Bài giảng Kỹ thuật chuyển mạch - Chương 1: Tổng quan

hái niệm.
! Các dịch vụ viễn thông.
! Các loại dịch vụ viễn thông.
! Mạng viễn thông.
! Chuyển mạch.
Switching Engineering Page 4
Khái niệm
! Truyền thông (Communication) là tất cả sự trao đổI, vận chuyển
thông tin bằng hình thức này hoặc hính thức khác.
! Ví dụ: Bạn đang đọc tài liệu này, tờ báo đã đọc sáng nay, chuyến
tàu chở bạn đi từ Tp Hồ Chí Minh đến Thủ đô Hà nội, bạn đang
lấy thông tin từ Internet, bạn đang xem tivi, bạn đang gọi điện …
! Viễn thông là 3 ví dụ sau, vậy, viễn thông (Telecommunication) là
sự truyền thông qua khoảng cách địa lý.
! Tele có nghĩa là từ xa, biểu thị một sự bắt cầu qua khoảng cách
địa lý, viễn thông là sự trao đổi thông tin từ xa.
Hình 1-1 Sự trao đổi thông tin giữa hai thành phố
Switching Engineering Page 5
Khái niệm
! Vật mang dịch vụ: Là cc trang thiết bị được sử dụng để hỗ trợ cho
dịch vụ đó.
Hình 1-2 Vật mang dịch vụ điện thoại
Switching Engineering Page 6
Các dịch vụ viễn thông
Hình 1-3 Các dịch vụ viễn thông
Switching Engineering Page 7
Các loại dịch vụ viễn thông
! Trên quan điểm điều hành mạng, dịch vụ viễn thông gồm:
! Dịch vụ cơ sở: Là các dịch vụ cơ bản được 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 điện thoại nào đó, dịch vụ hướng
dẫn, chuyển đổi ngôn ngữ.
! Dịch vụ bổ sung phân bố: Là các dịch vụ được xây dựng trên dịch vụ viễn
thông cơ sở. Ví dụ chuyển tiếp cuộc gọi vô điều kiện, chờ cuộc gọi, dịch
vụ báo thức.
! Dịch vụ bổ sung tập trung (dịch vụ mạng thông minh IN): IN (Interligent
Network) được thực hiện trong một mạng cung cấp định vị tập trung
thông minh, cho phép điều khiển định tuyến, tính cước linh hoạt. Ví dụ
điện thoại trả tiền trước, điện thoại bình chọn…
! Một số dịch vụ có sự kết hợp của dịch vụ mạng thông minh với dịch vụ
giá trị gia tăng
Switching Engineering Page 8
Mạng viễn thông
! Mạng viễn thông là tất cả các trang thiết bị kỹ thuật được sử dụng để
trao đổi thông tin giữa các đối tượng sử dụng trong mạng.
! Các thành phần mạng viễn thông:
! Thiết bị đầu cuối: Chuyển đổi tín hiệu thân thuộc với con người thành tín
hiệu được chuyển tải trong mạng tuỳ thuộc lại hình dịch vụ.
! Node chuyển mạch: Cung cấp nối kết cho các đối tượng theo yêu cầu,
thực hiện các chức năng:
! Xử lý thông tin: xử lý, cung cấp thông tin.
! Chuyển mạch.
! Phương tiện truyền dẫn: Liên kết hai thành phần trên. tuỳ thuộc môi
trường, địa hình sử dụng hệ thống truyền dẫn thích hợp như cáp đồng, vi
ba, vệ tinh, quang…
! Phần mềm: Hỗ trợ các thành phần trên hoạt động có hiệu quả.
Switching Engineering Page 9
Mạng viễn thông
Thiết bị
đầu cuối Thiết bị
đầu cuối
Node
chuyển
mạch
Phương
tiện
truyền
dẫn
Phần
mềm
Hình 1-4 Các thành phần của mạng viễn thông
Switching Engineering Page 10
Chuyển mạch
! Chuyển mạch là sự thiết lập
nối kết theo yêu cầu để
truyền thông tin từ ngõ vào
yêu cầu đến ngõ ra được
yêu cầu trong một tập ngõ
vào và ngõ ra (ITU-T).
! Mục đích:Thiết lập đường
truyền thông tin qua mạng
theo cấu trúc cố định hoặc
biến động.
Hình 1-5 Chuyển mạch
Switching Engineering Page 11
Lịch sử phát triển
! Các hệ thống nhân công.
! Các hệ thống chuyển mạch điện tử.
! Các hệ thống số và điều khiển máy tính.
! Các node chuyển mạch cho thông tin dữ liệu.
! Các node chuyển mạch cho N-ISDN.
! Các node chuyển mạch cho B-ISDN.
! Chuyển mạch quang.
Switching Engineering Page 12
Các hệ thống nhân công
! 1878, hệ thống chuyển mạch đầu tiên được xây dựng ở
NewHaven, Mỹ. Điện thoại viên đóng vai trò chuyển mạch.
Hình 1-6 Chuyển mạch nhân công
Switching Engineering Page 13
Các hệ thống chuyển mạch
điện tử
! Hệ thống chuyển mạch xoay
! Năm 1889, Almon B. Strowger, Kansas City, USA xây dựng hệ
thống tổng đài tự động đầu tiên, đấy là hệ thống tổng đài từng
bước.
! Sau đó là sự phát triển của hệ thống tổng đài thanh ghi, các chữ
số được xử lý trong thanh ghi, không xử lý trực tiếp.
! Phù hợp với các tổng đài dung lượng lớn, khả năng chọn đường dẫn
thay thế.
! Hệ thống chuyển mạch thanh chéo
! Năm 1937, hệ thống chuyển mạch thanh chéo ra đời.
! Thời gian chuyển mạch nhanh, ít lỗi, đơn giản.
! Là cơ sở phát triển các hệ thống chuyển mạch sau này.
Switching Engineering Page 14
Các hệ thống số và điều khiển
máy tính
! Năm 1960, tổng đài điều khiển số đầu tiên được xây dựng ở Mỹ.
! 1968 ở Châu Âu.
! Hệ tổng đài này còn được gọi là tổng đài điều khiển bằng chương
trình ghi sẵn SPC (Stored Program Control).
Hình 1-7 Tổng đài SPC
Switching Engineering Page 15
Các node chuyển mạch cho
thông tin dữ liệu
! Lý do: Nhu cầu sử dụng thông tin dữ liệu phát triển mạnh, dẫn
đến sự phân biệt giữa mạng chuyển mạch kênh và dự liệu.
! Chuyển mạch gói và Frame Relay.
Hình 1-8 Chuyển mạch dữ liệu
Switching Engineering Page 16
Các node cho N-ISDN
! Phát triển cho các mạng tích hợp dịch vụ, N-ISDN có thể được
xem là sự kết hợp tổng đài điện thoại với chuyển mạch dữ liệu.
Hình 1-9 ISDN
Switching Engineering Page 17
Các node cho B-ISDN
! Các hệ thống chuyển mạch
trước chỉ đáp ứng được
một trong hai điều kiện:
băng thông, thời gian
thực.
! B-ISDN cung cấp các dịch
vụ yêu cầu băng thông và
thời gian thực.
! Đang được tiêu chuẩn hoá
(ATM, MPLS).
Hình 1-10 Nhu cầu băng thông rộng
Switching Engineering Page 18
Chuyển mạch quang
! Phục vụ cho sự
trao đổi thông tin
tốc độ cao (hàng
Gbits/s).
! Hướng tới mạng
toàn quang
(chuyển mạch điện
tử - điều khiển điện
tử " chuyển mạch
quang-điều khiển
điện tử " chuyển
mạch quang-điều
khiển quang). Hình 1-11 Sự phát triển các hệ thống chuyển mạch
Switching Engineering Page 19
Phương thức chuyển mạch
! Chuyển mạch kênh.
! Chuyển mạch tin.
! Chuyển mạch gói.
! Chuyển mạch khung.
! Chuyển mạch tế bào.
! Chuyển mạch nhãn đa giao thức.
Switching Engineering Page 20
Chuyển mạch kênh
! Là loại chuyển mạch phục vụ sự trao đổi thông tin bằng cách cấp
kênh dẫn trực tiếp giữa các đối tượng sử dụng.
! Xử lý cuộc gọi tiến hành qua 3 giai đoạn:
! Thiết lập đường dẫn dựa vào như cầu trao đổi thông tin.
! Duy trì kênh dẫn trong suốt thời gian trao đổi thông tin.
! Giải phóng kênh dẫn khi đối tượng sử dụng hết nhu cầu trao đổi.
Hình 1-12 Chuyển mạch kênh
Switching Engineering Page 21
Chuyển mạch kênh
! Đặc điểm:
! Thực hiện trao đổi thông tin giữa các user trên trục thời gian thực.
! Các user làm chủ kênh dẫn tỏng suốt ứua trình trao đổi.
! Hiệu suất thấp.
! Yêu cầu độ chính xác thông tin không cao.
! Nội dung trao đổi không mang thông tin địa chỉ.
! Phù hợp với dịch vụ thoại.
! Khi lưu lượng tăng đến ngưỡng nào đó thì cuộc gọi mới có thể bị
khoá, mạng từ chối mọi yêu cầu kết nối mới đến khi có thể.
Switching Engineering Page 22
Chuyển mạch tin
! Là loại chuyển mạch phục vụ sự trao đổi thông tin giữa các bản
tin như điện tín, thư điện tử, file…
! Thiết bị đầu cuối gởi đến node chuyển mạch bản tin mang thông
tin địa chỉ đích.
! Tại đây, bản tin được thu nhận, xử lý (chọn đường) rồi sắp hàng
chờ truyền đi. Phương pháp này gọi là store and forward.
địa chỉ
Hình 1-13 Chuyển mạch tin
Switching Engineering Page 23
Chuyển mạch tin
! Thời gian trễ:
Td=tnhận+txử lý+tsắp hàng.
! Đặc điểm:
! Không có mối liên hệ thời gian thực giữa các user.
! Kênh dẫn không dành riêng cho các user (dùng chung đường
truyền).
! Hiệu suất cao.
! Yêu cầu độ chính xác.
! Nội dung có địa chỉ.
! Áp dụng cho số liệu.
! Vẫn chấp nhận cuộc gọi mới trong khi lưu lượng mạng đang cao.
Switching Engineering Page 24
Chuyển mạch gói
! Bản tin được chia thành các gói với chiều dài xác định, mỗi gói có
phần header mang thông tin địa chỉ và thứ tự gói.
! Mỗi gói đi qua các node được tiến hành theo phương pháp store
and forward như chuyển mạch tin.
! Tại đầu thu tiến hành sáp xếp các gói trở lại.
header
Hình 1-14 Chuyển mạch gói
! Trong các
gói luôn có
trường kiểm
tra để đảm
bảo gói truyền
không lỗi qua
từng chặng.
Switching Engineering Page 25
Chuyển mạch gói
! Đặc điểm:
! Trao đổi thông tin không theo thời gian thực nhưng nhanh hơn
chuyển mạch tin.
! Đối tượng sử dụng không làm chủ kênh dẫn.
! Hiệu suất cao.
! Thích hợp truyền số liệu.
! Việc kiểm tra lỗi từng chặng là đảm bảo gói truyền không lỗi
nhưng lại làm giảm tốc độ truyền gói qua mạng.
! Băng thông thấp, tốc độ thấp.
! Phù hợp với mạng truyền dẫn chất lượng thấp.
Switching Engineering Page 26
Chuyển mạch khung
! Chuyển mạch khung về cơ bản dựa trên chuyển mạch gói, nhưng
bản tin được chia thành các khung có kích thước xác định.
! Hạn chế chức năng kiểm tra lỗi và điều khiển luồng.
! Tốc độ truyền dẫn được cải thiện đáng kể so với chuyển mạch gói.
! Hoạt động chủ yếu ở lớp 2, với mục đích lớn nhất là tạo mạng
riêng ảo VPN (Virtual Private Network) cho khách hàng.
! Băng thông không cố định cho user mà được phân phối một cách
linh hoạt.
! Phức tạp do tốc độ bit thay đổi.
! Khả năng đến 40Mbps so với 2Mbps của chuyển mạch gói.
Switching Engineering Page 27
Chuyển mạch tế bào
! Các loại chuyển mạch kể trên không đáp ứng được yêu cầu băng
thông và thời gian thực của một số dịch vụ.
! Chuyển mạch tế bào thì chia bản tin thành các tế bào (cell) có
kích thước nhỏ và cố định.
! Xử lý nhanh.
! Chuyển tiếp nhanh.
! Tốc độ đạt đến 600Mbps.
! Khả năng phục vụ các dịch vụ tốc độ bit thay đổi và cố định.
! Tính thời gian thực hướng đến chuyển mạch kênh.
Switching Engineering Page 28
Chuyển mạch nhãn đa giao thức
! Internet đang phát triển rất mạnh và là điều không thể thiếu trong
cuộc sống hiện tại.
! Các dịch vụ mới đa số đều áp dụng trên IP (Internet Protocol).
! Nhưng Internet gặp trở ngại về thời gian thực và băng thông.
! Giải pháp IP over ATM được đề xuất nhưng cũng gặp khó khăn
trong kỹ thuật.
! Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS (Multiple Protocol Label
Switching) đơn giản hoá việc chuyển tiếp cho các router bên
trong.
! Tốc độ như ATM.
! Giá thành rẻ.
! Đơn giản.