phi thoại (trao ñổi dữ liệu số). Các dịch vụ này ñược cung cấp trong việc hình thành các tiêu chuẩn (các khuyến nghị ITU-T) mà xác ñịnh một số ít giao tiếp và phương tiện truyền dữ liệu.

2. Hỗ trợ cho các ứng dụng chuyển mạch lẫn không chuyển mạch: ISDN hỗ trợ cả chuyển mạch kênh lẫn chuyển mạch gói. Ngoài ra, ISDN còn hỗ trợ các dịch vụ không chuyển mạch ở dạng các ñường dây thuê riêng.

3. Sự tín nhiệm trên các nối kết 64kbps: ISDN cung cấp các nối kết chuyển mạch kênh lẫn chuyển mạch gói ở tốc ñộ 64kbps, ñây là “viên gạch nền tảng” của ISDN. Tốc ñộ này ñược chọn bởi vì lúc này, tốc ñộ này là tiêu chuẩn trong số hóa thoại và do ñó ñược ñưa vào trong các mạng số tích hợp IDN (Integrated Digital Network). Mặc dù tốc ñộ dữ liệu này là hữu hiệu nhưng nó hạn chế sự tín nhiệm trên ñó. Csac phát triển sau trong ISDN sẽ cho phép ñộ linh hoạt lớn hơn.

4. Thông minh trong mạng: ISDN ñược kỳ vọng ñể có thể cung cấp các dịch vụ phức tạp vượt qua sự thiết lập cuộc gọi ñơn giảncủa chuyển mạch kênh.


Trang 84

5. Kiến trúc mạng phân lớp: Các giao thức sử dụng ñể truy cập ISDN trên cấu trúc phân lớp và có thể ánh xạ vào mô hình tham chiếu OSI. ðiều này có một số thuận lợi:

• Các tiêu chuẩn ñã ñược phát triển cho các ứng dụng OSI liên quan có thể ñược sử dụng trong ISDN. Ví dụ là X.25 lớp 3 cho truy cập dịch vụ chuyển mạch gói trong ISDN.

• Các chuẩn mới liên quan ñến ISDN có thể dựa trên các chuẩn ñang tồn tại, giảm chi phí thực hiện mới. Ví dụ LAPD dựa trên LAPB.

• Các chuẩn có thể ñược phát triển và thực hiện ñộc lập cho từng lớp và từng chức năng trong một lớp, ñiều này cho phép thực hiện từng bước của các dịch vụ ISDN ở bướcthích hợp dựa trên nhà cung cấp hoặc khách hàng cho trước.

6. ða dạng trong cấu hình: Nhiều cấu hình vật lý có thể thực hiện cho ISDN, ñiều này cho phép sự khác biệt của các chính sách của các quốc gia trong tình trạng kỹ thuật khác hhau và các nhu cầu cũng như thiết bị hiện có của khách hàng.

Giao tiếp người sử dụng

Hình 4-1 Khái niệm các ñặc trưng nối kết ISDN.

Hình 4-1 cho thấy khái quát ñặc trưng nối kết ISDN trên quan ñiểm người sử dụng. Người sử dụng truy cập vào ISDN bằng các phương tiện giao tiếp cục bộ của các ñường dây số với một tốc ñộ bit nào ñó. Các ñường dây có kích thước khác nhau cho phép thỏa mãn các nhu cầu khác nhau. Ví dụ, khách hàng gia ñình có thể chỉ yêu cầu dung lượng vừa ñủ ñể sử dụng ñiện thoại và videotex. Khách hàng văn phòng sẽ chắc chắn muốn nối ñến ISDN qua một tổng ñài nhánh cá nhân PBX số và yêu cầu ñường dây có dung lượng cao hơn.

Tại thời ñiểm nhất ñịnh, ñường dây tới người sử dụng giả sử có dung lượng cố ñinh nhưng lưu lượng trên ñường dây có thể biến ñổi trong phạm vi dung lượng giới hạn. Như vậy, người sử dụng có thể truy cậpcác dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói cũng như các dịch vụ khác với tốc ñộ bit thay ñổi và dạng tín hiệu không ñồng nhất. ðể cung cấp các dịch vụ này, ISDN yêu cầu các tín hiệu ñiều khiển phức tạp hơn trong

Tổng ñài trung tâm

ISDN

Các dịch vụ khác

Các cơ sở dữ liệu

Các mạng khác


ðiện thoại

Kết cuối dữ liệu

PBX

Alarm

Mạng chuyển mạch kênh

… … LAN

Giao tiếp khách hàng ISDN

ðường dây số


Trang 85

cấu trúc ñể cung cấp cho các dịch vụ yêu cầu. Các tín hiệu ñiều khiển này còn ñược ghép vào trong cùng ñường dây số.

Khía cạnh quan trọng trên giao tiếp là người sử dụng có thể sử dụng ít hơn dung lượng tối ña của ñường dây và sẽ trả theo dung lượng sử dụng hơn là theo thời gian nối kết. ðặc trưng này giảm nhiều giá trị lưu hành của người sử dụng ñể có ñược ñộ sử dụng kênh tối ưu bằng việc sử dụng các bộ tập trung, ghép kênh, chuyển mạch và các ñường dây dùng chung khác.

Mục tiêu

Các hoạt ñộng hiện này dẫn ñến sự phát triển phổ biến của ISDN. Kết quả này bao gồm từ các chính phủ, các công ty xử lý dữ liệu và truyền thông, các tổ chức tiêu chuẩn và các tác tử khác. Mục tiêu chính là:

• Sự chuẩn hóa: Cần thiết có một tập hợp tiêu chuẩn ISDN ñược cung cấp ñể cho phép truy cập phổ biến và phát triển hiệu quả chi phí thiết bị.

• Trong suốt: Quan trọng nhất là dịch vụ ñược cung cấp là trong suốt, cho phép các người sử dụng phát triển các ứng dụng và giao thức với niềm tin rằng không bị ảnh hưởng trên ISDN.

• Phân tách các chức năng cạnh tranh: Phải có khả năng phân tách các chức năng mà có thể ñược cung cấp cạnh tranh với nhau màchúng là cơ sở của ISDN. Trong nhiều quốc gia thì chính phủ có thể cung cấp toàn bộ các dịch vụ nhưng lại có nhiều quốc gia khác có nhiều nhà cung cấp cạnh các dịch vụ tranh nhau (ví dụ videotex, thư ñiện tử).

• Dịch vụ thuê kênh riêng và chuyển mạch: ISDN cung cấp các dịch vụ thuê riêng từ ñiểm tới ñiểm cũnh như các dịch vụ chuyển mạch, do ñó, chúng phải cho phép người sử dụng thực hiện tối ưu các kỹ thuật chuyển mạch và ñịnh tuyến.

• Giá liên quan chi phí: Giá thành dịch vụ ISDN nên liên quan ñến chi phí và nên ñộc lập dạng dữ liệu ñược mang. Dạng dịch vụ này không thể trợ cấp cho dịch vụ khác.

• Chuyển ñổi mịn: Chuyển ñổi ISDN sẽ là từng bước và mạng phát triển phải ñồng thời với thiết bị và dịch vụ. Như vậy, các giao tiếp ISDN nên phát triển từ các giao tiếp hiện hành và cung cấp ñường dẫn nâng cấp ñến các người sử dụng.

• Hỗ trợ ghép kênh: Ngoài ra, ñể cung cấp hỗ trợ dung lượng thấp ñến từng người sử dụng, hỗ trợ ghép kênh phải ñược cung cấp ñể cung cấp cho các PBX của các nhà sử dụng và các thiết bị mạng cục bộ.

Kiến trúc

Hình 4-2 là sơ ñồ khối chức năng của ISDN. ISDN hỗ trợ nối kết vật lý mới cho người sử dụng, một mạch vòng thuê bao số (tuyến từ người sử dụng ñến tổng ñài) và các sự thay ñổi thiết bị tổng ñài trung tâm.

Vùng ñược các tổ chức chuẩn hóa quan tâm nhiều nhất là truye cập của người sử dụng. Giao tiếp vật lý chung ñược ñịnh nghĩa ñể cung cấp một nối kết DTE-DCE. Trên cùng nối kết có thể sử dụng máy ñiện thoại, kết cuối máy tính và kết cuối videotex. Các giao thức cần thiết ñể trao ñổi thông tin ñiều khiển giữa người sử dụng và mạng. Sự cung cấp phải ñược tiến hành trên các giao tiếp tốc ñộ cao.


Trang 86

Hình 4-2 Sơ ñồ khối chức năng ISDN.

Phần mạch vòng thuê bao của mạng ñiện thoại ngày nay bao gồm các day cáp xoắn giữa thuê bao và tổng ñài, mang các tín hiệu tương tự 4kHz. Trong ISDN, một hay hai cặp dây xoắn ñược sử dụng ñể cung cấp nối kết truyền số song công cơ bản.

Tổng ñài số nối với nhiều tín hiệu mạch vòng thuê bao ISDN tới IDN. Ngoài việc cung cấp truy cập ñến mạng chuyển mạch kênh thì tổng ñài cung cấp truy cập thuê bao kênh riêng, các mạng chuyển mạch gói, các dịch vụ máy tính giao dịch có hướng. Truy cập ghép kênh qua PBX số và LAN phải ñược cung cấp.

Các tiêu chuẩn

Sự phát triển của ISDN ñược cai trị bởi một tập các khuyến nghi ñược phát hành bởi ISDN gọi là loạt khuyến nghị I-series. Các khuyến nghị hay tiêu chuẩn này ñược phát hành ñầu tiên vào năm 1984, sau ñó, hoàn thiện hơn vào năm 1988 với hấu hết các khuyến nghị ñược cập nhật,hiệu chỉnh. Khối lượng mô tả ISDN trong loạt khuyến nghị này có một số vấn ñề liên quan ñến các khuyến nghị khác. ðặc trưng ISDN trong các khuyến nghị này xoay quanh các phạm vi sau:

1. Tiêu chuẩn hóa dịch vụ cung cấp cho người sử dụng ñể cho phép các dịch vụ có thể tương thích giữa các quốc gia.

2. Tiêu chuẩn hóa các giao tiếp người sử dụng và mạng ñể cho phép các thiết bị kết cuối có thể lưu ñộng và hoạt ñộng trong ñiều 1.

3. Tiêu chuẩn hóa các khả năng ISDN ñến mức cần thiết ñể cho phép kết hợp người sử dụng với mạng và mạng với mạng ñể ñạt ñược ñiều 1 và 2.

Loạt khuyến nghi I-series ñược chia thành 6 nhóm chính, ñánh dấu từ I.100 ñến I.600.

Series I.100 – Các nội dung tổng quan

Series I.100 giới thiệu về ISDN. Cấu trúc chung của các khuyến nghị ISDN ñược trình bày như một thuật ngữ. I.120 cung cấp toàn bộ mô tả về ISDN và tiến triển của ISDN. I.130 giới thiệu thuật ngữ và nội dung ñược sử dụng trong series I.200 ñể xác ñịnh các dịch vụ.

IDN

Giao tiếp vật lý chung

Tổng ñài trung tâm

ISDN

Dịch vụ xử lý cơ sở mạng

Các cấu trúc kênh ISDN mạch vòng thuê bao: Sơ cấp: 64kbps+64kbps+16kbps. Thứ cấp: bội số các kênh 64kbps.

Chuyển mạch kênh số



Trang 87

Series I.200 – Khả năng phục vụ

Series I.200 mô tả các phần quan trọng trong ISDN. Các dịch vụ ñược cung cấp ñược xác ñịnh. Ta có thể tìm thấy ñược các yêu cầu dịch vụ mà ISDN phải thỏa mãn.

Series I.300 – Các khía cạnh mạng

Trong khi Series I.200 tập trung vào người sử dụng với các thuậtngữ về dịch vụ ñược cung cấp thì Series I.300 tập trung vào mạng, với các thuật ngữ về cách thức mạng cung cấp các dịch vụ này. Mô hình tham chiếu ñược trình bày dựa trên mô hình OSI, tính tóan sự phức tạp của các nối kết bao gồm hai hay nhiều hơn hai người sử dụng (hội nghị) cùng với trao ñổi báo hiệu kênh chung.

Series I.400 – Các giao tiếp người sử dụng – mạng.

Series I.400 giải quyết giao tiếp giữa người sử dụng và mạng. Có 3 chủ ñề chính ñược xác ñịnh:

• Các cấu hình vật lý: Vấn ñề cấu hình các chức năng ISDN cho các thiêst bị như thế nào. Các tiêu chuẩn xác ñịnhcác nhóm chức năng và ñịnh nghĩa các ñiểm tham chiếu giữa các nhóm này.

• Tốc ñộ truyền dẫn: Các tốc ñộ dữ liệu và các sự kết hợp tốc ñộ dữ liệu ñể cung cấp cho người sử dụng.

• Các ñặc trưng giao thức: Các giao thức ở lớp 1 ñến 3 trong mô hình OSI xác ñịnh tương tác cho người sử dụng và mạng.

Series I.500 – Các giao tiếp liên mạng

ISDN không chỉ hỗ trợ các dịch vụ mà còn cung cấp trên các mạng chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói. Như vậy, nó chỉ cần cung cấp liên mạng giữa một ISDN và các mạng khác ñể cho phép truyền thông gũa các kết cuối thuộc các dịch vụ liên quan ñược cung cấp qua các mạng khác. Series I.500 giải quyết các vấn ñề mạng khác nhau bằng cách ñịnh nghĩa các giao tiếp giữa ISDN và các kiểu mạng khác.

Series I.600 – Nguyên lý vận hành

Các dịch vụ này cung cấp sự hướng dẫn vận hành của việc thiết lập thuê bao ISDN, là một phần mạng của truycập sơ cấp, thứ cấp ISDN và các dịch vụ tốc ñộ cao hơn. Các nguyên lý và các chức năng vận hành liên hệ với cấu hình tham chiếu và kiến trúc tổng quan ISDN. Chức năng chính mà ñược xác ñịnh trong series là vòng phản hồi. Tổng quan, kiểm tra vòng phản hồi ñược sử dụng ñể xác ñịnh sự cố và kiểm tra.

2. CÁC KÊNH ISDN

ðường dây số giữa tổng ñài và người sử dụng ISDN ñuợc sử dụng ñể mang các kênh truyền thôngtin. Dung lượng của ñường dây là số kênh ñược mang có thể từ nhiều người sử dụng này ñến người sử dụng khác. Cấu trúc truyền dẫn của mọi tuyến truy cập ñược cấu thành từ các dạng kênh sau:

• Kênh B: 64kbps.

• Kênh D: 16 hoặc 64kbps.

• Kênh H: 384 (H0), 1536 (H11) và 1920 (H12)kbps.


Trang 88

Kênh B là kênh sơ cấp của người sử dụng. Nó có thể ñược sử dụng ñể mang dữ liệu số, tín hiệu thoại ñã số hóa sang PCM hoặc một sự kết hợp của lưu lượng tốc ñộ thấp, bao gồm dữ liệu số và thoại số hóa ñược mã hóa ở một phần tốc ñộ 64kbps. Trong trường hợp kết hợp lưu lượng, tất cả các lưu lượng phải ñến cùng một ñiểm cuối. Bốn dạng nối kết có thể ñược thiết lập cho kênh b là:

• Chuyển mạch kênh: Tương ñương với chuyển mạch số sử dụng hiện nay. Người sử dụng yêu cầu cuộc gọi và một nối kết chuyển mạch kênh ñược thiết lập với một người sử dụng khác. Việc thiết lập cuộc gọi không ñược tiến hành trên kênh B mà thực hiện qua kênh D.

• Chuyển mạch gói: Người sử dụng ñược nối với một node chuyển mạch gói và dữ liệu trao ñổi với người sử dụng khác qua X.25.

• Kiểu khung: Người sử dụng ñược nối với node frame relay và dữ liệu ñược trao ñổi với người sử dụng khác qua giao thức LAPF.

• Kiểu bán vĩnh viễn: ðây là nối kết ñến người sử dụng khác ñược thiết lập trước và không yêu cầu giao thức thiết lập cuộc gọi, dạng này tương ñường với ñường dây tuê riêng.

Việc thiết kế tốc ñộ 6kbps như tốc ñộ kênh người sử dụng chuẩn có mâu thuẩn nhỏ với các chuẩn hiện nay. Tốc ñộ này ñược chọn cho tốc ñộ tín hiệu thoại ñược số hóa, nhưng hiện nay, tín hiệu thoại có thể số hóa với tốc ñộ 32kbps hoặc thấp hơn. ðể ñạt ñược hiệu quả, chuẩn phải ổn ñịnh công nghệ ở một thời ñiểm nhất ñịnh. Vấn ñề cải tiến công nghệ diễn ra liên tục ñể không bị lạc hậu và nhược ñiểm của tốc ñộ 64kbps làm cơ sở gây một chút khó khăn trong sự phát triển công nghệ và kỹ thuật.

Bảng 4-2. Các chức năng kênh B và kênh D của ISDN

Kênh B (64kbps) Kênh D(16kbps)

Thoại số hóa: • PCM tốc ñộ 64kbps • Tốc ñộ bit thấp (32kbps)

Báo hiệu • Cơ bản • Nâng cao

Dữ liệu tốc ñộ cao • Chuyển mạch kênh • Chuyển mạch gói

Dữ liệu tốc ñộ thấp • Videotex • Teletex • Thiết bị ñầu cuối

Các loại khác: • Facimile • Video quét tốc ñộ thấp

ðo lường xa • Các dịch vụ khẩn • Quản lý năng lượng

Kênh D phục vụ cho hai mục ñích. Mục ñích ñầu là mang thông tin báo hiệu ñể ñiều khiển các cuộc gọi chuyển mạch kênh trên các kênh B ñược kết hợp trên cùng giao tiếp. Mục ñích thứ hai là kênh D có thể ñược sử dụng ñể mang dữ liệu của chuyển mạch gói hay ño lường từ xa tốc ñộ thấp (100bps) ở thời ñiểm khi không có thông tin báo hiệu ñược truyền. Bảng 4.2 tổng quan các dạng lưu lượng dữ liệu ñược hỗ trợ trên kênh B và kênh D.

Kênh H ñược cung cấp cho thông tin người sử dụng ở các tốc ñộ bit cao hơn. Người sử dụng có thể sử dụng như một kênh hoặc một trung kế tốc ñộ cao hoặc một kênh có thể ñược chia nhỏ cho các người sử dụng của mình trong sơ ñồ TDM của họ. Các ví dụ


Trang 89

về ứng dụng có thể bao gồm fascimile nhanh, video, dữ liệu tốc ñộ cao, âm thanh chất lượng cao và nhiều dòng thông tin ở các tốc ñộ khác.

Các dạng kênh ñược nhóm vào trong các cấu trúc truyền dẫn mà ñược cung cấp như một gói cho người sử dụng. Các cấu trúc ñịnh nghĩa tốt nhất ở thời ñiểm là cấu trúc kênh cơ bản (truy cập sơ cấp) và cấu trúc kênh chính (truy cập thứ cấp) như mô tả trong Hình 4-3.

Truy cập sơ cấp bao gồm hai kênh B song công, tốc ñộ 64kbps và một kênh D song công, tốc ñộ 16kbps. Tổng tốcñộ là 144kbps. Tuy nhiên, thông tin ñồng bộ, ñịnh khung và các bit thông tin dẫn ñường khác thành tốc ñộ bit tổng trên truy cập sơ cấp là 192kbps. Mỗi khung truy cập sơ cấp có 48bits, gồm 16bit cho mỗi kênh B và 4 bit cho kênh D và các bit thông tin dẫn ñường xen kẻ.

Dịch vụ sơ cấp ñược hướng ñến thỏa mãn các nhu cầu của từng người sử dụng, bao gồm người sử dụng gia ñình hoặc văn phòng rất nhỏ. Nó cho phép sử dụng ñồng thời thoại và một số ứng dụng dữ liệu khác như truy cập chuyển mạch gói, nối ñến trung tâm cảnh báo, facsimile, videotex… Các dịch vụ này có thể ñược truy cập qua kết cuối ña chức năng hoặc các thiết bị ñầu cuối riêng biệt. Trong cả hai trường hợp, giao tiếp vật lý ñơn giản ñược cung cấp. Hầu hết các mạch vòng cáp xoắn có thể hỗ trợ cho giao tiếp này.

Trong một số trường hợp, một trong hai kênh B còn lại là không sử dụng, ñiều này thích hợp với giao tiếp B+D hoặc chỉ riêng kênh D là hiệu quả hơn 2B+D. Tuy nhiên, ñể mạng thực hiện một cách ñơn giản, tốc ñộ dữ liệu ở giao tiếp là 192kbps. Vậy, với các thuê bao muốn yêu cầu trao ñổi ít hơn thì có thể tiết kiệm chi phí sử dụng với một giao tiếp suy giảm.

Sơ cấp: Tốc ñộ 192kbps gồm B(64) +B(64)+D(16)+ñồng bộ và khung

Thứ cấp: Tốc ñộ 2.048Mbps hoặc 1.544 Mbps

• 2.048Mbps: 30 kênh B(64kbps) + 1 kênh D(64kbps) + ñồng bộ và ñịnh khung

• 1.544Mbps: 23 kênh B(64kbps) + 1 kênh D(64kbps)+ ñồng bộ và ñịnh khung

Hình 4-3 Cấu trúc kênh ISDN.

Sơ cấp

B Thông tin (thoại,

B dữ liệu )

D Báo hiệu

Thông tin dẫn ñường

Thứ cấp

B B … B D Báo hiệu Thông tin dẫn ñường

…


Trang 90

Truy cập thứ cấp ñược dự trù cho người sử dụng có nhu cầu lớn hơn như văn phòng, công sở với tổng ñài nhánh cá nhân PBX hoặc mạng cục bộ LAN. Do cơ sự khác biệt trong cấu trúc truyền dẫn của các quốc gia khác nhau, nên có hai cấu hình phù hợp:

• Mỹ, Canada và Nhật sử dụng cấu trúc truyền dẫn 1.544Mbps, tương ứng với phương tiện truyền dẫn T1 sử dụng dạng thức truyền dẫn DS-1. Tốc ñộ dữ liệu là 1.536Mbps và tốc ñộ bit tổng cộng là 1.544Mbps.

• Ở Châu Âu và nhiều quốc gia còn lại sử dụng tốc ñộ tiêu chuẩn là 2.048Mbps, tương ứng với phương tiện truyền dẫn E1 (30 kênh B và 1 kênh D). Tốc ñộ dữ liệu là 1.984Mbps và tốc ñộ bit tổng cộng là 2.048Mbps.

Hơn nữa, truy cập thứ cấp có khả năng cung cấp cho khách hàng các yêu cầu thấp hơn ñể sử dụng một vài kênh B với cấu trúc kênh nB+D, trong ñó, n từ 1 ñến 23 hoặc tuiừ 1 ñến 30 tùy theo dịch vụ thứ cấp. Nếu khách hàng có nhu cầu cao hơn thì có thê ñược cung cấp nhiều hơn một giao tiếp. Trong trường hợp này, kênh D trên một giao tiếp sẽ ñảm nhận báo hiệu cho toàn bộ các kênh còn lại.

Giao tiếp thứ cấp còn có thể hỗ trợ cho các kênh H. Một số cấu trúc bao gồm kênh D cho báo hiệu. Khi không có kênh D thì ñược giả sử rằng có một kênh D của một giao tiếp thứ cấp khác cùng khu vực của thuê bao sẽ cung cấp yêu cầu báo hiệu. Các cấu trúc sau ñược thừa nhận:

• Giao tiếp tốc ñộ thứ cấp cấu trúc kênh H0: Giao tiếp này hỗ trợ các kênh H0, tốc ñộ 384kbps. Các cấu trúc là 3K0+D và 4H0 cho giao tiếp 1.544Mbps và 5H0+D cho giao tiếp 2.048Mbps.

• Giao tiếp tốc ñộ thứ cấp cấu trúc kênh H1: Cấu trúc kênh H11 bao gồm mọt kênh H11 1536kbps. Cấu trúc kênh H12 gồm 1 kênh H12 tốc ñộ 1920kbps và một kênh D.

• Giao tiếp tốc ñộ thứ cấp cấu trúc hỗn hợp kênh B và kênh H0: Giao tiếp này gồm 0 hoặc 1 kênh D cộng với bất kỳ sự kết hợp của các kênh B và các kênh H0 ñể có dung lượng tổng tương ứng trên giao tiếp vật lý. Ví dụ 3H0+5B+D hoặc 3H0+6B.

3. TRUY CẬP NGƯỜI SỬ DỤNG

ðể ñịnh nghĩa các yêu cầu truy cập của người sử dụng ISDN, một sự thỏa thuận về cấu hình dự ñịnh của thiết bị trong nhà của người sử dụng và các giao diện tiêu chuẩn cần thiết là quyết ñịnh. Bước ñầu tiên là ñể nhóm các chức năng mà tồn tại trong khu vực người sử dụng. Hình 4-4 cho thấy phương thức của CCITT cho nhiệm vụ này, sử dụng:

• Nhóm chức năng: Sắp xếp thiết bị vật lý hoặc sự kết hợp của thiết bị trong một chừng mực nào ñó.

• Các ñiểm tham chiếu: Sử dụng ñể phân biệt các nhóm chức năng.

Kiến trúc của các thiết bị thuê bao ñược chia thành các nhóm chức năng khác nhau bởi các ñiểm tham chiếu. Sự phân biệt này cho phép các chuẩn giao tiếp phát triển trên các ñiểm tham chiếu, tăng ñộ hiệu quả tổ chức các tiêu chuẩn và cung cấp sự hướng dẫn cho các nhà cung cấp thiết bị. Khi các chuẩn giao tiếp ñã ổn ñịnh thì cải tiến kỹ thuật trên giao tiếp có thể ñược thực hiện mà không tranh chấp với các nhóm chức năng lân cận. Cuối cùng, giao tiếp ổn ñịnh thì thuê bao thuận lợi trong việc chọn các nhà cung cấp


Trang 91

khác nhau cho nhiều nhóm thiết bị khác nhau, miễn là thiết bị thích hợp với các chuẩn giao tiếp.

Hình 4-4 Các ñiểm tham chiếu và nhóm chức năng ISDN.

Kết cuối mạng 1 NT1 (Network Termination 1) bao gồm các chức năng ñược kết hợp với kết cuối vật lý và ñiện tử trong phạm vi người sử dụng ISDN, các chức năng này tương ứng với mô hình OSI lớp 1. NT1 có thể ñược ñiều khiển bởi nhà cung cấp ISDN và hình thành biên mạng. Biên này cách ly người sử dụng từ công nghệ truyền dẫn của mạch vòng thuê bao và các kiểu giao tiếo của bộ nối kết vật lý cho thiết bị người sử dụng. Ngoài ra, NT1 tiến hành các chức năng cận hành như kiểm tra mạch vòng và thực hiện giám sát. NT1 hỗ trợ ghép kênh (ví dụ ghép các kênh b và D ñể tạo thành 2B+D), ở lớp vật lý, dòng bit của các kênh này ñược ghép với nhau, sử dụng ghép kênh phân chia thời gian. Cuối cùng, giao tiếp NT1 có thể hỗ trợ nhiều thiết bị trên ñường truyền hỗn hợp (máy ñiện thoại, máy tính cá nhân, hệ thống cảnh báo…).

Kết cuối mạng 2 NT2 (Network Termination 2) là một thiết bị thông minh mà có thể thực hiện các chức năng chuyển mạch và tập trung. Nó có thể bao hàm các chức năng lên ñến lớp 3 của mô hình OSI. Các ví dụ về NT2 như PBX, bộ ñiều khiển thiết bị kết cuối hoặc mạng cục bộ LAN. Ví dụ chức năng chuyển mạch là một thành phần của PBX mà tác ñộng như một chuyển mạch kênh hoặc một máy tính chủ mà hoạt ñộng như một chuyển mạch gói. Chức năng tập trung ñơn giản là các phương tiện, thiết bị ghép kênh ñược nối với PBX hoặc LAN hoặc bộ ñiều khiển kết cuối ñể dữ liệu có thể ñược truyền qua ISDN.

Kết cuối mạng 12 NT12 (Network Termination 12) là thiết bị kết hợp NT1 và NT2. Trên nhiều quốc gia, nhà cung cấp ISDN sẽ trang bị cho họ các NT12 và cung cấp ñầy ñủ các dịch vụ cho người sử dụng.

Thiết bị kết cuối là thiết bị của thuê bao mà sử dụng ISDN; có hai loại ñược ñịnh nghĩa. Thiết bị kết cuối loại 1 TE1 (Terminal Equipment 1) là thiết bị mà hỗ trợ giao tiếp ISDN chuẩn. Ví dụ các máy ñiện thoại số, các thiết bị thoại/dữ liệu tích hợp và các thiết bị facsimile số. Thiết bị kết cuối loại 2 TE2 (Terminal Equipment 2) là thiết bị phi ISDN. Ví dụ các thiết bị với giao tiếp vật lý như EIA-232-E, các máy tính cá nhân với giao tiếp X.25. Các thiết bị này yêu cầu bộ tương hợp ñầu cuối TA (Terminal Adapter) ñể nối với giao tiếp ISDN.

ðiểm tham chiếu T (terminal) tương ứng với kết cuối mạng ISDN trong phạm vi người sử dụng, nó phân chia thiết bị của nhà cung cấp mạng với thiết bị người sử dụng. ðiểm tham chiếu S (system) tương ứng với giao tiếp của từng thiết bị ISDN và phân chia thiết bị kết cuối người sử dụng (TE) với các chức năng truyền thông mạng liên quan.

TE1 NT2

TE2 TA NT2

NT1

NT1

NT12

R S T


Trang 92

ðiểm tham chiếu R (rate) cung cấp giao tiếp phi ISDN giữa thiết bị người sử dụng mà không phù hợp với ISDN với thiết bị tương hợp.

4. CÁC GIAO THỨC ISDN

Kiến trúc giao thức ISDN

Hình 4-5 mô tả các giao thức ñịnh nghĩa tại giao tiếp người sử dụng và mạng tham chiếu với mô hình OSI. ISDN không tập trung vào các lớp người sử dụng từ lớp 4 ñến lớp 7. ðó là các lớp end-to-end ñược dùng bởi người sử dụng ñể trao ñổithông tin. Truy cập mạng tập trung vào các lớp từ 1 ñến 3. Lớp 1 ñịnh nghĩa trong I.430 và I.431, xác ñịnh giao tiếp vật lý cho truy cập sơ cấp và thứ cấp. Các kênh D và B ñyược ghép qua cùng giao tiếp vật lý nên các chuẩn này áp dụng cho cả hai dạng kênh. Hình vẽ cho thấy cấu trúc giao thức khác nhau cho hai kênh.

Với kênh D, chuẩn lớp tuyến dữ liệu mới, giao thức truy cập tuyến kênh D LAPD (Link Acces Protocol D channel) ñược ñịnh nghĩa. Chuẩn này dựa trên HDLC và hiệu chỉnh ñể thỏa mãn các nhưcầu ISDN. Tất cả truyền dẫn trên kênh D dựa trên dạng khung LAPD mà ñược trao ñổi giữa thiết bị thuê bao và thành phần chuyển mạch ISDN. Có 3 ứng dụng ñược hỗ trợ: ðiều khiển - báo hiệu, chuyển mạch gói và ño lường. Với ñiều khiển - báo hiệu, giao thức ñiều khiển cuộc gọi ñược ñịnh nghĩa (I.451/Q.931). Giao thức này ñược sử dụng ñể thiết lập. duy trì và giải phóng nối kết trên các kênh B, như vậy, nó là một giao thức giữa người sử dụng và mạng. ðiều khiển - báo hiệu này sẽ hỗ trợ cho các gao thức ở các lớp cao hơn. Kênh D còn có thể ñược sử dụng với mục ñích cung cấp các dịch vụ chuyển mạch gói cho thuê bao. Trong trường hợp này, giao thức X.25 lớp 3 ñược sử dụng và các gói X.25 ñược truyền ñịnh nghĩa trong các khung LAPD. Giao thức X.25 lớp 3 ñược sử dụng ñể thiết lập các kênh ảo trên kênh D tới các người sử dụng khác và ñể trao ñổi dữ liệu ñược ñóng gói. Ứng dụng cuối cùng của kênh D là ño lường từ xa, ñây là ứng dụng sử dụng tốc ñộ dữ liệu thấp và truyền nghĩa các thông số ño lường ñến một nơi khác ñể theo dõi, giám sát thiết bị.

Báo hiệu người sử

dụng (end-to-end)

Q.931 ñiều khiển gọi

X.25 lớp gói

Ứng dụng

Trình diễn

Phiên

Mạng

Tuyến dữ liệu

Vật lý

Dự phòng tương lai

LAP D Q.921Frame Relay

X.25 lớp gói

LAP B

Vật lý

ðiều khiển,

báo hiệu

Gói ðo lường Bán vĩnh viễn


Chuyển mạch kênh

Kênh D Kênh B và kênh

H Hình 4-5 Các giao thức ISDN tại giao tiếp người sử dụng và mạng.

Kênh B ñược sử dụng cho chuyển mạch kênh, các kênh ảo bán vĩnh viễn và chuyển mạch gói. Với chuyển mạch kênh, kênh dẫn ñược thiết lập trên kênh B theo yêu cầu. Giao thức ñiều khiển cuộc gọi kênh D ñược sử dụng cho mục ñích này. Khi kênh dẫn ñược thiết lập thì nó có thể ñược sử dụng ñể truyền dữ liệu giữa người sử dụng. Kênh ảo


Trang 93

bán vĩnh viễn là một kênh B mà ñược thiết lập trước nối giữa hai người sử dụng qua mạng. Như với nối kết chuyển mạch kênh thì nó cung cấp ñường dẫn dữ liệu trong suốt giữa các hệ thống.

Nối kết chuyển mạch kênh hoặc kênh ảo bán vĩnh viễn là nối kết có hướng, song công. Chúng ñược sử dụng tự do về dạng thức, giao thức và ñồng bộ khung. Như vậy, từ quan ñiểm ISDN, các lớp 2 ñến lớp 7 là không ñược xác ñịnh rõ ràng.

Trong trường hợp chuyển mạch gói, nối kết chuyển mạch kênh ñược thiết lập trên kênh B giữa người sử dụng và node chuyển mạch gói sử dụng giao thức ñiều khiển kênh D. Khi kênh dẫn ñược thiết lập trên kênh B thì người sử dụng có thể sử dụng X.25 lớp 2 và lớp 3 ñể thiết lập kênh ảo ñến người sử dụng khác qua nên này và ñể trao ñổi các gói dữ liệu. Ngoài ra, dịch vụ Frame relay cũng ñược sử dụng. Frame relay có thể ñược sử dụng qua các kênh H cũng với một kênh D.

Một số giao thức ñược chỉ ra trong hình ñược xét tổng quan trong phần này. Trước tiên, ta xét việc thiết lập các nối kết chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói. Sau ñó là giao thức ñiều khiển-báo hiệu và kế tiếp và LAPD. Cuối cùng là sự xem xét cho các ñặc trưng vật lý.

Các nối kết ISDN

ISDN cung cấp 4 kiểu dịch vụ ñể truyền thông end-to-end

• Các cuộc gọi chuyển mạch kênh qua kênh B.

• Các nối kết bán vĩnh viễn qua kênh B.

• Các cuộc gọi chuyển mạch gói qua kênh B.

• Các cuộc gọi chuyển mạch gói qua kênh D.

Các cuộc gọi chuyển mạch kênh

Cấu hình và các giao thức mạng cho chuyển mạch kênh bao gồm các kênh B và D. Kênh B ñược sử dụng ñể trao ñổi dữ liệu người sử dụng một cách trong suốt. Việc truyền thông giữa các người sử dụng có thể sử dụng bất kỳ giao thức nào mà thuê bao muốn ñể truyền end-to-end. Kênh D ñược sử dụng ñể trao ñổi thông tin ñiều khiển giữa người sử dụng và mạng ñể thiết lập và giải phóng cuộc gọi cũng như truy cập ñến các phương tiện, thiết bị mạng khác.

Kênh B ñược phục vụ bởi NT1 và NT2 chỉ sử dụng các chức năng lớp 1. trên kênh D, giao thức truy cập mạng cả 3 lớp ñược sử dụng. Cuối cùng, quá trình thiết lập và giải phóng cuộc gọi quan ISDN bao gồm sự kết hợp các chuyển mạch bên trong ISDn ñể thiết lập nối kết. các chuyển mạch này sử dụng giao thức báo hiệu bên trong là Hệ thống báo hiệu số 7.

Các nối kết bán vĩnh viễn

Nối kết bán vĩnh viễn giữa các ñiểm thỏa thuận trước có thể ñược cung cấp trong một thời gian vô thời hạn sau khi ký kết hoặc một khoảng thời gian nhất ñịnh hoặc trong ngày, hoặc những ngày trong tuần…Cũng như nối kết chuyển mạch kênh, chỉ có các chức năng lớp 1 ñược cung cấp bởi giao tiếp mạng. Giao thức ñiều khiển cuộc gọi không cần thiết bởi vì nối kết luôn ñược thiết lập.

Các cuộc gọi chuyển mạch gói qua kênh B

ISDN còn cho phép người sử dụng truy cập ñến các dịch vụ chuyển mạch gói cho lưu lượng dữ liệu mà ñược phục vụ tốt nhất bởi chuyển mạch gói. Có hai khả năng thực


Trang 94

hiện cho dịch vụ này: Khả năng chuyển mạch gói ñược cung cấp bởi một mạng tồn tại ñộc lập như một mạng dữ liệu công cộng chuyển mạch gói PSPDN (Packet-Switching Public Data Network) hay khả năng chuyển mạch gói ñược tích hợp trong ISDN. Trong trường hợp ñầu, dịch vụ ñược cung cấp qua kênh B và trong trường hợp sau thì dịch vụ có thể ñược cung cấp bởi kênh B hoặc kênh D.

Khi dịch vụ chuyển mạch gói ñược cung cấp bởi một mạng PSPDN tồn tại riêng thì truy cập phục vụ qua kênh B. Lúc này, người sử dụng và cả PSSPDN phải ñược nối kết như một thuê bao của ISDN. Trong trường hợp PSPDN thì một hoặc nhiều node chuyển mạch gói, còn gọi là các bộ kiểm soát gói, ñược nối với ISDN. Ta có thể xem các node như một DCE X.25 truyền thống bổ sung thích hợp cho truy cập ISDN. Nghĩa là thuê bao ISDN thừa nhận quy tắc của một DTE X.25 và node trong PSPDN ñược nối với các chức năng như một DCE X.25, thì ISDN ñơn giản là cung cấp nối kết từ DTE ñến DCE. Bất kỳ người sử dụng ISDN ñều có thể trao ñổi thông tin ñến PSPDN, bao gồm:

• Các người sử dụng nối trực tiếp nối kết vĩnh viễn ñến PSPDN

• Các người sử dụng của ISDN mà có một nối kết qua ISDN ñến PSPDN.

Nối kết giữa người sử dụng (qua kênh B) và bộ kiểm soát gói mà nó trao ñổi có thể là bán vĩnh viễn hay chuyển mạch kênh. Trong trường hợp ñầu, nối kết luôn sẵn sàng và người sử dụng có thể gọi ñến X.25 một cách tùy ý ñể thiết lập một kênh ảo ñến một người sử dụng khác. Trong trường hợp sau, kênh D ñược bao hàm và các bước liên tiếp sau ñược thực hiện (Hình 4-6):

Hình 4-6 Thiết lập cuộc gọi ảo.

1. Người sử dụng yêu cầu, giao thức ñiều khiển cuộc gọi (I,451/Q.931) qua kênh D, một nối kết chuyển mạch kênh trên kênh B ñến bộ kiểm soát gói.

2. Nối kết ñược thiết lập bởi ISDN và người sử dụng ñược thông báo qua giao thức ñiều khiển cuộc gọi qua kênh D.

3. Người sử dụng thiết lập kênh ảo ñến người sử dụng khác qua thủ tục thiết lập cuộc gọi X.25 trên kênh B. Bước này yêu cầu nối kết tuyến dữ liệu trước tiên, sử dụng LAPB, phải ñược thiết lập giữa người sử dụng và bộ kiểm soát gói.

DTE trên ISDN ISDN PSPDN DTE trên PSPDN

Thiết lập nối kết kênh B

(I.451/Q.931)

Thiết lập lớp tuyến (LAPB)

Thiết lập kênh ảo (X.25 PLP)

Setup

Connect

Setup

Connect

SABM

UA

Call Request

Call Connected

Incom Call

Call Accepted

ET ET

UA DCE


Trang 95

4. Người sử dụng kết thúc kênh ảo sử dụng X.25 trên kênh B.

5. Sau khi tiến hành một hoặc nhiều cuộc gọi ảo trên kênh B, người sử dụng gởi các tín hiệu qua kênh D ñể kết thúc nối kết chuyển mạch kênh ñến node chuyển mạch gói.

6. Nối kết ñược giải phóng bởi ISDN.

Hình 4-7 cho thấy cấu hình cho việc cung cấp dịch vụ này. Trong hình, người sử dụng sử dụng thiết bị DTE mà muốn có giao tiếp với một DCE X.25. Như vậy, một bộ tương hợp ñầu cuối TA ñược yêu cầu. X.25 có khả năng ñược tích hợp chức năng như một TE1 của ISDN mà không cần một TA riêng.

Khi dịch vụ chuyển mạch gói ñược cung cấp bởi ISDN, chức năng kiểm soát gói ñược cung cấp trong ISDN hoặc bởi một thiết bị khác hoặc như một thanh phần trong thiết bị chuyển mạch. Người sử dụng có thể nối với bộ kiểm soát gói bởi kênh B hoặc kênh D. trên kênh B, nối kết ñến bộ kiểm soát gói có thể là chuyển mạch hoặc bán vĩnh viễn. Trong trường hợp này, thường thiết lập nối kết kênh B ñến một thuê bao ISDN khác (là bộ kiểm soát gói PSPDN) thơn là thiết lập nối kết ñến một thành phần của ISDN làm chức năng kiểm soát gói.

Hình 4-7 Truy cập PSPDN cho dịch vụ kiểu gói.

Các cuộc gọi chuyển mạch gói qua kênh D

Khi dịch vụ chuyển mạch gói ñược cung cấp bên trong ISDN thì nó có thể ñược truy cập trên kênh D. Với truy cập này, ISDN cung cấp nối kết bán vĩnh viễn ñến node chuyển mạch gói bên trong ISDN. Người sử dụng sử dụng giao thức lớp 3 của X.25 như trong trường hợp cuộc gọi ảo kênh B. Ở ñây, giao thức lớp 3 ñược mang bởi các khung LAPD. Bởi vì kênh D còn ñược sử dụng cho báo hiệu ñiều khiển, một số phương tiện cần thiết ñể phân biệt lưu lượng gói X.25 và lưu lượng ñiều khiển ISDN, ñiều này hoàn thành nhờ các phương tiện của sơ ñồ ñánh ñịa chỉ tuyến-lớp như sau.

X.25 DTE

TA NT ET ET AU X.25 DCE

X.25 DTE

TA NT ET AU X.25 DCE

Kênh B theo yêu cầu


LAPD+I.451/Q.931

LAPB+X.25 PLP LAPD+I.451/Q.931

Kênh B bán vĩnh viễn


LAPB+X.25 PLP Chú thích:

AU (ISDN access unit): ðơn vị truy cập ISDN. ET (Exchange termination): Kết cuối tổng ñài. TA (Terminal adapter): Tương hợp ñầu cuối NT (Network termination): Kết cuối mạng 2 (hoặc 1) PLP (Packet level procedure): Thủ tục mức gói PSPDN (Packet switching public data network): Mạng dữ liệu công cộng chuyển mạch gói.


Trang 96

Hình 4-8 cho thấy cấu hình ñể cung cấp chuyển mạch gói trong ISDN. Dịch vụ chuyển mạch gói ñược cung cấp bên trong ISDN qua các kênh B và kênh D ñược cung cấp bởi một mạng chuyển mạch gói. Như vậy, các cuộc gọi ảo có thể ñược thiết lập giữa hai người sử dụng kênh D, hai người sử dụng kênh B và giữa người sử dụng kênh B và người sử dụng kênh D. Ngoài ra, còn có thể truy cập tới các người sử dụng X.25 trên các ISDN và PSPDN bởi cá thủ tục liên mạng thích hợp.

Báo hiệu kênh chung ở giao tiếp người sử dụng và mạng ISDN

ITU-T phát triển tiêu chuẩn I.451 cho báo hiệu kênh chung. Ứng dụng chính của chuẩn này là cho mạng số tích hợp dịch vụ ISDN. Trong mô hình OSI, giao thức I.451 ở lớp 3. Trong Hình 4-9, I.451 nằm trong giao thức lớp tuyến ñể truyền thông ñiệp qua kênh D. I.451 xác dịnh các thủ tục ñể thiết lập trên các kênh B mà dùng chung giao tiếp vật lý với ISDN như kênh D. Nó còn cung cấp báo hiệu ñiều khiển người sử dụng ñến người sử dụng qua kênh D.

Hình 4-8 Truy cập ISDN cho dịch vụ kiểu gói.

Chú thích: AU (ISDN access unit): ðơn vị truy cập ISDN. PH (Packet Handing function): Chức năng kiểm soát gói. TA (Terminal adapter): Tương hợp ñầu cuối NT (Network termination): Kết cuối mạng 2 (hoặc 1) PLP (Packet level procedure): Thủ tục mức gói PSPDN (Packet switching public data network): Mạng dữ liệu công cộng chuyển mạch gói.

LAPB

X.25 PLP

X.25 DTE

TA NT ET

X.25 DTE

TA NT ET


LAPB+X.25 PLP LAPD+I.451/Q.931


X.25 DTE

TA NT ET Kênh D

PH

LAPB+X.25 PLP

PSPDN

ISDN

I.451

LAPD (I.441)

Giao tiếp sơ cấp (I.430)

Giao tiếp thứ cấp (I.431)

Thông ñiệp ñiều khiển cuộc gọi I.451

Header LAPD

Thông ñiệp ñiều khiển cuộc gọi I.451

Trailer LAPD


Trang 97

Hình 4-9 Kiến trúc thông tin ñiều khiển cuộc gọi.

Thủ tục thiết lập, ñiều khiển và giải phóng một cuộc gọi như sự trao ñổi thông ñiệp ñiều khiển-báo hiệu giữa các người sử dụng và mạng qua kênh D. Dạng chung ñược sử dụng cho tất cả các thông ñiệp ñược ñịnh nghĩa trong I.451 như trong Hình 4-10A. Ba trường này dùng chung cho tất cả các thông ñiệp:

Hình 4-10 Các dạng I.451.

• Phân biệt giao thức: ðược sử dụng ñể phân biệt các thông ñiệp cho ñiều khiển cuộc gọi người sử dụng và mạng trong các kiểu thông ñiệp khác nhau. Nhiều giao thức khác nhau có thể dùng chung báo hiệu kênh chung.

• Tham chiếu cuộc gọi: ðịnh danh cuộc gọi kênh người sử dụng cho thông ñiệp ñang xét. Giống như số hiệu kênh ảo trong X.25, nó chỉ có giá trị cục bộ. Trường cuộc gọi tham chiếu bao gồm các trường con. Trường con chiều dài xác ñịnh chiều dài còn lại của trường theo ñơn vị octets. Chiều dài này là một octet cho giao tiếp sơ cấp và hai octets cho giao tiếp thứ cấp. Trường con cờ chỉ thị ñiểm cuối của một nối kết LAPD khởi tạo cuộc gọi.

• Dạng thông ñiệp: ðịnh danh thông ñiệp I.451 ñược truyền. Nội dung của phần còn lại của thông ñiệp tùy theo dạng thông ñiệp.

8 7 6 5 4 3 2 1

Phân biệt giao thức

0

0

0

0

Chiều dài giá trị tham chiếu

cuộc gọi

Cờ

Giá trị tham chiếu cuộc gọi

0 Dạng thông ñiệp

Các thành phần thông tin bắt buộc và bổ sung

A, Dạng thông ñiệp chung

8 7 6 5 4 3 2 1

1 Thành phần thông tin D

Nội dung thành phần thông tin

B, Dạng thành phần thông tin 1 octets (dạng 1).

8 7 6 5 4 3 2 1

1 ðịnh danh thành phần thông tin

C, Dạng thành phần thông tin 1 octets (dạng 2).

8 7 6 5 4 3 2 1

1 ðịnh danh thành phần thông tin

Chiều dài thành phần thông tin

Nội dung thành phần thông tin

D, Dạng thành phần thông tin chiều dài thay ñổi.


Trang 98

Bảng 4-3. Các thông ñiệp I.451/Q.931 cho ñiều khiển nối kết kiểu kênh.

Thông ñiệp Ý nghĩa Hướng Chức năng

Các thông ñiệp giai ñoạn thiết lập cuộc gọi ALERTING Toàn cục Cả hai Chỉ thị cảnh báo người sử dụng ñã bắt ñầu CALL PROCEEDING

Cục bộ Cả hai Chỉ thị thiết lập cuộc gọi ñã ñược khởi tạo

CONNECT Toàn cục Cả hai Chỉ thị cuộc gọi ñã ñược chấp nhận bởi TE bị gọi CONNECT ACKNOWLEDGE Cục bộ Cả hai

Chỉ thị người sử dụng ñã biết về cuộc gọi

PROGRESS Tòan cục Cả hai Báo cáo tiến trình cuộc gọi SETUP Toàn cục Cả hai Chỉ thị thiết lập cuộc gọi SETUP ACKNOWLEDGE Cục bộ Cả hai

Chỉ thị thiết lập cuộc gị ñã ñược khởi tạo nhưng yêu cầu nhiều thông tin hơn nữa.

Các thông ñiệp giai ñoạn thông tin cuộc gọi RESUME Cục bộ u�n ðáp ứng tiếp tục của cuộc gọi bị hoãn trước RESUME ACKNOWLEDGE Cục bộ n�u

Chỉ thị cuộc gọi ñược yêu cầu ñã ñược tái lập

RESUME REJECT Cục bộ n�u Chỉ thị sự cố ñể tiếp tục cuộc gọi bị hoãn SUSPEND Cục bộ u�n Yêu cầu hoãn cuộc gọi SUSPEND ACKNOWLEDGE Cục bộ n�u

Cuộc gọi ñã bị hoãn.

SUSPEND REJECT Cục bộ n�u Chỉ thị sự cố của việc hoãn cuộc gọi ñược yêu cầu USER INFORMATION Truy cập Cả hai

Truyền thông tin từ một người sử dụng ñến người sử dụng khác.

Các thông ñiệp giải phóng cuộc gọi

DISCONNECT Cục bộ Cả hai ðược gởi bởi người sử dụng ñể yêu cầu giải phóng nối kết, ñược gởi bởi mạng ñể chỉ thị giải phóng nối kết

RELEASE Cục bộ Cả hai Chỉ thị hướng giải phóng kênh và cuộc gọi

Các thông ñiệp hỗn hợp CONGESTION CONTROL

Cục bộ Cả hai Thiết lập hoặc giải phóng ñiều khiển luồng trên thông ñiệp USER INFORMATION

FACILITY Cục bộ Cả hai Yêu cầu hoặc xác nhận một dịch vụ bổ sung INFORMATION Cục bộ Cả hai Cung cấp thông tin bổ sung NOTIFY Truy cập Cả hai Chỉ thị thông tin ñi cùng cuộc gọi

STATUS Cục bộ Cả hai Gởi ñáp ứng ñến một STATUS ENQUIRY hoặc những khi báo cáo lỗi

STATUS ENQUIRY Cục bộ Cả hai Yêu cầu thông ñiệp STATUS

Sau ba trường chung này là phần còn lại của thông ñiệp, bao gồm không hoặc nhiều thành phần thông tin hoặc các tham số liên tục. Phần này chứa thông tin bổ sung ñể mang cùng thông ñiệp. Như vậy, dạng thông ñiệp xác ñịnh một kệnh hoặc ñáp ứng và các chi tiết ñược cung cấp bởi phần thông tin. Một số thành phần thông tin phải luôn bao gồm thông ñiệp ñã cho (bắt buột) một số khác là tùy chọn (bổ sung). Ba dạng thông tin này ñược sử dụng như mô tả trong Hình 4-10 từ B ñến D.

Bảng 4.3 liệt kê các thông ñiệp I.451. Các thông ñiệp có thể ñược nhóm theo hai hướng. Các thông ñiệp áp dụng một cho bốn ứng dụng: ñiều khiển kiểu kênh, ñiều khiển nối kết truy cập kiểu gói, báo hiệu người sử dụng ñến người sử dụng không kết hợp với các cuộc gọi chuyển mạch kênh và thông ñiệp ñược sử dụng tham chiếu tòan cục. Ngoài, các thông ñiệp tiến hành các chức năng trong 4 loại sau: thiết lập cuộc gọi, thôg tin cuộc gọi, giải phóng cuộc gọi và hỗn hợp.


Trang 99

ðiều khiển kiểu kênh xét các chức năng cần thiết ñể thiết lập, duy trì và giải phóng nối kết chuyển mạch kênh trên kênh của người sử dụng. Chức năng này tương ứng với ñiều khiển cuộc gọi trong các mạng chuyển mạch kênh hiện nay. ðiều khiển nối kết truy cập kiểu gói xét các chức năng cần thiết ñể thiết lập nối kết chuyển mạch kênh (ñược gọi là nối kết truy cập trong ngữ cảnh này) ñến một node chuyển mạch gói ISDN, nối kết này nối giữa người sử dụng ñến mạng chuyển mạch gói ñược cung cấp bởi nhà cung cấp ISDN. Các thông ñiệp báo hiệu người sử dụng ñến người sử dụng cho phép hai thuê bao truyền thông với nhau mà không thiết lập nối kết chuyển mạch kênh. Nối kết báo hiệu tạm thời ñược thiết lập và giải phóng theo cách tương tự như ñiều khiển nối kết chuyển mạch kênh. Báo hiệu chiếm một kênh báo hiệu và không sử dụng kênh tài nguyên của người sử dụng. Cuối cùng, tham chiếu cuộc gọi toàn cục chỉ ñến các chức năng mà cho phép người sử dụng hoặc mạng trả về một hoặc nhiều kênh rỗi.

Các thông ñiệp thiết lập cuộc gọi ñược sử dụng ñể thiết lập một cuộc gọi. Nhóm này bao gồm các thông ñiệp giữa ñầu cuối chủ gọi và mạng và giữa mạng với ñầu cuốibị gọi. Các thông ñiệp này hỗ trợ các dịch vụ sau:

• Thiết lập một cuộc gọi trên kênh của người sử dụng ñể ñáp ứng nhu cầu của người sử dụng.

• Cung cấp các phương tiện mạng nào ñó cho cuộc gọi này.

• Báo với người sử dụng chủ gọi về tiến triển của quá trình thiết lập cuộc gọi.

Khi cuộc gọi ñã ñược thiết lập nhưng chưa kết thúc là giai ñoạn thông tin cuộc gọi, các thông ñiệp thông tin cuộc gọi ñược gởi giữa người sử dụng và mạng. Một trong các thông ñiệp trong nhóm này cho phép mạng chuyển ñổi, không hiệu chỉnh, thông tin giữa hai người sử dụng của cuộc gọi. Khi thông tin báo hiệu không thể hoặc không ñược gởi trực tiếp qua kênh của người sử dụng thì có các thông ñiệp cho phép người sử dụng yêu cầu hoãn hoặc tiếp tục cuộc gọi. Khi cuộc gọi bị hoãn thì mạng ghi nhớ ñịnh danh các ñối tác của cuộc gọi và các phương tiện mạng hỗ trợ cho cuộc gọi nhưng khi nó không hoạt ñộng nữa thì cuộc gọi không phải tính cước thêm và kênh của người sử dụng tương ứng ñược giải phóng hoàn toàn. Có thể việc tiếp tục của cuộc gọi là nhanh hơn và rẻ hơn việc bắt ñầu một cuộc gọi mới.

Các thông ñiệp giải phóng cuộc gọi ñược gởi giữa người sử dụng và mạng ñể kết thúc cuộc gọi. Cuối cùng, có một số thông ñiệp hỗn hợp mà ñược truyền giữa người sử dụng và mạng ở các giai ñoạn khác nhau của cuộc gọi. Một số trong chúng có thể ñược truyền trong quá trình thiết lập, còn số khác có thể ñược truyền cả khi các cuộc gọi không tồn tại. Chức năng chính của các thông ñiệp là thỏa thuận các ñặc trưng mạng (ví dụ các dịch vụ bổ sung).

LAPD

Tất cả các lưu lượng qua kênh D sử dụng giao thức tuyến dữ liệu gọi là giao thức truy cập tuyến kênh D LAPD (link Access Protocol-D Channel).

Các dịch vụ LAPD

Chuẩn LAPD cung cấp hai dạng dịch vụ cho các người sử dụng LAPD: dịch vụ truyền thông tin không xác nhận và dịch vụ truyền thông tin xác nhận. Dịch vụ truyền thông tin không xác nhận ñơn giản cung cấp cho việc truyền các khung chứa dữ liệu người sử dụng mà không có xác nhận. Dịch vụ không ñảm bảo rằng dữ liệu truyền bởi một người sử dụng sẽ ñược phân phối ñến người sử dụng kia hoặc không báo cho bên gởi


Trang 100

biết nếu phân phối dữ liệu gặp lỗi. Dịch vụ không cung cấp bất kỳ cờ chế ñiều khiển luồng và ñiều khiển lỗi nào. Dịch vụ này hỗ trợ phương thức truyền ñiểm tới ñiểm hoặc quảng bá, nó cho phép truyền dữ liệu nhanh và hữu hiệu cho các thủ tục quản lý như các thông ñiệp cảnh báo và các thông ñiệp mà cần thiết ñể quảng bá cho nhiều người sử dụng.

Truyền thông tin xác nhận là một dịch vụ phổ biến hơn và tương tự như ñược cung cấp bởi LAPB và HDLC. Với dịch vụ này, một nối kết logic ñược thiết lập giữa hai người sử dụng LAPD trước khi trao ñổi dữ liệu.

Giao thức LAPD

Giao thức LAPD dựa trên HDLC. Thông tin người sử dụng và thông tin giao thức ñiều khiển cũng như các tham số ñược truyền trong các khung. Tương ứng với hai dạng dịch vụ ñược cung cấp bởi LAPD, có hai dạng hoạt ñộng sau:

• Hoạt ñộng không xác nhận: Thông tin lớp 3 ñược truyền trong các khung không ñánh số. Việc phát hiện lỗi ñược sử dụng ñể hủy các khung nguy hiểm nhưng không thực hiện ñiều khỉen luồng và ñiều khiển lỗi.

• Hoạt ñộng xác nhận: Thông tin lớp 3 ñược truyền trong các khung bao gồm số thứ tự ñược xác nhận. Các thủ tục ñiều khiển luồng và ñiều khiển lỗi ñược bao gồm trong giao thức. Dạng này còn ñược xem là tiêu chuẩn của hoạt ñộng ña khung.

Hình 4-11 Dạng khung LAPD.

Hai dạng hoạt ñộng này có thể bao gồm trong một khung D, chúng sử dụng dạng khung như mô tả trong Hình 4-11. Dạng này gần như HDLC trừ một vài khác biệt.

Cờ

Trường này gồm 8 bit là 01111110, ñanh dấu ñầu khung và cuối khung. Sử dụng ñể ñồng bộ khung nhận ñược. Ở bên phát, khi dữ liệu hoặc thông tin qaủn lý trong trường

8 7 6 5 4 3 2 1 Octet

Cờ 1

ðịnh danh ñiểm truy cập dịch vụ (SAPI)

C/R 0 1

ðịnh danh ñiểm kết cuối thiết bị (TEI) I 1

ðiều khiển 1-2

Thông tin

0-128 hoặc 0-260

Kiểm tra khung

2

Cờ 1

Cờ ðịa chỉ ðiều khiển Thông tin FCS Cờ 8 16 8 hoặc 16 Thay ñổi 16 8


Trang 101

thông tin có 5 bits 1 liền nhau thì nhồi thêm 1 bit 0 và quá trình ngược lại sẽ thực hiện ở bên thu.

ðịa chỉ

Nhận dạng thiết bị người sử dụng (và dịch vụ). Trường ñịa chỉ gồm 16 bits với hai mức ghép kênh. Thứ nhất, tại phía thuê bao, có thể có nhiều thiết bị người sử dụng dùng chung cùng giao tiếp vật lý. Thứ hai, trong mỗi thiết bị người sử dụng, có nhiều dạng lưu lượng như dữ liệu chuyển mạch gói và báo hiệu. ðể phù hợp với các lớp ghép kênh này, LAPD sử dụng ñịa chỉ gồm hai phần, ñó là ñịnh danh ñiểm kết cuối thiết bị TEI (Terminal Endpoint Identifier) và ñịnh danh ñiểm truy cập dịch vụ SAPI (Service Access Point Identifier).

Cụ thể là mỗi thiết bị người sử dụng có một TEI duy nhất. Có thể cho phép một thiết bị ñơn ñược gán nhiều hơn một TEI, ñây có thể là trường hợp bộ tập trung thiết bị. Việc gán TEI có thể tự ñộng khi lần ñầu tiên thiết bị gắn vào giao tiếp hoặc do người sử dụng ñịnh nghĩa. Trong trường hợp sau, phải cẩn thận vì không cho phép hai thiết bị có cùng TEI. Ưu ñiểm của phương pháp tự ñộng là cho phép người sử dụng thay ñổi, bổ sung hay bớt ñi thiết bị mà không cần thông báo cho quản lý mạng. Nếu không có ñặc trưng này thì mạng bắt buột phải quản lý cơ sở dữ liệu cho mỗi thuê bao, mà cơ sở dữ liệu này phải ñược thay ñổi bằng nhân công. Bảng 4.4a cho thấy các giá trị của TEI.

ðịnh danh ñiểm truy cập dịch vụ SAPI ñịnh danh người sử dụng lớp 3 của LAPD và như vậy tương ứng với thực thể giao thức lớp 3 trong thiết bị người sử dụng. Bốn giá trị xác ñịnh có thể ñược gán như trong bảng 4.4b. Một SAPI bằng 0 ñược sử dụng cho các thủ tục ñiều khiển cuộc gọi cho việc quản lý các kênh dẫn kênh B, giá trị 16 dự trữ cho truyền thông kiểu gói trên kênh D sử dụng X.25 lớp 3 và giá trị 63 ñược sử dụng ñể trao ñổi thông tin quản lý lớp 2. Cuối cùng, giá trị từ 32 ñến 62 ñược dự trữ ñể hỗ trợ các nối kết frame relay.

Bảng 4-4. Các giá trị TEI và SAPI

A, Gán TEI

Giá trị TEI Loại người sử dụng

0-63 Thiết bị người sử dụng không tự ñộng gán TEI

64-126 Thiết bị người sử dụng gán TEI

127 ðược sử dụng trong quá trình gán TEI tự ñộng

B, Gán SAPI

Giá trị SAPI Giao thức hoặc thực thể quản lý tương ứng

0 Các thủ tục ñiều khiển cuộc gọi

16 Truyền thông gói phù hợp với X.25 lớp 3

32-61 Truyền thông frame relay

63 Thủ tục quản lý lớp 2

Còn lại Dự trữ chuẩn hóa tương lai

Với hoạt ñộng xác nhận, LAPD cho phép các thủ tục như trong HDLC. Với hoạt ñộng không xác nhận thì khung thông tin người sử dụng UI (user information) ñược sử dụng ñể truyền dữ liệu của người sử dụng. Khi một người sử dụng LAPD muôn gởi dữ


Trang 102

liệu thì nó chuyển dữ liệu ñến thực thể LAPD của nó mà ở ñó chuyển dữ liệu trong trường thông tin của khung UI. Khi khung ñược nhận thì trường thông tin ñược chuyển lên người sử dụng ñích. Không có xác nhận trả về từ phía bên kia. Tuy nhiên, phát hiện lỗi ñược tiến hành và các khung bị lỗi sẽ ñược hủy.

ðiều khiển

Dùng xác ñịnh loại khung ñược truyền. LAPD sử dụng 3 loại khung:

• Các khung thông tin người sử dụng UI (user information): mang thông tin quản lý hoặc dữ liệu từ các lớp cao hơn. Trường ñiều khiển chứa số thứ tự khung UI là N(S) là số thứ tự khung UI chờ nhận tiếp theo N(R). Giao thức ARQ go-back-N ñược sử dụng ñể ñiều khiển luồng và ñiều khiển lỗi.

• Các khung không ñánh số U (unnumber): ðiều khiển trạng thái tuyến logic và cho phép truyền dữ liệu không ñánh số. Các khung này ñược sử dụng ñể thiết lập và giải phóng nối kết logic, ñể chuyển thông tin không ñánh số (không phải sắp xếp thứ tự), tổ chức các tham số lớp tuyến dữ liệu và biểu thị các ñiều kiện lỗi cụ thể.

• Các khung giám sát S (suppervision): ðược sử dụng ñể cung cấp cho giao thức ARQ.

Trong trường ñiều khiển có chứa bit P/F (Poll/Final) ñể biểu thị là khung lệnh (P=1) hay khung ñáp ứng (F=1).

Thông tin

Chứa thông tin quản lý hay dữ liệu người sử dụng. Trường này chỉ có trong các khung UI và một số khung U. ðộ dài trường này thay ñổi và tùy thuộc hệ thống. I.441/Q.921 ñịnh nghĩa chiều dài tối ña là 260octets.

Dãy kiểm tra khung

Dãy kiểm tra khung truyền FCS (Frame Check Sequence) là bộ mã phát hiện lỗi theo tiêu chuẩn ñề xuất bởi CRC-CCITT.

Lớp vật lý

Lớp vật lý ISDN ñược trình bày tại ñiểm tham chiếu S hoặc T. Xác ñịnh các ñặc tính ñiện tùy thuộc vào giao tiếp cụ thể. Với giao tiếp sơ cấp, mã giả tam phân (pseudoternary) ñược sử dụng. Tín hiệu ñường dây ñường truyền theo ba mức, ñiều này không hiệu quả như mã nhị phân hai mức nhưng nó ñoan giản và ít tốn kém hơn mã nhị phân. Tại tốc ñộ dữ liệu thấp như giao tiếp sơ cấp thì mã này là thích hợp.

Với tốc ñộ cao hơn trong giao tiếp thứ cấp, một sơ ñồ mã hóa hiệu quả hơn là cần thiết. Tại tốc ñộ dữ liệu là 1.544Mbps thì mã B8ZS ñược sử dụng, trong khi ñó, với tốc ñộ 2.048Mbps thì mã HDB3 ñược sử dụng. Không có ưu nhược ñiểm của việc chọn lựa hai mã với hai tốc ñộ mà ñiều này phản ảnh lịch sử sử dụng.

Các chức năng lớp vật lý bao gồm:

• Truyền song công dữ liệu kênh B.

• Truyền song công dữ liệu kênh B.

• Truyền song công tín hiệu ñồng bộ.

• Tác dụng và không tác dụng lênh kênh vật lý.


Trang 103

• Cung cấp công suất từ kết cuối mạng ñến thiết bị ñầu cuối.

• ðịnh danh thiết bị ñầu cuối.

• Truy cập tranh chấp kênh D.

Chức năng cuối cùng ñược yêu cầu khi nhiều kết cuối TE1 dùng chung một giao tiếp vật lý (ñường dây ña ñiểm). Trong trường hợp này, không cần bổ sung chức năng ñể ñiều khiển truy cập các kênh B mà mỗi kênh ñược ấn ñịnh một kênh cụ thể ở mọi thời ñiểm. Tuy nhiên, kênh D ñược sẵn sàng sử dụng bởi mọi thiết bị ñể ñiều khiển báo hiệu và truyền gói. Với dữ liệu ñưa ñến, LAPD xác ñịnh sơ ñồ ñủ ñể xác ñịnh ñích thích hợp cho mỗi ñơn vị dữ liệu. Với dữ liệu ngõ ra, một số giao thức giải quyết tranh chấp là cần thiết ñể ñảm bảo rằng chỉ có một thiết bị truyền chỉ ở một thời ñiểm.


Kỹ thuật chi tiết của ISDN có thể tìm ñọc trong [STAL95a], ngoài ra, có thể tham khảo thêm ở một số tài liệu sau [KESS93] và [HELG91].

• [HELG91] Helgert, H. Integrated Services Digital Networks: Architectures, Protocols, and Standards. Reading, MA: Addison-Wesley, 1991.

• [KESS93] Kessler, G. ISDN: Concepts, Facilities, and Services. New York: McGraw-Hill, 1993.

• [STAL95a] Stallings, W. ISDN and Broadband ISDN, with Frame Relay and ATM. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 1995.

Giới thiệu các trang web:

• http://alumni.caltech.edu/~dank/isdn


Trang 104

5. FRAME RELAY Một trong kỹ thuật quan trọng cách tân ñược thực hiện trên ISDN là frame relay.

Mặc dù ñược thiết kế cho ISDN nhưng frame relay ñược sửdụng một cách phổ biến trong các mạng công cộng cũng như mạng riêng mà không có các chuẩn của ISDN.

Frame relay ñại diện cho một ưu ñiểm lớn so với chuyển mạch gói truyền thống và X.25. ðầu chương, ta sẽ tổng quan về sự khác biệt giữa các phương thức, sau ñó, các chi tiết của frame relay ñược xem xét. ðiều khiển tắc nghẽn trong frame relay là vấn ñề ñược trình bày cuối cùng.

1. NẾN TẢNG

Phương thức chuyển mạch gói thông thường sử dụng X.25 và X.25 không chỉ xác ñịnh giao tiếp người sử dụng và mạng mà còn ảnh hưởng ñến thiết kế bên trong của mạng. Các ñặc tính chính của X.25 là:

• Các gói ñiều khiển cuộc gọi ñược sử dụng ñể thiết lập và giải phóng các kênh ảo ñượng mang trên cùng kênh và cùng ñường dẫn như các gói dữ liệu. Như vậy, có thể nói X.25 sử dụng phương thức báo hiệu trong băng.

• Ghép kênh của các kênh ảo tiến hành ở lớp 2 và 3.

• Cả lớp 2 và 3 ñều thực hiện các cơ chế ñiều khiển luồng và ñiều khiển lỗi.

Hình 5-1 Mạng chuyển mạch gói và frame relay, nguồn gởi, ñích ñáp ứng.

Các kết quả của phương thức X.25 có thể ñược xét trong thông tin dẫn ñường. Hình 5-1a cho thấy luồng khung của lớp tuyến dữ liệu ñể truyền một gói từ nguồn ñến ñích và trả lời của gói ñáp ứng. Tại mỗi chặng của mạng thì phương thức ñiều khiển tuyến dữ liệu bao gồm việc trao ñổi khung dữ liệu và khung xác nhận. Hơn nữa, mỗi node

16 1 2 15 9 8 7 10

Nguồn ðích

14 3 4

13

5

6 11

12

Node trung gian

1 8 5 4

Nguồn ðích

2 7

3

6

Node trung gian

A, Mạng chuyển mạch gói B. Mạng Frame relay

Chương 5.... FRAME RELAY

Trang 105

trung gian duy trì các bảng trạng thái cho mỗi kênh ảo ñể giải quyết việc quản lý cuộc gọi và ñiều khiển luồng/lỗi trong X.25.

Tất cả các thông tin dẫn ñường này có thể ñược biện minh khi xác xuất lỗi là lớn trên mọi tuyến của mạng. Phương thức này có thể không thích hợp cho các phương tiện truyền thông số hiện ñại. Các mạng ngày nay ứng dụng kỹ thuật truyền dẫn số tin cậy với chất lượng cao, các tuyến truyền dẫn tin cậy, sử dụng ña số là cáp quang. Ngoài ra, với việc sử dụng cáp quang và các phương tiện truyền dẫn số thì tốcñộ dữliệu có thể vươn ñến giá trị rất cao. Trong môi trường như vậy, thông tin dẫn ñường của X.25 không chỉ là không cần thiết mà còn làm giảm hiệu quả sử dụng và giới hạn tốc ñộ dữ liệu.

Frame relay ñược thiết kế ñể hạn chế lượng thông tin dẫn ñường của X.25. Sự khác biệt cơ bản của frame relay và dịch vụ chuyển mạch gói X.25 truyền thống là:

• Báo hiệu ñiều khiển cuộc gọi ñược mang trên nối kết logic riêng biệt với dữ liệu người sử dụng. Như vậy, node trung gian không cần lưu các bảng trạng thái hoặc các thông ñiệp xử lý liên quan ñến ñiều khiển cuộc gọi trên từng nối kế riêng.

• Ghép kênh và chuyên mạch của các nối kết logic hoạt ñộng ở lớp 2 thay vì ở lớp 3, giảm ñi một lớp xử lý.

• Khôngtiến hành ñiều khiển luồng và ñiều khiển lỗi từng chặng. Frame relay tiến hành ñiều khiển luồng và ñiều khiển lỗi trên end-to-end. Các ñáp ứng ñược hoạt ñộng ở lớp cao hơn.

Hình 5-1b trình bày hoạtñộng của frame relay, trong ñó, khung dữ liệu của người sử dụng ñược gởi từ nguồn ñến ñích và một xác nhận ñược tạo ở lớp cao hơn ñược mang trongmột khung theo hướng ngược lại.

Xét các ưu và nhược ñiểm của phương pháp này. Nhược ñiểm cơ bản của frame relay so với X.25 là trong X.25, ta thực hiện ñiều khiển luồng và lỗi từng chặng (frame relay không cung cấp khả năng ñiều khiển luồng và lỗi end-to-end mà ñiều này ñược thực hiện ở lớp cao hơn). Trong X.25, ghép các kênh ảo ñược thực hiện trên tuyến logic và LAPB ñược cho phép ở lớp tuyến ñể cung cấp việc truyền dẫn tin cậy từ nguồn ñến mạng chuyển mạch gói và từ mạng chuyển mạch gói ñến ñích. Ngoài ra, tại mỗi chặng qua mạng thì giao thức ñiều khiển có thể ñược sử dụng ñể tăng ñộ tin cậy. Với frame relay không có ñiều khiển từng chặng, tuy nhiên, với các phương tiện truyền dẫn và chuyển mạch có ñộ tin cậy cao thì ñiều này không còn là nhược ñiểm nữa.

Ưu ñiểm của frame relay tiến trình truyền thông hợp lý. Chức năng ñược yêu cầu ởgiao tiếp người sử dụng và mạng ñược giảm thiểu và cũng như tiến trình bên trong mạng. Như vậy, frame relay có ñộ trễ bé và thông lượng cao. Khuyến nghị ITU-T I.233 cho thấy rằng frame relay có thể sử dụng ñược tốc ñộ 2Mbps.

Chuẩn ANSI T1.606 liệt kê 4 ví dụ ứng dụng thuận lợi từ dịch vụ frame relay sử dụng kênh H tốc ñộ cao:

1. Ứng dụng dữ liệu khối tương tác: Ví dụ ứng dụng khối tương tác có ñồ họa phân giải cao (videotex phân giải cao, CAD,CAM). Các ñặc trưng thích hợp của dạng ứng dụng này là có ñộ trễ thấp, thông lượng cao.

2. Truyền file: Ứng dụng truyền file ñược nhắm ñến phục vụ cho các nhu cầu truyền file lớn. Trễ truyền không là tiêu chí cho ứng dụng này như ứng dụng 1 bên trên mà thông lượng cao là cần thiết ñể cho thời gian truyền cho các file lớn là hợp lý.


Trang 106

3. Ghép kênh tốc ñộ bit thấp: Ứng dụng ghép kênh tốcñộ bit thấp khám phá khả năng ghép kênh của dịch vụ frame relay ñể cung cấp một truy cập kinh tế cho một số lớn nhóm ứng dụng tốc ñộ bit thấp. Ví dụ các ứng dụng bit thấp như các ứng dụng 4 bên dưới. Các nguồn tốc ñộ bit thấp này có thể ñược ghép kênh thành một kênh bởi chức năng kết cuối mạng NT.

4. Lưu lượng ñặc trưng tương tác: Ví dụ của lưu lượng ñặc trưng tương tác là sọan thảo văn bản. Các ñặc trưng chính của dạng ứng dụng này là các khung ngắn, các ñộ trễ thấp và thôg lượng thấp.

2. KIẾN TRÚC GIAO THỨC FRAME RELAY

Hình 5-2 mô tả kiến trúc giao thức ñể hỗ trợ dịch vụ vật mang kiểu khung. Ta xét hai mặt phẳng hoạt ñộng, ñó là mặt phẳng ñiều khiển C (control) và mặt phẳng người sử dụng U (user). Mặt phẳng C bao gồm việc thiết lập và giải phóng các nối kết logic và mặt phẳng U ñáp ứng cho việc truyền dữ liệu người sử dụng giữa các thuê bao. Vậy, các giao thức mặt phẳng C là giữa thuê bao và mạng còn các giao thức giữa mặt phẳng U cung cấp các chức năng từ ñầu cuối ñến ñầu cuối.

Các chức năng ñiều khiển luồng và ñiều khiển lỗi có thể ñược cung cấp. ðiều khiển LAPF là giao

thức có thể ñược sử dụng. Hình 5-2 Kiến trúc giao thức người sử dụng-mạng.

Mặt phẳng ñiều khiển

Mặt phẳng ñiều khiển cho dịch vụ vật mang kiểu khung tương tự như báo hiệu kênh chung trong các dịch vụ chuyển mạch kênh, ñó là một kênh logic ñược sửdụng . trong trường hợp ISDN, tín hiệu ñiều khiển ñược mang trên kênh D ñể ñiều khiển việc thiết lập và giải phóng các cuộc gọi ảo kiểu khung trên các kênh D, B và H.

Ở lớp tuyến dữ liệu, LAPD ñược sử dụng ñể cung cấp dịch vụ ñiều khiển tuyến dữ liệu linh hoạt với ñiều khiển luồng và ñiều khiển lỗi giữa người sử dụng (TE) và mạng (NT) qua kênh D. Dịch vụ tuyến dữ liệu ñược sử dụng ñể trao ñổi giữa cácthông ñiệp báo hiệu.


Trang 107

Mặt phẳng người sử dụng

ðể truyền thông tin giữa các user, giao thức mặt phẳng người sử dụng là thủ tục truy nhập tuyến cho các vật mang dịch vụ kiểu khung LAPF (Link Access Procedure for Frame-Mode Bearer Service) ñược ñịnh nghỉatong Q.922. Q.922 là phiên bản cải thiện của LAPD (Q.921). Chỉ có các chức năng lõi của LAPF ñược sử dụng trong frame relay :

• Giới hạn khung, ñồng chỉnh khung và khung trong suốt.

• Ghép tách kênh khung sử dụng trường ñịa chỉ.

• Kiểm tra khung ñể ñảm bảo rằng nó gồm một số octets trước việc chèn bit 0 hoặc theo sau việc tách bit 0.

• Kiểm tra khung ñể ñảm bảo rằng nó không quá dài cũng không quá ngắn.

• Phát hiện lỗi truyền dẫn,.

• Các chức năng ñiều khiển tắc nghẽn.

Hình 5-3 So sánh các tầng X.25 và frame relay .

Chức năng cuối cùng ñược liệt kê ở trên là chức năng mới cho LAPF và ñược trình bày trong phần sau. Các chức năng còn lại là các chức năng của LAPD.

Chức năng lõi của LAPF trong mặt phẳng người sử dụng tạp thành một phân lớp trong lớp tuyến dữ liệu, ñiều này cung cấp dịch vụ vừa ñủ của việc truyền các khung lớp tuyến dữ liệu từ thuê bao này ñến thuê bao khác mà không ñiều khiển luồng hoặc ñiều khiển lỗi. Người sửdụng có thể chọn lựa bổ sung các chức năng lớp tuyến dữ liệu hoặc các chức năng end-to-end của lớp mạng. ðây không phải là phần dịch vụ frame relay. Dựa trên các chức năng lõi, mạng cung cấp sự chuyển khung như một dịch vụ lớp tuyến nối kết có hướng với các ñặc trưng như sau:

• Duy trì trật tự khung truyền từ biên này của mạng ñến biên kia.

• Xác suất mất khung nhỏ.

Lớp gói X.25

LAPB

Lớp vật lý

A, X.25

Thực hiện bởi hệ

thống cuối và mạng

Thực hiện bởi các hệ thống cuối

Thực hiện bởi các hệ

thống cuối và

LAPF ñiều khiển

LAPF lõi

Lớp vật lý

B, FRAME RELAY


Trang 108

So sánh với X.25

Ta thấy rằng, kiến trúc này giảm tối thiểu lượng công việc ñược thực hiện bởi mạng. Dữ liệu người sử dụng ñược truyền trong khung không thật sự xử lý bởi các node mạng trung gian ngoại trừ việc kiểm tra lỗi và chuyển trên số hiệu nối kết. Một khung bị lỗi sẽ ñược xử lý một cách ñơn giản là hủy khung ñó ñi, chuyển chức năng khôi phục lỗi cho các lớp cao hơn.

Bảng 5-1. So sánh chuyển mạch gói X.25 và Frame relay

Chức năng X.25 trong ISDN (X.31) Frame Relay

Tạo và phát hiện cờ � �

Trong suốt � �

Tạo và phát hiện FCS � �

Phát hiện khung không hợp lệ � �

Hủy khung không ñúng � �

Phiên dịch ñịa chỉ � �

Làm ñầy thời gian giữa các khung � �

Ghép các kênh logic � �

Quản lý biến trạng thái V(S) �

Quản lý biến trạng thái V(R) �

Các gói ñệm chờ xác nhận �

Quản lý truyền lại ñịnh thời T1 �

Nhận xác nhận các khung I �

Kiểm tra ñã nhận N(S) với V(R) �

Tạo thông ñiệp từ chối REJ �

ðáp ứng bit P/F (poll/final) �

Theo dõi số truyền lại �

Tác ñộng với REJ �

ðáp ứng với RNR �

ðáp ứng với RR �

Quản lý bit D �

Quản lý bit M �

Quản lý bit Q �

Quản lý P(S) �

Quản lý P(R) �

Phát hiện các gói ngoài số thứ tự �

Quản lý RR lớp mạng �

Quản lý RNR lớp mạng �


Trang 109

Hình 5-4 Mô hình xử lý ñơn giản của X.25 và frame relay .

Hình 5-3 so sánh kiến trúc của dịch vụ vật mang kiểu khung với kiến trúc của X.25. Các chức năng kiểm soát gói của X.25 hoạt ñộng ở lớp 3 của mô hình OSI. Tại lớp 2, LAPB ñược sử dụng. Bảng 5.1 cung cấp sự so sánh về chức năng của X.25 và Frame relay và Hình 5-4 mô tả sự so sánh này. Ta có thể thấy rằng gánh nặng xử lý trong mạng X.25 là các hơn nhiều so với frame relay.

Yes

Yes

Xử lý khung không phải khung tin

Khung hợp lệ

Khung tin?

Nhận ACK hợp lệ?

Quay cửa sổ

Hủy

Khôi phục lỗi

Mọi khung ñều ACK?

Khởi ñộng lại ñịnh thời

Dừng ñịnh

Số thứ tự tiếp theo?

Gởi ACK L2 Bỏ các trường L2

Trong cửa sổ?

Khôi phục lỗi

Hủy, yêu cầu truyền lại

Gói dữ liệu?

Khôi phục lỗi

Số thứ tự tiếp

Khôi phục lỗi

Gởi ACK L3 Bỏ header L3

No Yes

No

Yes

Yes

No Yes

No Yes

Yes

No

No

Yes

No

Yes

Nối kết hoạt ñộng?

Thu ACK hợp lệ?

Yes

Yes

Yes

Khôi phục lỗi

Khôi phục lỗi

No

No

Khung hợp lệ

DLCI ñã biết?

Hủy

No

No

Hủy

X.25 FRAME


Trang 110

3. ðIỀU KHIỂN CUỘC GỌI FRAME RELAY

Giao thức ñiều khiển cuộc gọi cho frame relay phải giải quyết một số khả năng. ðầu tiên, xét hai trường hợp cung cấp các dịch vụ kiểm soát khung. Trong hoạt ñộng của frame relay, user không ñược nối trực tiếp ñến user khác mà nó nối ñến bộ kiểm soát khung trong mạng (cũng như trong X.25, user nối ñến bộ kiểm soát gói). Có hai trường hợp xảy ra:

TE (Terminal equipment): Thiết bị kết cuối.

NT (Network Termination): Kết cuối mạng.

ET (Exchange Termination): Kết cuối tổng ñài.

FH (Frame Handler): Kiểm soát khung. Hình 5-5 Các kiển truy cập frame relay.

• Chuyển mạch truy cập: User ñược nối với một mạng chuyển mạch như ISDN và tổng ñài nội hạt không có khả năng kiểm soát khung. Trong trường hợp này, chuyển mạch truy cập phải ñược cung cấp từ thiết bị kết cuối người sử dụng (TE) ñến bộ kiểm soát khung ở một nơi khác trong mạng, có thể là một nối kết theo yêu cầu (thiết lập ở thời ñiểm cuộc gọi) hay một nối kết bán vĩnh viễn (luôn sẵn sàng). Một trường hợp nữa là dịch vụ Frame relay ñược cung cấp qua kênh B hoặc kênh H.

• Tích hợp truy cập: User ñược nối với một mạng frame relay thuần túy hoặc ñến một mạng chuyển mạch mà trong ñó tổng ñài nội hạt có khả năng xử lý khung. Trong trường hợp này, user truy cập trực tiếp ñến bộ kiểm soát khung.

Tất cả các trường hợp xét trên ñều có nối kết giữ user và bộ kiểm soát khung mà ta gọi là nối kết truy cập. Khi nối kết này tồn tại thì có thể ghép kênh các nối kết logic gọi

Nối kết truy cập theo yêu cầu (chuyển mạch)

Nối kết truy cập bán vĩnh viễn

TE NT ET ET FH

TE NT ET FH

Tổng ñài nội hạt

A, Chuyển mạch truy cập

B, Tích hợp truy cập


Trang 111

là các nối kết frame relay qua nối kết này. Các nối kết logic như vậy có thể là theo yêu cầu hoặc bán vĩnh viễn.

Nối kết FRAME RELAY

Giả sử rằng thuê bao thiết lập một nối kết truy cập ñến bộ kiểm soát khung trong mạng frame relay. Tương tự như mạng chuyển mạch gói, user lúc này có thể trao ñổi các khung dữ liệu với user khác nối với mạng. Với mục ñích này, nối kết frame relay tương tự như kênh ảo chuyển mạch gói phải ñược thiết lập trước giữa hai user.

Bảng 5-2. Các thông ñiệp ñiều khiển nối kết frame relay.

Như với X.25, frame relay hỗ trợ nhiều nối kết qua tuyến ñơn. Trong trường hợp của frame relay, các nối kết này là các nối kết lớp tuyến dữ liệu và mỗi nối lết này có ñịnh danh nối kết dữ liệu DLCI (Data Link Connection Identifier) khác nhau. Dữ liệu truyền bao gồm các bước sau:

• Thiết lập nối kết giữa hai ñiểm cuối và gán một DLCI duy nhất ñến nối kết.

• Trao ñổi thông tin trong các khung dữ liệu. Mỗi khung bao gồm một trường DLCI ñể nhận dạng nối kết.

• Giải phóng nối kết cục nộ.


Trang 112

Sự thiết lập và giải phóng của nối kết logic ñược hoàn tất bởi sự trao ñổi thông ñiệp qua nối kết logic ñược ấn ñịnh ñể ñiều khiển cuộc gọi với DLCI=0. Một khung có DLCI=0 chứa thông ñiệp ñiều khiển cuộc gọi trong trường thông tin. Bốn thông ñiệp tiêu biểu ñể thiết lập và giải phóng nối kết là: SETUP, CONNECT, RELEASE và RELEASE COMPLETE.

Mỗi bên yêu cầu thiết lập nối kết logic bằng cách gởi thông ñiệp SETUP. Bên kia khi nhận thông ñiệp SETUP phải ñáp lại bằng thông ñiệp CONNECT nếu nó chấp nhận, còn không thì nó ñáp ứng bằng thông ñiệp RELEASE COMPLETE. Bên gởi thông ñiệp SETUP có thể gán DLCI bằng cách chọn một giá trị không ñược sử dụng và ñưa giá trị này vào trong thông ñiệp SETUP, còn không, giá trị DLCI sẽ ñược gán bởi bên chấp nhận cuộc gọi trong thông ñịêp CONNECT.

Mỗi bên yêu cầu giải phóng nối kết bằng cách gởi thông ñiệp RELEASE. Bên kia, khi nhận thông ñiệp này phải trả về thông ñiệp RELEASE COMPLETE. Bảng 5.2 cho thấy tập các thông ñiệp xử lý cuộc gọi cho frame relay.các thông ñiệp này ñược ñịnh nghĩa trong Q.931 ñược sử dụng báo hiệu kênh chung giữa user và ISDN.

Nối kết truy cập

Hình 5-6 Ví dụ báo hiệu kênh chung kiểu khung.


Trang 113

Xét sự thiết lập của một nối kết truy cập.Nếu nối kết là bán vĩnh viễn thì không yêu cầu giao thức ñiều khiển cuộc gọi.Nếu nối kết là theo yêu cầu thì user yêu cầu noíi kết như vậy qua phương tiện của giao thức báo hiệu kênh chung giữa user và mạng. Trong trường hợp ISDN hoặc các mạng số khác thì giao thức ñược sử dụng là Q.931.

Hình 5-6 cho một ví dụ các dạng trao ñổi ñược thực hiện cho chuyển mạch truy cập tới bộ kiểm soát khung, trường hợp này qua ISDN. Trước tiên, user chủ gọi phải thiết lập nối kết chuyển mạch kênh ñến bộ kiểm soát khung (là một trong các node trong mạng chuyển mạch khung). ðiều này ñược thực hiện bởi các thông ñiệp SETUP, CONNECT và CONNECT ACK ñược trao ñổi ở giao tiếp người sửdụng và mạng và giao tiếp giữa mạng và bộ kiểm soát khung. Các thủ tục và các tham số cho sự trao ñổi này ñược thực hiện trên kênh D và ñược ñịnh nghĩa trong Q.931. Trong hình vẽ, giả sử rằng nối kết ñược tạo bởi kênh B.

Khi nối kết truy cập ñược thiết lập, tổng ñài nối trực tiếp user với bộ kiểm soát khung cho mỗi nối kết kiểu khung ñược thiết lập. Các thông ñiệp SETUP, CONNECT và CONNECT ACK lần nữa ñược sử dụng. Trong trường hợp này, các thủ tục và các tham số trong sự trao ñổi này ñược ñịnh nghĩa trong Q.933 và sự trao ñổi ñược thực hiện trên kênh B mà sau ñó sẽ ñược sử dụng cho nói kết kiểu khung.

4. TRUYỀN DỮ LIỆU NGƯỜI SỬ DỤNG

Hoạt ñộng của frame relay ñể truyền dữ liệu của người sử dụng ñược giải thích tốt nhất qua dạng thức khung như mô tả trong Hình 5-7a. ðây là dạng khung ñược ñịnh nghĩa cho giao thức LAPF chức năng rút gọn (còn gọi là LAPF lõi). Dạng này tương tự như LAPD và LAPB với sự bỏ qua trường ñiều khiển.

• ðây chỉ là dạng khung dùng ñể chuyển tải dữ liệu người sử dụng, không có các khung ñiều khiển.

• Không có khả năng sử dụng báo hiệu trong kênh, một nối kết logic chỉ có thể mang dữ liệu người sử dụng.

• Không có khả năng ñiều khiển luồng và ñiều khiển lỗi, không có số thứ tự.

Các trường cờ và kiểm tra khung truyền FCS tương tự như LAPB và LAPD. Trường thông tin mang dữ liệu lớp cao hơn. Nếu người sử dụng chọn các chức năng ñiều khiển tuyến dữ liệu bổ sung end-to-end thì một khung tuyến dữ liệu có thể có thể ñược mang trong trường này. ðặc biệt, sự chọn lựa chung sẽñược sử dụng giao thức LAPF ñầy ñủ (gọi là giao thức ñiều khiển LAPF) ñể tiến hành các chức năng trên các chức năng LAPF lõi. Chú ý rằng giao thức thực hiện trong kiểu này là chặt chẽ giữa các thuê bao cuối và trong suốt với ISDN.

Trường ñịa chỉ mặc ñịnh có ñộ dài bằng 2 octets và có thể mở rộng ra 3 hoặc 4 octets. Trường này mang ñịnh danh noois kết tuyến dữ liệu DLCI với 10, 17 hay 24 bits. DLCI phục vụ chức năng tương tự như số hiệu kênh ảo trong X.25. Nó cho phép nhiều nối kết logic frame relay ñược ghép thành một kênh. Như trong X.25, ñịnh danh nối kết chỉ có ý nghĩa cục bộ, mỗi ñầu cuối của nối kết logic gán DLCI của nó từ các số cục bộ còn trống và mạng phải ánh xạ ñến một giá trị khác. Việc sử dụng cùng DLCI ở cả hai ñầu cuối sẽ yêu cầu một số dạng quản lý toàn cục cho các giá trị DLCI.

Chiều dài của trường ñịa chỉ mà chủ yếu là DLCI ñược xác ñịnh bởi bit mở rộng trường ñịa chỉ EA (Extended Address). Bít C/R là ứng dụng ñặc biệt và không ñược sử


Trang 114

dụng trong giao thức frame relay chuẩn, bit này xác ñịnh khung kệnh hay ñáp ứng. Các bit còn lại trong trường ñịa chỉ có nhiệm vụ ñiều khiển nghẽn và ñược xét trong phần sau.

Hình 5-7 Dạng thức LAPF lõi.

Hình 5-8 xét trên một quan ñiểm khác về các giao thức của frame relay, ở ñây dựa trên các nối kết frame relay riêng lẻ. Lớp vật lý và một phân lớp frame relay dùng chung. Giao thức ñiều khiển tuyến dữ liệu lớp 2 tùy chọn có thể ñược bao gồm trên phân lớp frame relay. Sự chọn lựa này tùy thuộc ứng dụng và có thể có các nối kết frame relay khác nhau (DLCI-i). Nếi các thông ñiệp ñiều khiển cuộc gọi frame relay ñược mang trong các khung frame relay thì chúng có DLCI=0 cung cấp nối kết giữa user và bộ kiểm soát khung.DLCI 8191 ñược ấn ñịh cho các thủ tục ñiều khiển.

Hình 5-8 Ghép kênh ở phân lớp frame relay.

I.451 Các lớp cao hơn

Các lớp cao hơn …

Các lớp cao hơn Mgt

procs Q.922 DLC-k DLC-m DLC-n Q.922

Phân lớp Frame relay

Lớp vật lý

DLCI 0 DLCI k DLCI m DLCI n DLCI 8191

Lớp 2


Trang 115

5. CHỨC NĂNG MẠNG

Chức năng frame relay ñược tiến hành bởi ISDN hoặc bất kỳ những mạng nào hô trợ frame relay, bao gồm việc ñịnh tuyến khung với dạng thức trong hình Hình 5-7a dựa trên các giá trị DLCI.

Hình 5-9 trình bày hạot ñộng kiểm soát khung trong tình trạng số user ñược nối trực tiếp với một bộ kiểm soát khung qua các kênh vật lý khác nhau. Hoạt ñộng còn bao hàm việc chuyển khung qua hai hoặc nhiều bộ kiểm soát khung. Trong hình này, việc tiến hành quyết ñịnh logic như một module riêng là ñiểm ñiều khiển frame relay. Module này phù hợp với các quyết ñịnh ñịnh tuyến.

ðịnh tuyến ñược ñiều khiển bửoi chỉ mục trong bảng nối kết dự trên cácgiá trị DLCI mà ánh xạ ñến các khung ngõ vào từ kênh này ñến kênh khác. Kiểm soát khung chuyểnmạch khung từ kênh ngõ vào ñến kênh ngõ ra dự trên chỉ mục thích hợp trong bảng nối kết và phiên dịch DLCI trong bảng trước khi truyền. Ví dụ, các khung ngõ vào từ TE B trên nối kết logic 306 ñược truyền ñến TE D trên nối kết logic 342. hình vẽ còn cho thấy chức năng ghép kênh: Nhiều nối kết logic từ TE D ñược ghép qua cùng kênh vật lý.

Chú ý rằng các TE có kết nối logic ñến ñiểm ñiều khiển frame relay với giá trị DLCI=0. Các nối kết này ñược dự trữ trong ñiều khiển cuộc gọi trong kênh ñược sử dụng khi I.451/Q.931 trên kênh D là không ñược sử dụng cho ñiều khiển cuộc gọi frame relay.

Như một phần chức năng của frame relay, FCSS của mỗi khung ñưa ñến ñược kiểm tra. Khi lỗi ñược phát hiện thì khung sẽ bị hủy. Lúc này, các kết cuối tiến hành khôi phục lỗi bằng giao thức lớp trên của frame relay.

Hình 5-9 Hoạt ñộng kiểm soát khung.


Trang 116

6. ðIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN

Ta ñã thảo luận về các hiệu ứng nghẽn trong mạng ảnh hưởng ñến thông lượng. ðểtổng quát ñiều này, Hình 5-10 mô tả ảnh hưởng nghẽn ñến các tham số tổng quan. Khi tải trên mạng tăng ñến vùng nghẽn trung bình thì ñộ trễ hàng ñợi ở các node tăng làm tăng trễ ñầu cuối ñến ñầu cuối và giảm thông lượng. Khi ñạt tới ñiểm nghẽn nghiêm trọng thì ñáp ứng hàng ñợi tăng ñến mức nguy hiểm làm trễ tăng nhanh và giảm mạnh thông lượng.

Rõ ràng các sự kiện thảm khốc phải ñược ngăn ngừa, ñó chính là nhiệm vụ của ñiều khiển tắc nghẽn. ðối tượng của tất cả các kỹ thuật ñiều khiển tắc nghẽn là giới hạn các kích thước hàng ñợi ở các bộ kiểm soát khung ñể tránh thông lượng suy sụp. Nội dung phần này là tổng quan các kỹ thuật ñiều khiển tắc nghẽn ñược xây dựng ñể hỗ trợ chuẩn hóa frame relay.

Hình 5-10 Các ảnh hưởng của nghẽn.

Các phương pháp ñiều khiển tắc nghẽn cho frame relay

Khuyến nghị ITU-T I.370 ñịnh nghĩa các mục tiêu ñiều khiển tắc nghẽn như sau:

• Tối thiểu hóa việc hủy khung.

• Duy trì chất lượng dịch vụ với xác suất cao vào phương sai bé.

• Tối thiểu hóa xác suất mà một user có thể ñộc quyền tài nguyên mạng.

• ðơn giản hóa thực hiện, thông tin dẫn ñường ít trên các user hoặc mạng.

• Tạo lưu lượng bổ sung mạng tối thiểu.

• Phân bố tài nguyên mạng công bằng giữa các user.

• Giới hạn lan tràn nghẽn ñến một nơi hay thành phần khác trong mạng.

• Hoạt ñộng ít liên quan ñền luồng lưu lượng theo các hướng khác nhau của user.

Không nghẽn Nghẽn trung bình Nghẽn nghiêm trọng

Tải yêu cầu

Thô

ng lư

ợng /T

rễ

Trễ

Thông lượng B

A

A

B

Quản lý nghẽn

Tránh nghẽn

Giải phóng nghẽn


Trang 117

• Tương tác tối thiểu hoặc nhỏ gọn trên các hệ thống khác trong mạng frame relay.

• Tối thiểu hóa phương sai chấtlượng dịch vụ phân phối ñến các nối kết riêng trong thời gian nghẽn.

ðiều khiển tắc nghẽn là một ñặc tính nhạy cảm cho một mạng frame relay bởi vì các công cụ giới hạn sẵn sàng trong các bộ kiểm soát khung. Phương thức frame relay ñược liên tục ñể tối ña hóa thông lượng và hiệu quả, nghĩa là, bộ kiểm soát khung không ñiều khiển luồng cho các khung ñưa ñến từ thuê bao hoặc bộ kiểm soát khung lân cận sử dụng phương thức cửa sổ trượt như trong LAPD.

ðiều khiển tắc nghẽn là sự kết hợp phù hợp của mạng và các user. Mạng (tập hợp các bộ kiểm soát khung) ñóng vai trò tốt nhất ñể quản lý ñộ nghẽn trong khi ñó, user ñóng vai trò tốt nhất ñể giới hạn luồng lưu lượng.

Bảng 5.3 liệt kê các kỹ thuật ñiều khiển tắc nghẽn trong các tài liệu của ITU-T và ANSI. Phương án hủy giải quyết hầu hết các ñáp ứng nghẽn cơ bản. Khi nghẽn dủ lớn thì mạng buột phải hủy khung và cách này cũng tiến hành một cách công bằng cho tấtcả các user.

Các thủ tục tránh tắc nghẽn ñược sử dụng khi nghẽn bắt ñầu ñể tối thiểu hóa ảnh hưởng của nghẽn.Như vậy, các thủ tục này ñược bắt ñầu ngay trước ñiểm A trong Hình 5-10 ñể ngăn ngừa nghẽn tiến tới ñiểm B. Gần ñiểm A, hiển nhiên cho phép các user mà hoạt ñộng khi tải tăng. Như vậy, phải có một vài cơ chế báo hiệu tường minh từ mạng mà sẽ kích khởi hành ñộng tránh nghẽn.

Các thủ tục giải phóng nghẽn ñược sử dụng ñể ngăn mạng sụp ñổ khi nghẽn nghiêm trọng. Các thủ tục này khởi tạo khi mạng bắt ñầu ñánh rơi các khung do nghẽn. Việc ñánh rơi các khung như vậy sẽ ñược báo cáo lại với phần mềm lớp cao hơn (ví dụ giao thức ñiều khiển LAPF) và hoạt ñộng như một cơ chế bào hiệu ngầm ñịnh. Các thủ tục giải phóng nghẽn hoạt ñộng xung quanh ñiểm B trong vùng nghẽn nghiêm trọng như trong Hình 5-10.

Bảng 5-3. Các phương án ñiều khiển tức nghẽn trong frame relay.


Trang 118

ITU-T và ANSI xem việc tránh nghẽn với báo hiệu tường minh và giải phóng nghẽn với báo hiệu ngầm ñịnh ñể bổ sung các dạng ñiều khiển tắc nghẽn trong dịch vụ vật mang kiểu khung.

Quản lý tốc ñộ lưu lượng

Mạng frame relay phải hủy các khung ñể hạn chế tắc nghẽn. Bởi vì, mỗi bộ kiểm soát khung trong mạng có bộ nhớ giới hạn dùng làm hàng ñợi cho các khung và hàng ñợi này có thể tràn, vậy, việc hủy khung ñưa ñến gần nhất hay các khung khác nữa là ñiều cần thiết.

Cách ñơn giản ñể hạn chế tắc nghẽn là mạng frame relay hủy khung bất kỳ mà không xét ñến nguồn của khung. Trong trường hợp này, do không có phản hồi ñể truyền lại nên phương án tốt nhất cho hệ thống ñầu cuối là truyền các khung ngay khi có thể và ñiều này tất nhiên lại làm tăng thêm nghẽn.

ðể cung cấp việc ấn ñịnh tài nguyên cân bằng, dịch vụ vật mang frame relay bao gồm nội dung của tốc ñộ thông tin cam kết CIR (Committed Information Rate). ðây là một tốc ñộ, ñơn vị bit/s, mà mạng ñồng ý hỗ trợ cho nối kết kiểu khung nào ñó. Mọi dữ liệu ñược truyền vượt qua tốc ñộ thông tin cam kết có thể nguy hiểm và gây nghẽn. Mặc dù sử dụng thuật ngữ “cam kết”, nhưng ởñây không ñảm bảo rằng CIR là thỏa mãn. Trong trường hợp nghẽn nặng thì mạng có thể hỗ trợ cho dịch vụ ở tốc ñộ nhỏ hơn CIR với nối kết ñã cho. Tuy nhiên, khi ñến thời ñiểm hủy khung thì mạng sẽ chọn hủy các khung trên các nối kết vượt CIR trước khi hủy các khung dưới CIR.

Hình 5-11 Hoạt ñộng của CIR.

Theo lý thuyết, mỗi node frame relay sẽ quản lý user của nó ñể thỏa thuận các CIR của tất cả các nối kết của tất cả các hệ thống kết cuối gắn với nó không vượt quá khả anưng của node. Ngoài ra, sự thỏa thuận của các CIR không vượt qua tốc ñộ dữ liệu vật lý trên giao tiếp người sử dụng và mạng gọi là tốc ñộ truy cập. Giới hạn này có thể ñược phát biểu như sau:

Truyền nếu có thể

Hủy mọi khung vượt

Truyền dẫn ñược ñảm

bảo

Tốc ñộ tối ña CIR

Tốc ñộ hiện tại


Trang 119

ji

ji AccessRateCIR ≤∑ ,

Trong ñó, CIRi,j là tốc ñộ thông tin cam kết cho nối kết i trên kênh j và AccessRatej là tốc ñộ dữ liệu của user truy cập kênh j (D, B hay kênh H).

Việc xem xét dung lượng node sẽ chọn ñuợc các giá trị CIR.

Với các nối kết frame relay vĩnh viễn, CIR cho mỗi nối kết phải ñược thiết lập ở thời ñiểm nối kết ñược thực hiện giữa người sử dụng và mạng. Với các nối kết chuyển mạch thì tham số CIR ñược thỏa thuận, ñiều này hoàn tất khi kết thúc giai ñọan thiết lập giao thức ñiều khiển cuộc gọi.

CIR cung cấp cách thức ñúng ñắn trong xác ñịnh các khung bị hủy khi nghẽn. ðiều này ñược thực hiện bởi bit có thể hủy DE (Discard elibility) trong khung LAPF (Hình 5-7). Bộ kiểm soát khung tiến hành ño tốc ñộ các trạm nối ñến nó (Hình 5-11). Nếu người sử dụng gởi dữ liệu nhỏ hơn CIR thì các khung ñưa ñến không biến ñổi DE. Nếu tốc ñộ vượt qua CIR thì bộ kiểm soát khung sẽ thiết lập bit DE trên những khung vượt và chuyển chúng ñi, các khung này có thể ñược thông qua hoặc có thể bị hủy nếu nghẽn ñược phát hiệnn. Cuối cùng, tốc ñộ tối ña ñược ñịnh nghĩa ñể những khung vượt qua tốc ñộ này thì sẽ bị hủy trong bộ kiểm soát khung.

CIR tự nó không cung cấp việc giải quyết linh hoạt với các tốc ñộ lưu lượng. Trong thực tế, bộ kiểm soát khung ño lưu lượng qua mỗi nối kết logic trong khoảng thời gian nhất ñịnh của nối kết và sau ñó tiến hành quyết ñịnh dựa trên lượng dữ liệu nhận ñược trong khoảng thời gian này. Hai tham số bổ sung ñược gán trong nối kết vĩnh viễn và thỏa thuận trên các nối kết chuyển mạch là cần thiết. ðó là:

Bc (Committed Burst Size): Là lượng dữ liệu tối ña mà mạng chấp nhận truyền trong ñiều kiện thông thường qua khoảng thời gian ño ñược T. Dữ liệu này có thể hoặc không liên tục (nghĩa là xuất hiện trong một hoặc nhiều khung liên tục nhau).

Be (Exess Burst Size): Là lượng dữ liệu tối ña vượt qua Bc mà mạng vẫn cố gắng thủ tuyền dưới ñiều kiện thông thường qua khoảngthời gian ño ñược T. Dữ liệu này là không ñược cam kết và mạng không ñảm bảo phân bố trong ñiều kiện thông thường. Nói cách khác, dữ liệu ñược ñại diện bởi Be sẽ có xác suất truyền tốt thấp hơn dữ liệu ñược ñại diện bởi Bc.

Bc và CIR có mối quan hệ với nhau.Bởi vì Bc là lượng dữ liệu cam kết mà có thể ñược truyền bởi user trong thời gian T và CIR là tốc ñộ của dữ liệu cam kết này nên ta có:

CIR

BT c=

Hình 5-12 dựa trên ITU-T I.370 mô tả mối quan hệ giữa các tham số này. Trên mỗi ñồ thị, ñường ñậm nét mô tả số bit thông tin ñược truyền qua nối kết ñã cho. ðường nét mảnh với nhãn Access rate biểu diễn tốc ñộ dữ liệu trên kênh truyền của nối kết và ñường có nhãn CIR ñại diện tốc ñộ thông tin cam kết ñược ño qua khoảng thời gian T. Chú ý rằng khi khung ñược truyền thì ñường nét ñậm song song với ñường Access rate, khi khung truyền trên một kênh thì kênh này ñược ấn ñịnh ñể truyền cho khung ñó. Khi không có khung ñược truyền thì ñường nét ñậm nằm ngang.

Phần a của hình vẽ ví dụ 3 khung ñược truyền trong một khoảng thời gian T và tổng số bit trong 3 khung này nhỏ hơn Bc. Chú ý rằng trong thời gian truyền khung ñầu, ta ñã vượt CIR nhưng các bộ kiểm soát khung chỉ xét tổng bit truyền trong khoảng thời gian nên khung này vẫn không ñánh dấu DE=1. Phần b ví dụ tương tụ nhưng trong khoảng


Trang 120

thời gian này, ta truyền 4 khung. Vì tổng bit truyền trong khoảng thời gian T ñã vượt Bc nên bit DE của khung thứ 4 ñược lập bằng 1. Tương tự, với phần c vủa hình vẽ, 4 khung này truyền với tổng bit vượt qua Bc+Be nên khung thứ tư bị hủy, khung thứ 3 vượt qua Bc

nên khung này có DE=1.

Hình 5-12 Mô tả mối quan hệ giữa các tham số tắc nghẽn.

Sơ ñồ này là ví dụ của thuật tóan gáo rò và cơ chế thực hiện ñược mô tả trong Hình 5-13. Bộ kiểm soát gói tính tổng dữ liệu ñược truyền qua nối kết bởi bộ ñếm C. Bộ ñếm giảm khi ñạt tốc ñộ Bc bits trong ñơn vị thời gian T. Tất nhiên, bộ ñếm là không ñược phép âm nên giá trị thực giảm cho C là Min{C, Bc}cho mỗi khoảng T. Khi giá trị bộ ñếm vượt Bc nhưng nhỏ hơn Bc+Be thì dữ liệu ñến vượt kích thước burst cam kết và ñược chuyển ñi với bit DE ñược lập. Nếu bộ ñếm ñạt giá trị Bc+Be thì tất cả dữ liệu ñến ñều bị hủy cho ñến khi bộ ñếm giảm xuống.

t

CIR Access rate

Vùng DE=0

Vùng DE=1

Vùng DE=1 và hủy khung

Bc

Bc + Be

Số bit ñượ

c truy

ền

t Frame1 Frame2 Frame3 DE=0 DE=0 DE=0

0

CIR

Bc

Bc + Be

Số bit ñượ

c truy

ền

Frame1 Frame2 Frame3 Frame4 DE=0 DE=0 DE=0 DE=1

0

A, Tất cả các khung truyền dưới CIR B, Một khung ñánh dấu DE=1

CIR Access rate

Vùng DE=0

Vùng DE=1


Bc

Bc + Be

Số bit ñượ

c truy

ền

t Frame1 Frame2 Frame3 Frame4 DE=0 DE=0 DE=1 Hủy

0

C, Một khung ñánh dấu DE=1 và một khung hủy

T

T

T

Access rate


Vùng DE=0

Vùng DE=1


Trang 121

Tránh nghẽn với báo hiệu tường minh

Tránh nghẽn muốn sử dụng dung lượng trong mạng frame relay nhưng ở trong vùng nghẽn nhẹ dưới sự ñiều khiển công bằng ñể ngăn chặn mức ñộ lan truyền của nghẽn. Trong hoạt ñộng tránh nghẽn tường minh thì mạng cảnh báo cho các hệ thống ñầu cuối về sự phát triển của nghẽn trong mạng và các hệ thống cuối tiến hành từng bước giảm tải cung cấp cho mạng.

Hình 5-13 Thuật toán gáo rò.

Hai phương án ñề xuất cho việc tránh nghẽn tường minh: Một nhóm cho rằng nghẽn luôn xuất hiện chậm và hầu hết luôn ở trong các node biên của mạng. Nhóm khác lại cho rằng nghẽn phát triển rất nhanh và trong các node trung tâm và yêu cầu nhanh, ñòi hỏi tác ñộng dứt khoát ñể ngừa nghẽn mạng. Ta sẽ thấy rằng hai phương án này ñược phản ánh trong tránh nghẽn tường minh hướng ñi và hướng về.

Với báo hiệu tường minh, hai bit trong trường ñịa chỉ mỗi khung ñược cung cấp. Mỗi bit có thể ñược lập bởi bất kỳ bộ kiểm soát khung nào phát hiện nghẽn. Nếu kiểm soát khung nhận một khung với cả hai bit ñều lập thì nó không ñược xóa các bit trước khi chuyển ñi. Nhưvậy, các bits vẫn tiếp tục báo hiệu từ mạng ñến các user. Hai bit ñó là:

• Thông báo nghẽn tường minh hướng về BECN (Backward explicit congestion notìication). Thông báo cho user rằng các thủ tục tránh nghẽn nên ñược khởi tạo cho lưu lượng ở hướng ngược với chiều nhận khung. Thông báo chỉ thị rằng các khung ñược truyền bởi user này trên nối kết logic có thể gặp nghẽn.

• Thông báo nghẽn tường minh hướng ñi FECN (Forward explicit congestion notìication). Thông báo cho user rằng các thủ tục tránh nghẽn nên ñược khởi tạo cho lưu lượng cùng hường nhận khung. Thông báo chỉ thị rằng các khung ñược truyền bởi user này trên nối kết logic ñã gặp nghẽn.

Bay giờ, ta sẽ xem các bit này ñược sử dụng trong mạng và user như thế nào. Trước tiên, với ñáp ứng mạng thì nó là cần thiết cho mỗi bộ kiểm soát khung ñể giám sát hành vi hàng ñợi. Nếu chiều dài hàng ñợi bắt ñầu tăng ñếnmức nguy hiểm thì FECN hoặc BECN hoặc cả hai sẽ ñược lập ñể giảm luồng khung qua bộ kiểm soát này. Việc chọn FECN hay BECN có thể ñược xác ñịnh bởi có user trên nối kết logic là sẵn sàng ñáp ứng

Be kích thước vượt burst (Lập DE và chuyển tiếp)

Bc kích thước burst cam kết (Chuyển tiếp)

Giới hạn C ở ngưỡng Bc+Be , huỷ mọi dữ

liệu ñưa ñến khi C ñạt ngưỡng này

C ñếm, C tăng theo dữ liệu ñưa

ñến

Giảm C một lượng min{C, Bc} sau thời gian T


Trang 122

ñến bit này hoặc bit kia hay không, ñiều này có thể xácñịnh ở thời ñiểm cấu hình.trong nhiều trường hợp, bộ kiểm soát khug có một vài sự chọn lựa các nối kết logic cần cảnh báo nghẽn. Nếu nghẽn trở nên rất nghiêm trọng thì tất cả các nối kết qua bộ kiểm soát khung ñều có thể ñược cảnh báo. Trong những tầng gần nghẽn thì bộ kiểm soát khung phải thông báo cho các user cho các nối kết sinh ra lưu lượng nhiều nhất.

Bộ kiểm soát khung giám sát chiều dài mỗi hàng ñợi của nó. Chu kỳ bắt ñầu khi ngõ ra là rỗi (hàng ñợi rỗng) ñến khi bận (kích thước hàng ñợi khác 0, bao gồm khung hiện hành). Kích thước hàng ñợi trung bình trong chu kỳ trước và chu kỳ hiện hành ñược tính. Nếu kích thước trung bình vượt giá trị ngưỡng thì ngõ này ñang ở trạng thái chớm nghẽn và các bit tránh nghẽn nên ñược lập cho một số nốio kết logic sử dụng ngõ này. Bằng việc tính trung bình qua hai chu kỳ thay vì giám sát chu kỳ hiện hành, hệ thống phản ứng ổn ñịnh hơn với các gợn nhất thời mà không cần thiết phải thực hiện các thủ tục tránh nghẽn.

Chiều dài hàng ñợ trung bình có thể ñược tính bằng việc xác ñịnh một vùng (tích của kích thước hàng ñợi với thời gian) qua hai chu kỳ chi cho thời gian của hai chu kỳ. Thuật tóan này ñược mô tả như sau:

t: thời gian hiện hành

ti thời ñiểm sự kiện thứ i ñến hoặc ñi.

qi: số khung trong hệ thống sau sự kiện i.

T0: thời ñiểm bắt ñầu chu kỳ trước.

TI thời ñiểm bắt ñầu chu kỳ hiện hành.

Thuật toán bao gồm 3 thành phần:

1. Cập nhật chiều dài hàng ñợi: Bắt ñầu với q0:=0

Nếu sự kiện thứ i là sự kiện ñến thì qi:=qi-1+1.

Nếu sự kiện thứ i là sự kiện ñến thì qi:=qi-1-1.

2. Cập nhật vùng ñợi:

Vùng ñợi của chu kỳ trước = [ )

)( 1,

1

0

−

∈

− −∑ iiTTt

i ttqIi

Vùng ñợi chu kỳ hiện hành = [ )

)( 1,

1

1

−

∈

− −∑ iitTt

i ttqi

3. Cập nhật chiều dài hàng ñợi trung bình:

Chiều dài hàng ñợi trung bình qua hai chu kỳ:= vùng ñợi hai chu kỳ

thời gian của hai chu kỳ

=vùng ñợi của hai chu kỳ

t-T0 .

ðáp ứng của thuê bao ñược xác ñịnh bởi việc nhận các tín hiệu BECN và FECN. Thủ tục ñơn giản nhất là ñáp ứng với tín hiệu BECN: Người sử dụng giảm tốc ñộ so với tốc ñộ của khung ñã truyền cho ñến khi không nhận ñược tín hiệu này nữa. ðáp ứng với FECN thì phức tạp hơn, nó yêu cầu user phải thông báo với user ñầu bên kia cảu nối kết của nó ñể user này giảm luồng lưu lượng ñưa vào. Các chức năng lõi trong giao thức frame relay là không hỗ trợ thông báo này, do ñó, ñiều này phait ñược thực hiện ở lớp cao hơn, ví dụ như trong lớp vận chuyển. ðiều khiển luồng còn ñược hoàn thành bởi giao


Trang 123

thức ñiều khiển LAPF hoặc các giao thức ñiều khiển tuyến dữ liệu khác thực hiện trên phân lớp frame relay (Hình 5-8). Giao thức ñiều khiển LAPF là hữu ích bởi vì nó bao gồm việc cải thiện cho LAPD mà cho phép user ñiều chỉnh kích thước cửa sổ.

Giải phóng nghẽn với báo hiệu ngầm ñịnh.

Báo hiệutường minh xuất hiện khi mạng hủy khung và ñiều này ñược phát hiện bởi user ở lớp cao hơn, ở lớp từ ñầu cuối ñến ñầu cuối như giao thức ñiều khiển LAPF. Lúc này, phần mềm của user có thể suy luận sự tồn tại nghẽn này.

Ví dụ, trong giao thức ñiều khiển tuyến dữ liệu như giao thức ñiều khiển LAPF sử dụng kỹ thuật ñiều khiển luồng và lỗi cửa sổ trượt thì giao thức phát hiện sự mất khung I theo hai cách sau:

1. Khi một khung bị mạng ñánh rơi thì khung sau sẽ tạo một khung REJ từ nơi nhận.

2. Khi một khung bị mạng ñánh rơi thì không có xác nhận ñược trả về từ một hệ thống cuối khác. Thậm chí hệ thống nguồn sẽ bị quá thời gian ngầm ñịnh và truyền lệnh với bit P lập 1. ðáp ứng sau với bit F lập 1 sẽ chỉ thị rằng số thứ tự nhận từ bên kia nhỏ hơn số thứ tự vừa gởi.

Khi nghẽn ñược phát hiện, thì giao thức sử dụng ñiều khiển luồng ñể giải phóng nghẽn. LAPF ñề xuất rằng user mà có thể thay ñổi kích thước cửa sổ ñiều khiển luồng nên sử dụng cơ chế này trong ñáp ứng ñể báo hiệu ngầm ñịnh. Giả sử kích thước cửa sổ lớp 2 là W, ta có thể thay ñổi giữa tham số Wmin và Wmax và ban ñầu thiết lập là Wmax. Tổng quan, ta muốn giảm W khi nghẽn tăng ñể ñảm bảo truyền khung thông suốt. Ba lớp sơ ñồ thích hợp dựa trên ñáp ứng của một trong hai ñiều kiện liệt kê trên ñược ñề xuất là:

1.1. ðặt W=max[W-1,Wmin]

1.2. ðặt W=Wmin

1.3. ðặt W=max[αW,Wmin], trong ñó, 0<α<1

Khi tryền dẫn tốt (ño ñược bởi việc nhận các xác nhận) có thể cho thấy rằng nghẽn ñã không còn và kích thước cửa sổ nên tăng trở lại. Hai giải pháp ñưa ra là:

2.1. ðặt W=min[W-1,Wmax] sau khi truyền tốt N khung liên tục

2.2. ðặt W=min[W-1,Wmax] sau khi truyền tốt W khung liên tục

Các kết quả nghiên cứu cho rằng phương án 1.3 với α=0.5 cùng với phương án 2.2 thực thi tốt qua phạm vi rộng của các tham số và các mẫu lưu lượng của mạng, phương án này ñược khuyến dụng trong LAPF.


[SMIT93] tổng quan về frame relay trong ñó, nhấn mạnh các quy luật của nó trong nội dung các dịch vụ mạng, ngoài ra, ñặc trưng frame relay ñược trình bày trong BLAC94 với các khia cạnh kỹ thuật và giao thức của frame relay. Và vấn ñề kỹ thuật ñược trình bày rất tốt trong [SPOH93].

• [BLAC94] Black, U. Frame Relay Networks: Specifications and Implementations. New York: McGraw-Hill, 1994.

• [SMIT93] Smith, P. Frame Relay: Principles and Applications. Reading, MA: Addison-Wesley, 1993.


Trang 124

• [SPOH93] Spohn, D. Data Network Design. New York: McGraw-Hill, 1994.

Các trang web:

• http://www.frforum.com

• http://www.mot.com/MIMS/ISG/tech/frame-relay/resources.html

chu yen macht rong wan 1

Documents