TSSN - Kỹ thuật chuyển mạch

Trong chương này, chúng ta sẽ thảo luận về các kỹ thuật chuyển mạch trong Mạng và Hệ thống Chuyển mạch Viễn thông.

Trong các mạng lớn, có thể có nhiều hơn một đường dẫn để truyền dữ liệu từ người gửi đến người nhận. Việc chọn một đường dẫn mà dữ liệu phải đưa ra khỏi các tùy chọn có sẵn có thể được hiểu làSwitching. Thông tin có thể được chuyển đổi trong khi truyền giữa các kênh liên lạc khác nhau.

Có ba kỹ thuật chuyển mạch điển hình có sẵn cho lưu lượng số. Họ là -

Chuyển mạch
Chuyển đổi tin nhắn
Chuyển mạch gói

Bây giờ chúng ta hãy xem những kỹ thuật này hoạt động như thế nào.

Chuyển mạch

Trong Chuyển mạch kênh, hai nút giao tiếp với nhau qua một đường truyền thông chuyên dụng. Trong đó, một mạch được thiết lập để truyền dữ liệu. Các mạch này có thể là vĩnh viễn hoặc tạm thời. Các ứng dụng sử dụng chuyển mạch kênh có thể phải trải qua ba giai đoạn. Các giai đoạn khác nhau là -

Thiết lập một mạch
Chuyển dữ liệu
Ngắt kết nối mạch

Hình dưới đây cho thấy mô hình chuyển mạch kênh.

Chuyển mạch kênh được thiết kế cho các ứng dụng thoại. Điện thoại là ví dụ phù hợp nhất về chuyển mạch kênh. Trước khi người dùng có thể thực hiện cuộc gọi, một đường dẫn ảo giữa thuê bao bị gọi và thuê bao bị gọi được thiết lập qua mạng.

Hạn chế của chuyển mạch kênh là -

Thời gian chờ đợi kéo dài, không truyền dữ liệu được.
Mỗi kết nối có một đường dẫn riêng và điều này trở nên đắt đỏ.
Khi các hệ thống được kết nối không sử dụng kênh, kênh sẽ được giữ ở chế độ chờ.

Mẫu mạch được thực hiện sau khi kết nối được thiết lập, sử dụng đường dẫn dành riêng để truyền dữ liệu, trong chuyển mạch kênh. Hệ thống điện thoại là một ví dụ phổ biến của kỹ thuật chuyển mạch mạch.

Chuyển đổi tin nhắn

Trong chuyển mạch tin nhắn, toàn bộ tin nhắn được coi như một đơn vị dữ liệu. Dữ liệu được chuyển trong toàn bộ mạch của nó. Một công tắc làm việc trên chuyển mạch tin nhắn, đầu tiên nhận toàn bộ tin nhắn và đệm nó cho đến khi có sẵn tài nguyên để chuyển nó sang bước tiếp theo. Nếu bước tiếp theo không có đủ tài nguyên để chứa thông báo kích thước lớn, thông báo sẽ được lưu trữ và công tắc sẽ đợi.

Hình sau cho thấy mô hình chuyển đổi Tin nhắn.

Trong kỹ thuật này, dữ liệu được lưu trữ và chuyển tiếp. Kỹ thuật này còn được gọi làStore-and-Forwardkỹ thuật. Kỹ thuật này được coi là một thay thế cho chuyển mạch kênh. Nhưng độ trễ truyền dẫn sau độ trễ từ đầu đến cuối của quá trình truyền thông điệp đã thêm vào độ trễ truyền và làm chậm toàn bộ quá trình.

Chuyển đổi tin nhắn có những hạn chế sau:

Mọi công tắc trong đường chuyển tiếp cần có đủ bộ nhớ để chứa toàn bộ thư.
Do phải chờ đợi cho đến khi có sẵn tài nguyên, nên việc chuyển đổi tin nhắn rất chậm.
Chuyển đổi tin nhắn không phải là một giải pháp cho các ứng dụng truyền trực tuyến và thời gian thực.

Các gói dữ liệu được chấp nhận ngay cả khi mạng bận; điều này làm chậm quá trình giao hàng. Do đó, điều này không được khuyến nghị cho các ứng dụng thời gian thực như thoại và video.

Chuyển mạch gói

Kỹ thuật chuyển mạch gói có nguồn gốc từ chuyển mạch thông điệp trong đó thông điệp được chia thành các phần nhỏ hơn gọi là Packets. Phần đầu của mỗi gói chứa thông tin chuyển mạch sau đó được truyền độc lập. Tiêu đề chứa các chi tiết như nguồn, đích và thông tin địa chỉ nút trung gian. Các thiết bị mạng trung gian có thể lưu trữ các gói kích thước nhỏ và không tốn nhiều tài nguyên trên đường truyền sóng mang hoặc trong bộ nhớ trong của bộ chuyển mạch.

Việc định tuyến từng gói được thực hiện khi không cần gửi tổng số gói trong cùng một tuyến. Khi dữ liệu bị chia nhỏ, băng thông sẽ bị giảm. Chuyển đổi này được sử dụng để thực hiện chuyển đổi tốc độ dữ liệu.

Hình dưới đây cho thấy mô hình chuyển mạch gói.

Hình sau cho thấy mô hình chuyển mạch gói.

Hiệu quả đường truyền của chuyển mạch gói có thể được nâng cao bằng cách ghép các gói từ nhiều ứng dụng qua sóng mang. Internet sử dụng chuyển mạch gói này cho phép người dùng phân biệt các luồng dữ liệu dựa trên mức độ ưu tiên. Tùy thuộc vào danh sách ưu tiên, các gói này được chuyển tiếp sau khi lưu trữ để cung cấp chất lượng dịch vụ.

Kỹ thuật chuyển mạch gói đã được chứng minh là một kỹ thuật hiệu quả và đang được sử dụng rộng rãi trong cả truyền thoại và dữ liệu. Các tài nguyên truyền dẫn được phân bổ bằng các kỹ thuật khác nhau như Ghép kênh thống kê hoặc phân bổ băng thông động.

Ghép kênh thống kê

Ghép kênh thống kê là một kỹ thuật chia sẻ liên kết truyền thông, được sử dụng trong chuyển mạch gói. Liên kết chia sẻ có thể thay đổi trong ghép kênh thống kê, trong khi nó được cố định trong TDM hoặc FDM. Đây là một ứng dụng chiến lược để tối đa hóa việc sử dụng băng thông. Điều này cũng có thể làm tăng hiệu quả của mạng.

Bằng cách phân bổ băng thông cho các kênh có gói dữ liệu hợp lệ, kỹ thuật ghép kênh thống kê kết hợp lưu lượng đầu vào để tối đa hóa hiệu quả kênh. Mỗi luồng được chia thành các gói và được phân phối trên cơ sở ai đến trước được phục vụ trước. Sự gia tăng mức độ ưu tiên cho phép phân bổ nhiều băng thông hơn. Các khe thời gian được chú ý để không bị lãng phí trong ghép kênh thống kê trong khi chúng bị lãng phí trong ghép kênh phân chia theo thời gian.

Lưu lượng mạng

Như tên của nó, lưu lượng mạng chỉ đơn giản là dữ liệu di chuyển dọc theo mạng trong một thời gian nhất định. Việc truyền dữ liệu được thực hiện dưới dạng gói, trong đó số lượng gói được truyền trên một đơn vị thời gian được coi là tải. Việc kiểm soát lưu lượng mạng này bao gồm quản lý, ưu tiên, kiểm soát hoặc giảm lưu lượng mạng. Số lượng và loại lưu lượng truy cập trên mạng cũng có thể được đo lường với sự trợ giúp của một số kỹ thuật. Lưu lượng mạng cần được giám sát vì điều này giúp bảo mật mạng; tốc độ dữ liệu cao có thể gây ra thiệt hại cho mạng.

Phép đo tổng số công việc được thực hiện bởi một nguồn lực hoặc cơ sở, trong một khoảng thời gian (thường là 24 giờ) được hiểu là Traffic Volumevà được đo bằng Erlang-giờ. Lưu lượng truy cập được định nghĩa là tích số của cường độ giao thông trung bình và khoảng thời gian

$$ Traffic \: \: volume = Traffic \: Cường độ \ lần Thời gian \: kỳ $$

Tắc nghẽn

Tắc nghẽn trong một mạng được cho là đã xảy ra khi tải trên mạng lớn hơn dung lượng của mạng. Khi kích thước bộ đệm của nút vượt quá dữ liệu nhận được, khi đó lưu lượng sẽ cao. Điều này càng dẫn đến tắc nghẽn. Lượng dữ liệu được di chuyển từ nút này sang nút kia có thể được gọi làThroughput.

Hình sau cho thấy tắc nghẽn.

Trong hình trên, khi gói dữ liệu đến Node từ người gửi A, B và C thì nút đó không thể truyền dữ liệu đến người nhận với tốc độ nhanh hơn. Xảy ra sự chậm trễ trong quá trình truyền hoặc có thể bị mất dữ liệu do tắc nghẽn nặng.

Khi có quá nhiều gói đến cổng trong mạng chuyển mạch gói, khi đó hiệu suất sẽ giảm và tình trạng như vậy được gọi là Congestion. Dữ liệu chờ trong hàng đợi để truyền. Khi hàng đợi được sử dụng hơn 80%, thì hàng đợi được cho là bị tắc nghẽn. Các kỹ thuật kiểm soát tắc nghẽn giúp kiểm soát tắc nghẽn. Biểu đồ sau, được vẽ giữa thông lượng và gửi gói cho thấy sự khác biệt giữa truyền có kiểm soát tắc nghẽn và truyền không kiểm soát.

Các kỹ thuật được sử dụng để kiểm soát tắc nghẽn có hai loại - vòng lặp mở và vòng lặp đóng. Các vòng lặp khác nhau tùy theo giao thức mà chúng phát hành.

Mở vòng lặp

Cơ chế kiểm soát tắc nghẽn vòng mở tạo ra các giao thức để avoid congestion. Các giao thức này được gửi đến source và destination..

Vòng khép kín

Cơ chế kiểm soát tắc nghẽn vòng kín tạo ra các giao thức cho phép hệ thống đi vào trạng thái tắc nghẽn và sau đó detect và removesự tắc nghẽn. Cácexplicit và implicit các phương pháp phản hồi giúp vận hành cơ chế.