Bài giảng Kỹ thuật chuyển mạch - Chương 5: Chuyển mạch gói nhanh

CHUYỂN MẠCH GÓI NHANH

(Fast Packet Switching)

1

Nội dung

^!Tổng quan.

^!Frame Relay.

^!ATM.

Switching Engineering

Page 2

Tổng quan

! Sự bùng nổ thông tin cùng với sự phát triển của xã hội " Yêu

cầu các dịch vụ thời gian thực và đa môi trường.

! Nhiều phương án được đề xuất để xây dựng cơ sở hạ tầng

thông tin viễn thông để phát triển.

! Xu thế chung là dựa trên các mạng thông tin băng rộng tích

hợp IBCN (Integrated Broadband Communication Network).

! Quá trình tiến tới IBCN theo 3 con đường chính:

!

Thoại - ISDN - BISDN – IBCN.

Data – FR – ATM – IBCN.

IP – MPLS – IBCN.

! Mạng X.25 hoạt động với thông lượng 64kbps, không đáp ứng

được nhu cầu sử dụng dịch vụ đa môi trường.

Switching Engineering

Page 3

Tổng quan

! Kỹ thuật chuyển mạch gói nhanh FPS tăng tốc độ chuyển mạch

tại nút mạng, hai kỹ thuật cơ bản: Frame Relay và Cell Relay.

! FR : đơn vị dữ liệu kích thước thay đổi - khung (frame). Tốc độ

>64kbps nhưng <34Mbps. Đáp ứng nhu cầu thuê kênh riêng và

mạng riêng ảo.

! CR : đơn vị dữ liệu kích thước cố định - tế bào (cell). Tốc độ

hàng trăm Mbps. Đáp ứng nhu cầu multimedia và realtime.

Tốc độ bit cố định

Tốc độ bit thay đổi

ISDN (H.261, px64kbps/channel

Circuit

Switching

Multirate Circuit Cell Relay Frame Relay

Switching ATM

Packet

Switching

Hình 5-1 Các kỹ thuật chuyển mạch

Switching Engineering

Page 4

FRAME RELAY

^!Giới thiệu

^!Cấu hình chung mạng Frame Relay.

^!Hoạt động.

^!Cấu trúc khung Frame Relay.

^!Frame Relay và mô hình OSI.

^!Giao diện quản lý nội hạt LMI.

Switching Engineering

Page 5

Giới thiệu

! X.25:

! Kiểm soát lỗi và kiểm soát luồng để đảm bảo việc truyền tin không lỗi.

! Chuyển mạch ở lớp 2, định tuyến, ghép kênh logic ở lớp 3.

! Nhược điểm: tăng độ phức tạp, tốc độ thấp.

! Frame Relay:

! ITU-T (CCITT) đề xuất và cũng được ANSI (Mỹ) công nhận năm 1984.

! Mục tiêu:

!

Tạo giao diện chuẩn để kết nối thiết bị giữa user và network.

!

Chức năng ghép kênh, định tuyến đều thực hiện ở lớp 2, đơn giản hoá chức

năng định tuyến cho các frame.

!

" Thông lượng cao hơn X.25.

Giảm thiểu 1 số chức năng ở lớp 2 như điều khiển luồng, kiểm soát lỗi

nhằm giảm độ trễ trong mạng.

Switching Engineering

Page 6

Giới thiệu

! Kiểm soát lỗi trong truyền số liệu

NAK

ACK

Point-to-point

End-to-End

Hình 5-2 Kiểm soát lỗi

Point-to-point

End-to-End

Khi user gởi gói tin vào mạng thì

mạng sẽ trao đổi thông tin kiểm

soát lỗi qua từng chặng để đảm

bảo gói tin truyền đến đích là

không có lỗi.

Mạng thực hiện chuyển gói tin đến

đích nhưng nếu có lỗi thì đầu cuối

yêu cầu truyền lại.

Độ trễ truyền dẫn lớn.

Độ trễ truyền dẫn bé.

Switching Engineering

Page 7

Giới thiệu

! Thông lượng là dung lượng thật sự có thể truyền được tối đa

của một kênh trong một đơn vị thời gian.

! FR kết hợp các ưu điểm của việc dùng chung thiết bị của X.25

và thông lượng cao của TDM.

Bảng 5-1 So sánh TDM, X.25, Frame-relay

Công nghệ

Tốc độ

Độ trễ

Thông lượng

STDM

X.25

TDM

Thay đổi

Cố định

Thay đổi

Lớn

Rất nhỏ

Nhỏ

thấp

Cao

Có

Không

Có

Frame-Relay

STDM (Statistic Time Division Multiplexing): Ghép kênh thống kê theo thời gian

Switching Engineering

Page 8

Giới thiệu

! Ưu điểm của Frame-Relay:

! Thời gian thực hiện nhanh.

! Băng thông rộng: từ 2Mbps đến 34Mbps.

! Tận dụng tối đa hiệu suất băng thông, khi lượng thông tin cần

truyền lớn thì FR có thể phân phối băng thông lớn cho user,

trong trường hợp bình thường thì chỉ phân phối 1 lượng băng

thông nhỏ, 64kbps đến 256kbps là đủ.

! Dùng chung giao diện.

! Tiết kiệm giá thành trong mạng diện rộng

Switching Engineering

Page 9

Cấu hình chung mạng FR

!Các thành phần mạng Frame Relay:

!

Thiết bị FRAD có thể là các LAN bridge, LAN Router v.v...

!

Thiết bị FRND có thể là các tổng đài chuyển mạch khung (Frame)

hay tổng đài chuyển mạch tế bào.

!

Đường kết nối giữa các thiết bị là giao diện chung cho FRAD và

FRND, giao thức người dùng và mạng hay gọi F.R UNI (Frame

Relay User Network Interface).

Hình 5-3 Mạng Frame Relay

Switching Engineering

Page 10

Hoạt động

! Khi người sử dụng gửi một Frame mang thông tin địa chỉ đích

và thông tin người sử dụng, mạng sẽ dùng thông tin này để định

tuyến trên mạng.

! Việc định tuyến được thực hiện bởi FRND và định khung FR

theo giao thức LAP-D hoặc LAP-F (Link Access Protocol D hay F).

! Công nghệ Frame Relay cho phép người sử dụng dùng tốc độ

cao hơn mức họ đ ng ký trong một khoảng thời gian nhất định,

có nghĩa là Frame Relay không cố định b ng thông (Bandwith)

cho từng cuộc gọi một mà phân phối bandwith một cách linh hoạt

điều mà X25 và thuê kênh riêng không có.

! Ví dụ: hợp đồng sử dụng với tốc độ 64 kbps, nhưng khi chuyển

một lượng thông tin lớn, Frame Relay cho phép truyền chúng ở tốc

độ cao hơn. Hiện tượng này được gọi là "bùng nổ" - Bursting.

Switching Engineering

Page 11

Hoạt động

! Truyền Frame:

! Để đảm bảo việc truyền các frame đúng địa chỉ, chính xác,

nhanh, đủ, FR sử dụng các trường sau:

!

1, DLCI (Data Link Connection Identifier) Trên nối kết vật lý có thể

có rất nhiều các nối kết ảo, mỗi một nối kết ảo có định danh riêng

để tránh bị lẫn, được gọi tắt là DLCI.

2, CIR ( Committed Information Rate ) Đây là tốc độ khách hàng

thoả thuận với nhà cung cấp dịch vụ và mạng lưới phải cam kết

thường xuyên đạt được tốc độ này.

3, CBIR ( Committed Burst Information Rate ) Khi có lượng tin

truyền quá lớn, FR vẫn cho phép khách hàng truyền quá tốc độ

cam kết CIR tại tốc độ CBIR trong một khoảng thời gian (Tc) rất

ngắn vài ba giây một đợt, điều này tuỳ thuộc vào độ "nghẽn" của

mạng cũng như CIR.

!

4, DE bit ( Discard Eligibility Bit ) Bit này được lập khi truyền vượt

qua CIR và những frame có DE=1 thì sẽ ưu tiên loại khi nghẽn. Lúc

đó đầu cuối phải phát lại

Switching Engineering

Page 12

Hoạt động

! Kiểm soát nghẽn:

! FECN và BECN (Forward Explicit Congestion Notification

và Backward Explicit Congestion Notification)

Hình 5-4 FECN và BECN

Switching Engineering

Page 13

Hoạt động

! Kiểm soát nghẽn:

! LMI (Local Management Interface)

! Thông báo trạng thái (bổ sung, giải phóng, hiệu chỉnh kênh

ảo…) cho thiết bị đầu cuối, điều khiển và giám sát giao tiếp và

trạng thái thuê bao (hoạt động giữa FRAD và FRND).

Hình 5-5 Giao tiếp quản lý nội hạt

Switching Engineering

Page 14

Cấu trúc khung của FR

F

A

I

FCS

F

Hình 5-6 Cấu trúc khung của Frame Relay

!

Flag:

! Khởi đầu và k thúc một khung.

! Giá trị 01111110 (7EH).

! Khi thông tin giống cờ (>5 bit 1 liên tiếp) thì chèn thêm bit 0

vào vị trí bit 1 thứ sáu.

Switching Engineering

Page 15

Cấu trúc khung của FR

! Address:

! Gồm 2 hoặc nhiều hơn 2 bytes.

! Bit EA: Extended Address. Được sử dụng để mở rộng trường địa

chỉ (3 bytes). Bình thường, EA1=0, EA2=1. Khi mở rộng 3 bytes

thì EA1=0, EA2=0, EA3=1.

DLCI (6bits)

DLCI (4bits)

C/R

DE

EA1

EA2

FECN

BECN

DLCI (6bits)

DLCI (4bits)

C/R

DE

EA1

EA2

FECN

BECN

DLCI (7 bits)

EA3

Hình 5-7 Trường địa chỉ 2 bytes và 3 bytes

Switching Engineering

Page 16

Cấu trúc khung của FR

! Bit C/R: Command/Respond (lệnh/đáp ứng).

!

Bit này tương tự như thủ tục X25 dùng để hỏi và đáp, nhưng mạng

Frame Relay không dùng mà chỉ dành cho các thiết bị đầu cuối

(FRAD) sử dụng mỗi khi cần trao đổi thông tin cho nhau, Bit C/R do

FRAD đặt giá trị và được giữ nguyên khi truyền qua mạng.

! DLCI: Định danh nối kết ảo,

!

Trong trường hợp mở rộng trừờng địa chỉ thì DLCI định danh tối đa

2¹⁷địa chỉ, còn bình thường thì định danh cho 1024 địa chỉ.

!

Tương tự, DLCI có thể mở rộng thành 4 bytes địa chỉ khi ta thêm 1

byte địa chỉ nữa với EA1=0, EA2=0, EA3=0, EA4=1.

! Bit DE: Discard Bit.

!

Đánh dấu các frame được chuyển với tốc độ vượt CIR, những

frame này có thể bị loại bỏ nếu mạng nghẽn. Bình thường DE=0.

Switching Engineering

Page 17

Cấu trúc khung của FR

Tc

Quá mức

Discard

Be

Có thể được

Khách hàng

đăng ký

(CIR)

Bc

Frame1

DE=0

Frame2

DE=1

Frame3

DE=2

Frame4

Discard

(bỏ)

Hình 5-8 Minh hoạ bit DE

Bc: (Committed Burst Size): Là số lượng dữ liệu data tối đa mạng lưới

chấp nhận truyền đi trong các khoảng thời gian Tc .

Tc: (Committed Rate Measurement Interval): Tc = Bc/CIR là khoảng

thời gian mà FRAD cho phép gửi Bc và thậm chí cả Be.

Be: (Exess Burst Size): Là số lượng dữ liệu data tối đa mà mạng

không đảm bảo truyền tốt nhưng vẫn truyền thử xem.

Switching Engineering

Page 18

Cấu trúc khung của FR

! Các bit FECN và BECN

Bảng 5-2 FECN và BECN

Hướng đi

FECN BECN

Ghi chú

A đến B

B đến A

Không nghẽn

0

1

2

3

4

A đến B

B đến A

Nghẽn

Không nghẽn

1

0

1

A đến B

B đến A

Không nghẽn

Nghẽn

0

1

0

A đến B

B đến A

Nghẽn

1

Switching Engineering

Page 19

Cấu trúc khung của FR

! Trường thông tin I:

! Độ dài thay đổi. LAP-F độ dài 4096 tương ứng ISDN, đối với

ứng dụng phi ISDN thì độ dài là 8196 hoặc hơn nữa.

! Gồm thông tin dữ liệu của người dùng (Application Data hay

User Data ) và thông tin về giao thức từng lớp sử dụng PCI

(Protocol Control Information) để thông báo cho lớp tương ứng

của bên nhận biết.

Information

User Data

PCI layer1

PCI layer2

PCI layer3

PCI: Protocol Control Information

Hình 5-9 Trường thông tin

Switching Engineering

Page 20