Giáo trình Mạng máy tính - Chương 6: Chuyển mạch

MẠNG MÁY TÍNH (COMPUTER NETWORK)

Chương 6 – Chuyển mạch

6.1. Các mạng chuyển mạch

Truyền dẫn trong một khoảng cách xa thường được thực hiện

bằng các nút chuyển mạch trung gian

Các nút không cần/được biết về nội dung dữ liệu

Các thiết bị giao nhận đầu cuối thường là:

Máy tính, điện thoại, các thiết bị điều khiển …

Mạng chuyển mạch bao gồm một tập hợp các nút và các liên

kết/liên lạc giữa các nút

Dữ liệu được truyền đi từ nút này đến nút khác thông qua các

nút chuyển mạch

Các nút mạng (Node)

Các nút có thể chỉ kết nối đến các nút khác, hoặc kết nối đến

các trạm

Các kết nối nút với nút thường có dạng đường truyền ghép

kênh

Mạng thường được kết nối từng phần

Có thể có các đường liên kết dự phòng nhằm tăng tính tin cậy

Hai công nghệ chuyển mạch chủ yếu gồm:

Chuyển mạch tương tự (Circuit switching)

Chuyển mạch gói (Packet switching)

Mô hình mạng chuyển mạch đơn giản

Chuyển mạch tương tự

Có các đường kết nối được giành riêng, qua ba giai đoạn:

Kết nối (Establish)

Truyền (Transfer)

Ngắt kết nối (Disconnect)

Mạch được thiết lập cho mạng chuyển mạch tương tự phải bảo

đảm:

Phải có khả năng chuyển mạch

Phải có khả năng phân chia thành các kênh riêng

Phải có khả năng tìm đường đi tiếp theo đưa thông tin đến

đích

Các ứng dụng chuyển mạch tương tự

Ứng dụng chủ yếu của mạng chuyển mạch là hệ thống điện

thoại.

Sự tận dụng không hiệu quả

Kênh truyền giành riêng trong suốt thời gian kết nối.

Không có dữ liệu vẫn phải kết nối → thông năng lãng phí

Cần thời gian thiết lập kết nối

Khi đã kết nối, quá trình truyền gửi không thấy được

Chủ yếu được phát triển cho truyền giọng nói (điện thoại) →

không phù hợp với các kiểu dữ liệu khác

Chuyển mạch mạch còn được dùng trong các mạng riêng VPN

Mạng chuyển mạch tương tự công cộng

Các thành phần trong mạng truyền thông

Một mạng truyền thông gồm bốn thành phần kiến trúc tổng

quát như sau:

Các máy thuê bao (Subcribers): là các thiết bị kết nối vào

mạng. Cho đến nay, chủ yếu vẫn là các máy điện thoại nhưng

tỷ lệ thiết bị truyền dữ liệu (máy fax).

Đường thuê bao (Subcribers Line): liên kết giữa các máy

thuê bao với mạng /đường điện đàm thuê bao /đường điện đàm

cục bộ. Hầu hết sử dụng cáp đôi xoắn đến vài chục km.

Các tổng đài (exchange): Các trung tâm chuyển mạch trong

mạng, trực tiếp kết nối các thuê bao PBX, thường phục vụ đến

vài ngàn thiết bị, phạm vi và nhỏ.

Đường trung kế (Trunk line): là các nhánh nối giữa các

tổng đài. Các đường trung kế tải được nhiều kênh sử dụng

FDM hay TDM đồng bộ.

Các chức năng điều khiển báo hiệu

Phát báo hiệu liên lạc đối với thuê bao, bao gồm âm thanh quay

số, đổ chuông, tín hiệu báo bận, v.v…

Truyền số đã quay cho switch để cố gắng kết nối.

Truyền thông tin giữa các switch báo hiệu kết nối không thành

công.

Truyền thông tin giữa các switch báo hiệu cuộc gọi đã kết thúc

và đường dẫn sẽ được ngắt.

Gửi tín hiệu phát chuông điện thoại.

Truyền thông tin liên quan đến việc tính đếm chi phí và hóa

đơn.

Truyền thông tin về tình trạng thiết bị hay đường trục trong

mạng. Thông tin này được sử dụng cho chức năng tìm đường và

duy trì kết nối.

Truyền các thông tin kiểm tra phát hiện và cô lập các hệ thống

lỗi hỏng.

Điều khiển các thiết bị đặc biệt như thiết bị kênh vệ tinh.

Tuần tự tín hiệu điều khiển

Trước cuộc gọi, cả hai máy điện thoại đều rỗi (on-hook). Khi

một thuê bao nhấc ống nghe (off-hook). → tín hiệu tự động báo

cho tổng đài.

Switch (tổng đài) đáp lại bằng một tín hiệu, báo cho thuê bao

biết đã có thể quay số.

Người gọi quay số. Tại switch, số này được coi như địa chỉ cần

gọi.

Nếu thuê bao bị gọi không bận, switch gửi một tín hiệu đổ

chuông.

Switch đáp trả cho thuê bao gọi:

Nếu máy bị gọi rỗi, switch gửi lại thuê bao gọi tín hiệu

(nghe được) trong khi vẫn tiếp tục gửi tín hiệu đổ chuông với

máy bị gọi.

Nếu máy bị gọi bận, switch gửi tín hiệu báo bận trở lại cho

máy gọi.

Nếu cuộc gọi không thể thực hiện qua switch, switch gửi

trả một tín hiệu cho thuê bao gọi, yêu cầu thực hiện lại cuộc

gọi.

Thuê bao bị gọi nhấc ống nghe (off-hook). → báo hiệu cho

switch.

Switch ngắt chuông, thiết lập kết nối giữa hai thuê bao.

Kết nối được gỡ bỏ khi một trong hai thuê bao tham gia đặt

ống nghe trở lại (on-hook)

Báo hiệu cùng kênh (In Channel Signaling)

Tín hiệu báo hiệu và cuộc gọi được sử dụng trên cùng một

kênh

ưu điểm: không đòi hỏi thêm phương tiện truyền khác

Cùng dải tần (Inband)

Sử dụng cùng tần số với tín hiệu thoại

Có thể đến bất cứ đâu mà tín hiệu đàm thoại tới được

Thêm vào đó, không thể thiết lập một cuộc gọi mà giọng

nói đi theo một đường còn tín hiệu điều khiển đường đi đó lại

theo một ngả khác

Ngoài dải tần (Out of band)

Các tín hiệu đàm thoại không sử dụng hết 4kHz băng thông

Một dải tín hiệu hẹp ngay trong dải thông 4 kHz đàm thoại

được dùng để mang tín hiệu điều khiển

Ưu điểm nổi bật: của phương pháp này là các tín hiệu điều

khiển có thể được truyền gửi dù có tín hiệu giọng nói trong

kênh hay không

Cần thêm thiết bị điện tử xử lý tín hiệu ngoài dải

Băng thông chật hẹp hơn

Báo hiệu kênh chung (Common Channel Signaling)

Tín hiệu điều khiển được tải trên các kênh độc lập với các kênh

thoại

Một kênh tín hiệu riêng có thể sử dụng chung cho nhiều thuê

bao khác nhau

Hai hình thức báo hiệu kênh chung

Chế độ kết hợp (Associated Mode)

kênh chung đi liền với các đoạn trục nối các switch

Chế độ tách biệt (Disassociated Mode)

Cần thêm các nút truyền tín hiệu (signal transfer points)

Nó thực sự hình thành 2 mạng: một để truyền dữ liệu và

một truyền tín hiệu điều khiển

6.2. Hệ thống báo hiệu số 7 (Signaling System Number 7)

Chức năng tổng quát của SS7 là cung cấp một chuẩn quốc tế về

hệ thống tín hiệu kênh chung dùng trong các mạng ISDN với các

tính chất chủ yếu như sau:

Được tối ưu hóa để sử dụng trong các mạng truyền thông

số nhằm cạnh tranh với các tổng đài số lập trình cố định, tận

dụng các kênh truyền 64-kbps.

Được thiết kế phù hợp với các yêu cầu kỹ thuật truyền dữ

liệu hiện hành và tương lai về điều khiển cuộc gọi, điều khiển

từ xa, quản lý và bảo trì.

Được thiết kế để trở thành phương tiện truyền thông tin cậy

theo đúng thứ tự, không trùng lặp và mất dữ liệu.

Hoạt động phù hợp trên các kênh tương tự mà tốc độ dưới

64 kbps.

Phù hợp cho các kết nối mặt đất và vệ tinh ngang hàng.

Các thành phần mạng báo hiệu SS7

Signaling point (SP)

Là bất cứ điểm nào của mạng có thể xử lý các thông điệp

điều khiển SS7

Signal transfer point (STP)

Có khả năng tìm đường đi cho các thông điệp SS7

Control plane

Có trách nhiệm thiết lập và quản lý kết nối

Information plane

Khi kết nối đã lập, thông tin được truyền trong diện thông

tin

Các điểm chuyển tiếp STP

Cấu trúc mạng điều khiển

Có nhiều tham số khác nhau làm ảnh hưởng đến quyết định

thiết kế mạng với số tầng cần thực hiện:

Năng lực của các STP: bao gồm các đường liên kết mà mỗi

STP có thể xử lý, thời gian cần thiết để truyền thông điệp điều

khiển và thông năng của nó đối với các thông điệp.

Hiệu năng của mạng: bao hàm tổng thời gian trễ qua các SP và

STP và các liên kết.

Mức độ sẵn sàng và tin cậy: lượng hóa khả năng của mạng khi

đối mặt với các hư hỏng có thể xảy ra đối với các STP.

Kiến trúc chuyển mạch mềm

Xu hướng gần nhất trong triển khai công nghệ chuyển mạch

mạch thường là chuyển mạch mềm (softswitch).

Về bản chất, chuyển mạch mềm là một máy tính thực thi phần

mềm chuyên dụng điều khiển hệ thống chuyển mạch điện thoại

thông minh.

Chuyển mạch mềm có chi phí giảm đáng kể so với các bộ

chuyển mạch thông thường và có thể thi hành nhiều chức năng hơn

nữa.

Thêm nữa, để xử lý các chức năng chuyển mạch truyền thống,

một chuyển mạch mềm còn có thể chuyển đổi luồng bit đàm thoại

số thành các gói.

Chuyển mạch cổ điển

Chuyển mạch mềm

6.3. Chuyển mạch gói

Các nguyên tắc cơ bản