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 khơng 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 thơng 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  phịng nhằm tăng tính tin 
cậy
Hai cơng nghệ chuyển mạch chủ yếu gồm:
Chuyển mạch tương tự (Circuit switching)
Chuyển mạch gói (Packet switching)


Mơ 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 thơng 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 khơng hiệu quả
Kênh truyền giành riêng trong suốt thời gian kết nối. 
Khơng có dữ liệu vẫn phải kết nối → thơng năng lãng phí
Cần thời gian thiết lập kết nối
Khi đã kết nối, q trình truyền gửi khơng thấy được
Chủ yếu được phát triển cho truyền giọng nói (điện thoại) → 
khơng phù hợp với các kiểu dữ liệu khác
Chuyển mạch mạch cịn 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 th bao, bao gồm âm thanh 
quay số, đổ chng, tín hiệu báo bận, v.v…
Truyền số đã quay cho switch để cố gắng kết nối.
Truyền   thơng   tin   giữa   các   switch   báo   hiệu   kết   nối   khơng 
thành cơng.
Truyền thơng tin giữa các switch báo hiệu cuộc gọi đã kết 
thúc và đường dẫn sẽ được ngắt.

Gửi tín hiệu phát chng điện thoại.
Truyền thơng tin liên quan đến việc tính đếm chi phí và hóa 
đơn.


Truyền thơng tin về tình trạng thiết bị hay đường trục trong 
mạng. Thơng tin này được sử dụng cho chức năng tìm đường và 
duy trì kết nối.
Truyền các thơng tin kiểm tra phát hiện và cơ 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 (on­hook). 
Khi một th bao nhấc  ống nghe (off­hook).  → tín hiệu tự  động 
báo cho tổng đài.
Switch (tổng đài) đáp lại bằng một tín hiệu, báo cho th bao 
biết đã có thể quay số.


Người gọi quay số. Tại switch, số này được coi như  địa chỉ 
cần gọi.
Nếu th bao bị  gọi khơng bận, switch gửi một tín hiệu đổ 
chng.
Switch đáp trả cho th bao gọi:
Nếu máy bị  gọi rỗi, switch gửi lại th bao gọi tín hiệu 
(nghe được) trong khi vẫn tiếp tục gửi tín hiệu đổ  chng 
với máy bị gọi.
Nếu máy bị  gọi bận, switch gửi tín hiệu báo bận trở  lại 
cho máy gọi.
Nếu cuộc gọi khơng thể thực hiện qua switch, switch gửi  

trả một tín hiệu cho th bao gọi, u cầu thực hiện lại cuộc  
gọi.


Th bao bị  gọi nhấc  ống nghe (off­hook).  →  báo hiệu cho 
switch.
Switch ngắt chng, thiết lập kết nối giữa hai th bao.
Kết nối được gỡ  bỏ khi một trong hai th bao tham gia đặt 
ống nghe trở lại (on­hook)
Báo hiệu cùng kênh (In Channel Signaling)
Tín hiệu báo hiệu và cuộc gọi được sử  dụng trên cùng một 
kênh
ưu điểm: khơng địi 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, khơng thể thiết lập một cuộc gọi mà giọng 
nói đi theo một đường cịn tín hiệu điều khiển đường đi đó 
lại theo một ngả khác  
Ngồi dải tần (Out of band)
Các tín hiệu  đàm thoại khơng sử  dụng hết 4kHz băng 
thơng
Một dải tín hiệu hẹp ngay trong dải thơng 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 khơng 
Cần thêm thiết bị điện tử xử lý tín hiệu ngồi dải

Băng thơng 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 th 
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 qt 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 
thơng số  nhằm cạnh tranh với các tổng đài số  lập trình cố 
định, tận dụng các kênh truyền 64­kbps.



Được thiết kế  phù hợp với các u 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 thơng tin 
cậy theo đúng thứ tự, khơng 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 thơng 
điệp điều khiển SS7
Signal transfer point (STP)
Có khả năng tìm đường đi cho các thơng 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 thơng điệp điều 
khiển và thơng năng của nó đối với các thơng 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 cơng nghệ chuyển mạch 
mạch thường là chuyển mạch mềm (softswitch).
Về  bản chất, chuyển mạch mềm là một máy tính thực thi 
phần mềm chun dụng điều khiển hệ thống chuyển mạch điện 
thoại thơng minh. 
Chuyển mạch mềm có chi phí giảm đáng kể  so với các bộ 
chuyển mạch thơng 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 cịn 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


Chuyển mạch mạch được thiết kế  cho truyền thơng đi xa 
(long­haul circuit­switching ), mà:
Tài ngun phải được giành sẵn cho một cuộc gọi
Phần lớn thời gian kết nối khơng mang tải
Tỷ số dữ liệu thấp và cố định
Cả hai thiết bị đầu và cuối đều phải hoạt động với cùng 
tốc độ
Hoạt động cơ bản
Dữ liệu: truyền gói nhỏ


1000 octet
Cắt nhỏ thơng điệp (packet)
Packet: một phần dữ liệu + thơng tin điều khiển
Thơng tin điều khiển 
Chẳng hạn thơng tin cung cấp cho thuật tốn tìm đường 
hay ưu tiên đường truyền
Lưu chuyển Packet: nguồn  → trung gian (đệm, chuyển tiếp) 
→ đích