Chuyển mạch gói

Nối chuyển gói, hay đơn giản hơn chuyển gói, (Anh ngữ: packet switching), có nơi còn gọi là nối chuyển khung hay chuyển khung, là một loại kĩ thuật gửi dữ liệu từ máy tính nguồn tới nơi nhận (máy tính đích) qua mạng dùng một loại giao thức thoả mãn 3 điều kiện sau:

• Dữ liệu cần vận chuyển được chia nhỏ ra thành các gói (hay khung) có kích thước (size) và định dạng (format) xác định.
• Mỗi gói như vậy sẽ được chuyển riêng rẽ và có thể đến nơi nhận bằng các đường truyền (route) khác nhau. Như vậy, chúng có thể dịch chuyển trong cùng thời điểm.
• Khi toàn bộ các gói dữ liệu đã đến nơi nhận thì chúng sẽ được hợp lại thành dữ liệu ban đầu.

Mỗi gói dữ liệu có kích thước được định nghĩa từ trước (đối với giao thức TCP/IP thì kích thước tối đa của nó là 1500 bytes) và thường bao gồm 3 phần:

• Phần mào đầu (header): chứa địa chỉ máy gửi, địa chỉ máy nhận và các thông tin về loại giao thức sử dụng và số thứ tự của gói.
• Phần tải dữ liệu (data hay payload): là một trong những đoạn dữ liệu gốc đã được cắt nhỏ.
• Phần đuôi (trailer): bao gồm tín hiệu kết thúc gói và thông tin sửa lỗi dữ liệu (data correction).

Kĩ thuật này rất hiệu quả để vận chuyển dữ liệu trong các mạng phức tạp bao gồm rất nhiều hệ thống máy tính nối với nhau.

Các đặc điểm

1. Không cần phải hoàn tất một mạch liên tục nối từ máy gửi đến máy nhận (xem thêm về kĩ thuật chuyển mạch kênh được dùng trong các đường dây điện thoại). Thay vào đó là các đường truyền dữ liệu giữa các bộ chuyển mạch (switcher) sẽ được thiết lập một cách tạm thời từng cặp một để làm trung gian vận chuyển (hay trung chuyển) các gói từ máy nguồn cho đến khi tới được địa chỉ máy nhận.
2. Các đoạn mạch nối trung chuyển cũng không cần phải thiết lập từ trước mà chỉ cho đến khi có gói cần vận chuyển thì mới thành hình.
3. Trong trường hợp tắt nghẽn hay sự cố, các gói dữ liệu có thể trung chuyển bằng con đường thông qua các máy tính trung gian khác.
4. Dữ liệu vận chuyển bằng các gói sẽ tiết kiệm thời gian hơn là việc gửi trọn vẹn một dữ liệu cỡ lớn vì trong trường hợp dữ liệu thất lạc (hay hư hại) thì máy nguồn chỉ việc gửi lại đúng gói đã bị mất (hay bị hư) thay vì phải gửi lại toàn bộ dữ liệu gốc.
5. Trong mạng phức tạp thì việc vận chuyển sẽ không cần (và cũng không thể) biết trước được các gói dữ liệu sẽ được chuyển theo ngõ nào.
6. Kỹ thuật này cho phép nối gần như với số lượng bất kì các máy tính. Thực tế, nó chỉ bị giới hạn bởi khả năng cho phép của giao thức cũng như khả năng nối vào mạng của các bộ chuyển mạch với các máy.
7. Vì có thể được gửi đi qua các đường trung chuyển khác nhau nên thời gian vận chuyển của mỗi gói từ máy nguồn đến máy đích có thể hoàn toàn khác nhau. Và thứ tự các gói đến được máy đích cũng có thể không theo thứ tự như khi gửi đi. 

Nguồn http://vi.wikipedia.org

Theo mình thì có thể xem chuyển mạch bản tin là tiền thân của chuyển mạch gói. Chuyển mạch gói tùy theo cách thức gửi gói tin mà người ta phân làm 2 loại là :

• Hướng kết nối (Connection-oriented) : đường đi được định tuyến trước sẽ gửi qua những nút mạng nào trước khi gửi các gói tin, các gói tin truyền do đó sẽ đúng thứ tự khi về đích, trễ ít hơn nhưng tận dụng hiệu năng mạng kém hơn.
• Phi kết nối (Connectionless) : truyền lung tung, tùy theo mạng chỗ nào dùng nhiều dùng ít mà lựa đường mà đi, tuy nhiên các gói đi quãng đường dài ngắn khác nhau, trễ giữa các nút (đi nhiều hay ít nút mạng khác nhau) khác nhau mà sẽ đến đích không đúng thứ tự, phải đợi và sắp xếp lại, nói chung thì sẽ trễ nhiều hơn.

Theo cách thức cắt gói tin :

• Nếu cắt gói tin đều nhau thì gọi là chuyển mạch tế bào
• Cắt không đều thì vẫn là chuyển mạch gói thôi

Nhìn chung thì chuyển mạch kênh trễ là thấp nhất, phù hợp với dữ liệu thời gian thực nhất nhưng chuyển mạch gói tận dụng được hiệu năng mạng, nút mạng lỗi có thể tìm được đường khác, uyển chuyển, truyền được dung lượng lớn chứ không bị bó buộc tốc độ chỉ 1 đường, cộng thêm công nghệ ngày càng tiến bộ giảm trễ, chuyển mạch gói đang dần thay thế chuyển mạch kênh.

Xem thêm : http://tongquanvienthong.blogspot.com/2012/03/ky-thuat-chuyen-mach.html 

Read more »

Chuyển mạch kênh

Chuyển mạch kênh, hay ngắn gọn hơn chuyển mạch, là một kỹ thuật nối-chuyển truyền thống được dùng rộng rãi để kiến tạo các mạng điện thoại. Kỹ thuật này hoàn tất một đường liên lạc thông tin cố định từ nguồn đến đích. Kế đến, thông tin (thường là dạng tín hiệu âm thanh) sẽ được chuyển trong đường nối. Sau khi hoàn tất, hay khi có lệnh huỷ bỏ thì đường nối này sẽ bị cắt.
Các nút trong mạng kiểu này còn được gọi là trung tâm nối-chuyển hay trung tâm chuyển mạch (switching center).

Phương thức hoạt động cơ bản

Kỹ thuật nối-chuyển mạch

• Mạng chuyển mạch có thể bao gồm nhiều nút (hay trạm nối dây). Mỗi nút và mỗi đầu cuối đều được địa chỉ hoá.
• Nguồn gửi thông tin sẽ yêu cầu nối mạng tới một địa chỉ đích.
• Các nút mạng sẽ tự động tìm ra các nút trung gian để nối thành một mạch dẫn từ nguồn tới đích một cách liên tục theo thuật toán đã định sẵn (quá trình này sẽ lâu hơn nếu hai máy nguồn và máy đích cách nhau qua nhiều nút trung gian hơn). Trường hợp một trong các nút trung gian không thể hoàn tất việc nối mạch thì tín hiệu bận (busy) có thể được chuyển về từ nút đó.
  Trong thực tế, mỗi nút đều có sẵn một bảng ghi nhận các địa chỉ và các nút tương ứng gọi là bảng chuyển tiếp (forwarding table). Bảng này được cập nhật mỗi khi có thêm nút mới hay địa chỉ mới. Do đó, các nút chỉ việc yêu cầu nối dây với đường ra thích hợp dựa vào bảng này mỗi khi có lệnh thiết lập đường nối từ ngõ vào tới một địa chỉ bất kì.
• Nếu máy đích chấp thuận, và việc nối mạch với máy đích hoàn tất thì tín hiệu thông mạch (hay tính hiệu chấp thuận) sẽ được trả về. Ngược lại tín hiệu hết thời lượng (timeout) sẽ được gửi về máy chủ.
• Máy chủ bắt đầu trao đổi thông tin hay huỷ bỏ việc trao đổi. Các nút mạng cũng sẽ tự huỷ bỏ đường nối, giải phóng các nút cho các yêu cầu nối-chuyển khác.

Đặc điểm

• Độ tin cậy rất cao: một khi đường nối đã hoàn tất thì sự thất thoát tín hiệu gần như không đáng kể.
• Băng thông cố định. Đối với kiểu nối này thì vận tốc chuyển thông tin là một hằng số và chỉ phụ thuộc vào đặc tính vật lý cũng như các thông số cài đặt của các thiết bị.
• Có thể dùng kỹ thuật này vào những nơi cần vận tốc chuyển dữ liệu cao hoặc nơi nào cần truy nhập dữ liệu với thời gian thực (realtime data access).
• Tuy nhiên, các vận chuyển này sẽ lấy nhiều tài nguyên và chúng được cấp cho một đường nối dây cho tới khi dùng xong hay có lệnh huỷ. Nói cách khác, các đường nối dữ liệu nếu trong thời gian mở đường nối mà gặp phải các nút đều đang bận dùng cho đường nối truớc đó thì buộc phải đợi cho tới khi các nút này được giải phóng.

Thí dụ

Các thí dụ điển hình của việc dùng kỹ thuật chuyển mạch là:

• PSTN
• CSPDN
• Một số kiểu ISDN

Lược sử của kỹ thuật nối-chuyển mạch

Trong những ngày đầu, thì con người (hay đúng hơn các operator) ở các trạm giao thông điện đàm đóng vai nối các mạch điện thoại viễn thông với nhau bằng cách "hỏi" người muốn nối dây và "nghe" địa chỉ điện thoại người nhận, tìm kiếm và cắm và nối các đầu dây này trên các bảng chuyển mạch (switch board) nhằm tạo ra một đường dây điện thoại nối từ đầu gọi đến đầu nhận. Nếu như phải qua nhiều trạm trung gian thì việc nối-chuyển sẽ mất nhiều thì giờ và dể gây sai lạc.
Trang thiết bị chuyển mạch tự động đã được phát minh vào thế kỉ 19 bởi Almon B. Strowger.

Các kiểu kiến trúc của thiết bị chuyển mạch

Crossbar

Mạng phân bố với 8 ngõ vào

Còn có các tên gọi là bộ chuyển mạch thanh chéo, bộ chuyển mạch điểm chéo (crosspoint switch) hay mạng phân bố. Đây là bộ chuyển mạch có n đường vào và n đường ra (như vậy nó có điểm chéo). Với một mạng phân bố như vậy thì các ngõ vào đều có thể nối đồng thời với một ngõ ra riêng biệt nếu hai ngõ vào bất kì không đòi hỏi cùng một ngõ ra xác định.
Một điểm yếu của kiểu thiết kế này là số điểm chéo sẽ tăng nhanh theo số đầu vào. Nếu không kể các điểm tự nối mạch (trên đường chéo của hình) thì cần ít nhất đến n(n-1)/2 điểm chéo. Điều này không thực tế cho việc chế tạo các mạch tích hợp trong trường hợp có quá nhiều ngõ vào và ngõ ra (ứng với con chíp có số chân vào và chân ra cũng nhiều như vậy!).
Do đó, các thiết bị kiểu này chỉ hợp để dùng trong các văn phòng nhỏ.

Space division

Hay còn gọi là bộ chuyển mạch phân khoảng. Đây là một kết hợp của nhiều bộ chuyển mạch điểm chéo để hình thành một thiết bị nối-chuyển có nhiều tầng.
Về tổng quát thiết bị này cũng có N ngõ vào và N ngõ ra, và nó bao gồm nhiều bộ chuyển mạch điểm chéo. Mỗi chuyển mạch điểm chéo có n ngõ vào và m ngõ ra hoặc N/n ngõ vào và N/n ngõ ra. Với cách thiết kế này thì số lượng điểm chéo cần thiết sẽ ít hơn. Tuy nhiên, nó cũng có chỗ yếu là có thể xảy ra tình trạng tắt nghẽn.

Time division

Còn gọi là bộ chuyển mạch phân thời. Khác với các thiết kế trên, n ngõ vào được đọc quét theo một dãy thứ tự và xếp thành một khung với n chỗ trống bằng cách dùng kĩ thuật đa hợp (multiplexer). Mỗi chỗ trống có k bit. Bộ phận quan trọng nhất của bộ chuyển mạch này là bộ hoán đổi khe thời gian có nhiệm vụ nhận vào các khung và chuyển thành các khung ra đã được xếp lại thứ tự. Sau cùng chúng được gửi tới các ngõ ra theo thứ tự mới đó bằng kỹ thuật phân đa kênh (demultiplexer).

Nguồn http://vi.wikipedia.org

Xem thêm http://tongquanvienthong.blogspot.com/2012/03/ky-thuat-chuyen-mach.html

Read more »

Mạng đơn tần và mạng đa tần

Về nguyên lý có hai dạng mạng quảng bá truyền hình số mặt đất

· Mạng đa tần số (Multi–Frequency Network : MFN), cho phép các chương trình giống nhau hoặc khác nhau được phát xạ bởi các máy phát đơn lẻ trên các tần số khác nhau. Các máy phát này hoạt động độc lập, có vùng phủ sóng riêng. Có thể dùng lại kênh tần số với điều kiện có sự thích nghi thích hợp về địa lý. Mạng này giống với mạng truyền hình tương tự.

· Mạng đơn tần số (Single Frequency Network: SFN) là mạng trong đó phát xạ phân bố được thực hiện ở nơi mà vùng phủ sóng được đảm bảo bởi nhiều máy phát hoạt động đồng bộ trên cùng một tần số và mang cùng một chương trình. Các máy phát cung cấp vùng phủ sóng chung và không thể hoạt động độc lập.

Khi thiết lập mạng đơn tần, tất cả các máy phát thuộc mạng đơn tần đó đều phát cùng kênh sóng, rất thuận lợi cho quy hoạch và tiết kiệm tài nguyên tần số.


DVB-T trong môi trường bị phản xạ như là “mạng đơn tần tự nhiên”

Trong môi trường thực tế, chúng ta đang chịu hậu quả của hiện tượng phản xạ sóng khi thu các chương trình truyền hình. Đối với công nghệ analog, nhiều sóng đến anten thu và gây ra nhiều hình trên TV, tạo nên bóng ma lem nhem, thậm chí các hình phá nhau làm mất đồng bộ và không thể xem được.

Sóng của máy phát hình số cũng chịu quy luật phản xạ, nhưng do kỹ thuật ghép đa tần trực giao và nhờ có thông số “khoảng thời gian bảo vệ” của DVB-T, nên các thiết bị thu số DVB-T khắc phục có hiệu quả hiện tượng phản xạ. Các tia (hoặc các chùm) sóng đến từ các hướng khác nhau với đoạn đường đi khác nhau tới anten thu, sẽ nhanh chậm khác nhau một khoảng thời gian.

Nếu mỗi điểm phản xạ ta coi như một máy phát con, thì nhìn tổng thể, như là một “mạng đơn tần tự nhiên” vì các tia (chùm) sóng: đều mang cùng dòng truyền tải TS, có cùng tần số và các chùm sóng đến điểm thu nhanh chậm hơn nhau, mà vẫn nằm trong khoảng thời gian bảo vệ Tbv. Chỉ có khác “mạng đơn tần tự nhiên” này không có sự tác động của con người để chuẩn chỉnh đồng bộ đúng như mạng đơn tần do con người chủ động tạo ra.


Ba điều kiện cho các máy phát thuộc mạng đơn tần

· Phát cùng một dòng truyền tải TS.
· Phát cùng tần số.
· Phát “cùng thời điểm”.

Nguồn http://tuantu.net/tin-tuc/302-thit-lp-mng-n-tn-dvb-t-1.html

Từ hiện tượng đa đường, thì trong viễn thông cũng có nhiều kỹ thuật ứng dụng, như mạng đơn tần này thì dùng để mở rộng vùng phủ, phân tập hay MIMO (thực chất là phân tập không gian) thì để tăng tốc độ truyền dữ liệu ...

Read more »