ATM Lời mở đầu Do các nhược điểm của mạng viễn thông ngày nay, đòi hỏi cần có một mạng liên kết các dịch vụ cho nên mạng N.ISDN ra đời và các nhu cầu dịch vụ bang rộng đang tang lên. Từ đó đặt ra vấn đề phải có một mạng tổ hợp duy nhất (B-ISDN), chính trên cơ sở này ATM hình thành và phát triển. sự phát triển của kỹ thuật ATM là kết quả trực tiếp của các ý tưởng mới về khái niệm hệ thống được hỗ trợ bởi các thành tựu to lớn trong công nghệ bán dẫn và công nghệ quang điện tử. ATM có khả năng đáp ứng được một loạt các dịch vụ băng rộng khác nhau, kể cả trong lĩnh vực gia đình cũng như trong thương mại. mà ưu điểm của nó đã được đề cập và kiến trúc mạng ATM sẽ xét ở phần sau. Nội dung đề tài gồm 3 chương: Chương 1: Giới thiệu chung về ATM Chương 2: Các đặc điểm kỹ thuật ATM Chương 3: Mạng ATM [Type text] Page 1 ATM Mục lục Danh mục hình ảnh hình 1.1 Nguyên lý ATM và STM Hình 1.2 Mối quan hệ giữa các thực thể trong mô hình OSI Hình 1.3 Kiểu đơn vị số liệu và mối quan hệ giữa chúng Hình 1.4 Mô hình tham chiếu giao thức B-ISDN Hình 1.5 Mối quan hệ giữa mô hình của B-ISDN và mô hình 7 lớp OSI Hình 1.6 Cơ chế phát hiện và sửa lỗi HEC Hình 1.7 Sơ đồ nhận biết giới hạn tế bào Hình 1.8 Sự kết hợp các kênh ảo, đường ảo Hình 1.9 Cuộc nối kênh ảo thông qua các nút chuyển mạch và bộ nối xuyên Hình 1.10 Nguyên tắc chuyển mạch VP Hình 1.11 Nguyên lý chuyển mạch VC Hình 1.12 Phân loại tế bào [Type text] Page 2 ATM Hình 1.13a Khuôn dạng tế bào ATM tại giao diện NNI Hình 1.13b Khuông dạng tế bào ATM tại giao diện UNI Hình 1.14 Khuôn dạng trường PT trong tế bào mạng thông tin Hình 2.1 Quá trình hình thành tế bào Hình 2.2 Cấu trúc AAL1 Hình 2.3 cấu trúc của AAL3/4 Hình 2.4 Cấu trúc SAR-PDU của AAL3/4 hình 2.5 Cấu trúc CPCS-PDU của AAL3/4 Hình 2.6 Cấu trúc CPCS-PDU của AAL5 Hình 2.7 Hoạt động của AAL5 Hình 2.8 Nguyên lý chuyển mạch ATM Hình 2.9 Phần tử chuyển mạch kiểu ma trận Hình 2.10 Phần tử chuyển mạch kiểu ma trận có bộ đệm đầu vào Hình 2.11 Cấu trúc phần tử chuyển mạch ma trận với bộ đệm đầu vào Hình 2.12 Cấu trúc phần tử chuyển mạch kiểu ma trận có bộ đệm tại giao điểm Hình 2.13 Phần tử chuyển mạch kiểu BUS Hình 2.14 Cấu trúc phần tử chuyển mạch kiểu vòng Hình 2.15 Cấu trúc phần tử chuyển mạch sử dụng bộ nhớ trung tâm Hình 2.16 Thiết lập SVCs thông qua báo hiệu Hình 2.17 Cơ chế xử lý đầu khung trong hệ thống chuyển mạch tự định đường Hình 2.18 Cơ chế xử lý tiêu đề của phần tử chuyển mạch dùng bảng điều khiển Hình 2.19 Phân loại các mạng chuyển mạch Hình 2.20 Ma trận chuyển mạch mở rộng Hình 2.21 Mạng chuyển mạch hình phễu Hình 2.22 Mạng chuyển mạch trộn Hình 2.23 Mạng chuyển mạch gấp vòng ba tầng Hình 2.24 kếthợp giữa mạng phân phối và mạng Banyan Hình 2.25 mạng sắp xếp mạng giữ tế bào và mạng Banyan Hình 3.1 Cấu trúc mạng viển thông [Type text] Page 3 ATM Danh mục bảng biểu Bảng 1.1 Chức năng của các lớp trong B-ISDN Hình 1.2 Cấu trúc trường PT với tế bào OAM Hình 2.1 Phân loại các nhóm AAL [Type text] Page 4 ATM chương 1: Giới thiệu chung về ATM 1.1.Sự ra đời của mạng ATM Trong những thập kỷ gần đây, công nghệ viễn thông và các nghành công nghệ phụ trợ đã phát triển hết sức nhanh chóng. Sự phát triển đó đã tạo ra nhiều hệ thống viễn thông với các tính năng khác nhau. Tuy nhiên mỗi hệ thống viễn thông thường chỉ được thiết kế để phục vụ cho một hoặc một số dịch vụ nhất định. Chúng được thiết kế theo các chuẩn khác nhau, có cơ chế hoạt động khác nhau. Điều này dẫn đến sự đa dạng và phức tạp trong hệ thống viễn thông. Mặt khác do chúng hoạt động độc lập với nhau nên tài nguyên của chúng không được chia sẻ cho nhau. Mạng tổ hợp số đa dịch vụ ISDN ra đời nhằm mục đích xây dựng một hệ thống viễn thông có khả năng đáp ứng được tất cả các loại dịch vụ trong một mạng duy nhất. Mạng tổ hợp đa dịch vụ số băng rộng (B-ISDN) là mạng có khả năng đáp ứng các yêu cầu đó. Do yêu cầu đáp ứng được đa dịch vụ trong đó có các dịch vụ băng rộng mạng B-ISDN không thể sử dung các công nghệ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói thông thường. Vì vậy kiểu truyền không đồng bộ ATM (Asynchonous Transfer Mode) đã được ITU-T (ITU là Tổ chức viễn thông quốc tế thuộc Liên hiệp quốc, International Telecommunication Union - Telecommunication Standardization Sector ) khuyến nghị sử dụng trong mạng B-ISDN, do đó mạng B-ISDN (Broadband Integrated Services Digital Network, Thế hệ tiếp theo của ISDN dựa trên kỹ thuật ATM) còn có thể gọi là mạng ATM. B-ISDN có khả năng phục vụ cho các dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói theo hướng đa phương tiện (Multimedia) hay đơn phương tiện (Monomedia), theo kiểu hướng liên kết (Connection- Oriented) hoặc không liên kết (Connectionless). B-ISDN cung cấp các cuộc nối thông qua các chuyển mạch, các cuộc nối cố định hoặc bán cố định, các cuộc nối từ điểm đến điểm hoặc từ điểm đến nhiều điểm và cung cấp các dịch vụ theo yêu cầu. [Type text] Page 5 ATM 1.2. Các đặc điểm chính của ATM Trong kiểu truyền không đồng bộ, thuật ngữ truyền bao gồm cả lĩnh vực truyền dẫn và chuyển mạch, do đó kiểu truyền ám chỉ cả chế độ truyền dẫn và chuyển mạch thông tin trong mạng. Thuật ngữ không đồng bộ giải thích một kiểu truyền trong đó các tin trong cùng một cuộc nối có thể lặp lại một cách bất thường như lúc chúng được tạo ra theo yêu cầu cụ thể mà không theo một chu kỳ nào. ATM có hai đặc điểm quan trọng là : • Dữ liệu được truyền dưới dạng các tế bào ATM (ATM cell) có kích thước nhỏ và cố định là 53 Bytes. Việc truyền tin với tốc độ cao cùng các tế bào nhỏ làm giảm trễ truyền dẫn đáp ứng cho các dịch vụ thời gian thực, ngoài ra kích thước nhỏ còn tạo điều kiện cho việc hợp kênh ở tốc độ cao được dễ dàng hơn. • Khả năng nhóm một vài kênh ảo (Virtual Channel) thành một đường ảo (Virtual Path) nhằm giúp cho việc định tuyến được dễ dàng hơn.             !" !" 125 µ  #  $      $     Hình 1.1 so sánh sự khác nhau giữa kiểu truyền đồng bộ (STM) và kiểu truyền không đồng bộ (ATM). Trong dạng truyền đồng bộ STM, các phần tử số liệu tương ứng với kênh đã cho được nhận biết bởi vị trí của nó trong khung truyền dẫn. Trong khi ở ATM các gói thuộc về một cuộc nối lại tương ứng với các kênh cụ thể và nó xuất hiện tại bất kỳ vị trí nào. Hình 1.1: Nguyên lý ATM và STM [Type text] Page 6 ATM Như ở trên đã trình bày phần tử dữ liệu dùng trong mạng ATM là các tế bào ATM có kích thước cố định là 53 Bytes. Phần tiêu đề của tế bào (5 Bytes) dùng để mang các thông tin cần thiết cho việc nhận dạng các tế bào. Cách thức truyền tế bào phụ thuộc vào yêu cầu và tính chất của dịch vụ và tài nguyên trên mạng. Tính toàn vẹn của chuỗi tế bào được đảm bảo khi truyền qua mạng ATM. Nói một cách khác các tế bào thuộc về cùng một kênh ảo luôn được truyền theo một thứ tự nhất định. ATM sử dụng kỹ thuật truyền theo kiểu hướng liên kết (Connection - Oriented). Một cuộc nối ở lớp ATM bao gồm một chặng hay nhiều chặng (Link), mỗi chặng được gán một số hiệu nhận dạng không đổi trong suốt cuộc nối. Các số hiệu nhận dạng này là các kênh ảo và đường ảo. Tuy vậy ATM cũng cung cấp một số giao thức cho các dịch vụ truyền số liệu không liên kết (Conectionless). ATM cho phép hoạt động không đồng bộ giữa phía phát và phía thu. Sự không đồng bộ này có thể được xử lý dễ dàng bằng việc chèn hay tách các tế bào không phân nhiệm (tế bào rỗng) đó là các gói không mạng thông tin. Một trong nhiều đặc tính đặc biệt của ATM là nó có khả năng đảm bảo vận chuyển tin cậy bất cứ một loại dịch vụ nào mà không cần quan tâm đến tốc độ (tốc độ không đổi hay tốc độ thay đổi), yêu cầu chất lượng hoặc đặc tính bùng nổ tự nhiên của lưu lượng. ATM có thể áp dụng cho mọi môi trường mạng. Ngoài ra các tế bào ATM có độ dài đồng nhất do vậy việc định tuyến, chèn hay tách ghép tế bào được thực hiện nhanh hơn mà không cần qua tâm đến thông tin được mang trong tế bào ATM. 1.2.1.Các ưu điểm của ATM Công nghệ ATM đã kết hợp các ưu điểm của chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói. Công nghệ này đã loại bỏ được những hạn chế của kỹ thuật STM. Những ưu điểm chính của ATM là: • Khả năng truyền dẫn các dịch vụ với các tốc độ khác nhau: công nghệ ATM sử dụng các tế bào kích thước nhỏ, cố định và khả năng phân bố dải thông linh hoạt nên trong mạng ATM tốc độ truyền của các kênh không bị hạn chế vào các tốc độ chuẩn như [Type text] Page 7 ATM trong STM. Tốc độ các dịch vụ trong mạng ATM có thể thay đổi rất lớn (từ nhỏ như truyền số liệu đến lớn như HDTV). Thêm vào đó tốc độ dịch vụ cho phép thay đổi rất nhanh, mang tính đột biến. • Khả năng truyền dẫn các dịch vụ với tốc độ cao. Trong mạng ATM việc xử lý chuyển mạch thực hiện hoàn toàn bằng thiết bị phần cứng và trong các nút chuyển mạch không có yêu cầu điều khiển luồng, điều khiển lỗi như trong mạng STM nên giảm tối thiểu thời gian xử lý ở nút chuyển mạch. Điều này cho phép tốc độ xử lý nhanh do đó tốc độ mạmg ATM là rất lớn. • Khả năng ghép/ phân kênh dễ dàng: việc ghép/ phân kênh trong mạng ATM chỉ dựa trên các chỉ số nhận dạng kênh nên các kênh với tốc độ truyền khác nhau hoàn toàn có thể được ghép/ phân dễ dàng. • Việc quản lý, điều hành mạng dễ dàng: việc thiết lập hay huỷ bỏ các cuộc nối dựa vào các nhóm kênh ảo, đường ảo nên dễ dàng thiết lập hay huỷ bỏ các cuộc nối. • Khả năng sử dụng hiệu suất đường truyền, các tế bào ATM có thể được gán cho các kênh một cách linh động, khi đường truyền rỗi sẽ được truyền đi nhờ đó tăng hiệu suất đường truyền. • Trễ nhỏ: việc sử dụng các tế bào có kích thước nhỏ, sử dụng đường truyền tốc độ cao cho phép đạt được độ trễ nhỏ. 1.2.2.Các dịch vụ mà ATM cung cấp 1. Dịch vụ CBR (Constant Bit Rate) trong dịch vụ này, tốc độ truyền của các tế bào là không thay đổi như dịch vụ thoại, video: thường dịch vụ này yêu cầu tỷ lệ mất tế bào thấp, trễ nhỏ. 2. Dịch vụ VBR (Variable Bit Rate) trong dịch vụ này tốc độ truyền tế bào thay đổi, các dịch vụ VBR được chia làm hai loại : VBR yêu cầu thời gian thực và VBR không yêu cầu thời gian thực. 3. Dịch vụ ABR (Available Bit Rate) dịch vụ bit có sẵn: dịch vụ này chỉ có trong mạng ATM. Tỷ lệ mất tế bào và sự thay đổi trễ truyền không [Type text] Page 8 ATM được chuẩn hoá. Căn cứ vào các trạng thái lưu lượng mạng ATM sẽ cho phép người sử dụng truyền với tốc độ không thấp hơn tốc độ tối thiểu đã đăng ký với mạng. 4. Dịch vụ UBR (Unspecifed Bit Rate) dịch vụ này được đưa ra nhằm khai thác tối đa khả năng của mạng ATM. Dịch vụ này vào trong mạng không phụ thuộc vào trạng thái của mạng do dịch vụ này không quan tân đến mất tế bào hay các thông số QoS khác. 1.3. Cấu trúc phân lớp của mạng ATM Như trong chương 1 đã đề cập đến mô hình tham chiếu các hệ thống mở của OSI. Mỗi hệ thống mở đều bao gồm tập hợp các hệ thống con sắp xếp theo thứ tự từ trên xuống dưới. Một hệ thống con mức N bao gồm một hoặc vài thực thể. Sự trao đổi tin giữa hai thực thể cùng lớp của hai hệ thống khác nhau được thực hiện qua giao thức đẳng cấp (quan hệ ngang cấp). Các đơn vị số liệu trao đổi giữa hai thực thể cùng cấp được gọi là đơn vị số liệu giao thức PUD (Protocol Data Unit). Điểm mà tại đó các thực thể của lớp N+1 truy nhập vào dịch vụ của lớp N được gọi là điểm truy nhập dịch vụ lớp N (SAP-Service Access Point). Hình 3.2 chỉ ra mối quan hệ giữa những thực thể thông qua các giao thức. %&'()* %&'()* %&'() %&'() +",&-&.)()* +",&-&.)() /#01 /201 /#2 3()&&.) 4&5 36) 4&5 +"7() Hình 1.2: Mối quan hệ giữa các thực thể trong mô hình OSI [Type text] Page 9 ATM 201()* #01() 201() 3()* 289() 3() Các đơn vị số liệu dịch vụ lớp N (N-SDU: N-Service Data Unit) được trao đổi giữa lớp N và lớp N+1 thông qua giao diện lớp N . Một PDU lớp N bao gồm thông tin điều khiển giao thức PCI (Protocol Control Infomation) lớp N và số liệu từ lớp N+1. Hình 1.3 chỉ ra các kiểu đơn vị số liệu khác nhau và mối quan hệ giữa chúng. Hình 1.3 : Kiểu đơn vị số liệu và mối quan hệ giữa chúng 1.3.1 Mô hình tham chiếu giao thức của B-ISDN (B-ISDN Protocol Reference Model) Cấu trúc mạng B-ISDN về mặt logic bao gồm bốn lớp độc lập với nhau. Bốn lớp này được liên kết với nhau thông qua ba mặt phẳng: mặt phẳng người sử dụng (User Plane), mặt phẳng điều khiển (Control Plane) và mặt phẳng quản lý (Management Plane). Cấu trúc của mô hình tham chiếu được trình bày trong hình Mặt phẳng quản lý điều khiển Mặt phẳng Quản lý lớp Mặt phẳng của người sử dụng Quản lý mặt hẳng Điều khiển và báo hiệu Số liệu CLNS [Type text] Page 10 [...]... chuyn mch VC 1.4 T bo ATM Nh ó trỡnh by trờn t bo ATM l n v dựng truyn thụng tin trong ATM Tuy nhiờn khụng phi tt c cỏc t bo ATM u c s dng truyn thụng tin m bờn cnh ú cũn tn ti nhiu loi t bo khỏc nhau nh s trỡnh by di õy 1.4.1.Phõn loi t bo ATM T bo ATM cú th c phõn loi theo lp cu thnh v chc nng Trc ht t bo ATM c chia thnh t bo lp ATM v t bo lp vt lý T bo ATM c to ra trong lp ATM cũn t bo lp vt lý... hỡnh tham chiu ca ATM khụng tng thớch hon ton vi mụ hỡnh OSI Tu theo tng trng hp c th m ta xem xột mụ hỡnh tham chiu ca ATM tng ng vi cỏc lp khỏc nhau ca mụ hỡnh OSI Khi xột vi cỏc chc nng bờn trờn khụng thuc ATM (IP, IPX ) thỡ lp vt lý ca ATM tng ng vi lp 1 trong mụ hỡnh OSI, lp ATM v AAL tng ng vi lp 2 ca mụ hỡnh OSI, nhng [Type text] Page 11 ATM trng a ch trong phn tiờu ca t bo ATM li cú ý ngha... yu ca mng ATM, nú nm trờn lp vt lý, cỏc dch v chớnh ca mng u cú th tỡm thy lp ny Cỏc chc nng ca lp ATM hon ton c lp vi cỏc chc nng ca lp vt lý di nú Lp ATM cú cỏc chc nng chuyn cỏc t bo t lp tng thớch ATM (AAL) n lp vt lý truyn i v ngc li t lp vt lý n cỏc lp AAL s dng ti h thng mi Cỏc n v thụng tin trong lp ATM l cỏc t bo Mi t bo cú mt b nhn dng s cha trong Header gn nú ti kt ni xỏc nh ATM s dng... nhau Tuy nhiờn vic s dng 2 loi t bo khỏc nhau ti hai giao din khỏc nhau l nhc im ca ATM Vỡ nh vy trong mng khụng s dng cỏc giao thc ng nht nờn khụng th lp t cỏc thit b ti bt c v trớ no trong mng [Type text] Page 29 ATM Chng 2: Cỏc c im k thut ATM 2.1.Lp tng thớch ATM (AAL) 2.1.1 Tng quan Nh trong mụ hỡnh tham chiu giao thc ATM lp AAL v cỏc lp cao hn cung cp cỏc giao tip v dch v cho cỏc ng dng u cui nh... v lp ATM T bo khụng gỏn l t bo khụng c s dng, khụng mang thụng tin dch v T bo c gỏn v t bo khụng c gỏn l cỏc t bo lp ATM Tế bào được gán Tế bào được gán Tế bào không gán Tế bào không gán Lớp ATM SAP Lớp vật lý Tế bào hợp lệ Tế bào rỗng Tế bào không hợp lệ SAP : Điểm truy nhập dịch vụ Tế bào rỗng Hỡnh 1.12 ch ra cỏc loi t bo Hỡnh 1.12: Phõn loi t bo [Type text] Page 24 T ATM 1.4.2 Cu trỳc t bo ATM. .. lý S khỏc nhau ca lp vt lý ATM vi lp vt lý trong mụ hỡnh OSI l trong mụ hỡnh OSI ti lp ny cụng vic ca nú liờn quan n vic truyn ti cỏc phn t bộ nht ú l cỏc bits t im ny n im khỏc Cũn trong ATM phn t bộ nht li l cỏc t bo Vỡ vy chc nng chớnh ca lp vt lý trong ATM l ti cỏc t bo v chc nng ny c thc hin bi lp con hi t truyn dn Lp con ny ng trờn lp con ng truyn vt lý Do vy trong ATM lp vt lý c chia thnh hai... lần ATM (Synchronous Digital Hierarchy) v h thng truyn dn da trờn c s t bo (Cell-base Interface) Phỏt v khụi phc cỏc khung truyn dn õy l chc nng di cựng trong lp con TC, nú cú chc nng to ra cỏc khung truyn dn v ghộp cỏc t bo ATM vo khung ri gi i Ti trm thu thc hin vic khụi phc t bo Cu trỳc ca khung ph thuc vo h thng truyn dn c s dng Kớch thc ca khung ph thuc vo tc ng truyn 1.3.3.Lp ATM Lp ATM l... thụng tin OAM iu khin cỏc th tc bỏo hiu (ngha l bỏo hiu [Type text] Page 12 Cá 1 ATM cho bỏo hiu) Chỳng ta cn kờnh ny vỡ bỏo hiu trong cỏc mng bng rng phc tp v rng hn bỏo hiu kờnh D trong N-ISDN Thụng tin v OAM c dựng giỏm sỏt cht lng mng v qun lý lu tr ti lp ATM Cỏc lp trong mụ hỡnh gm cú : Lp vt lý Lp ATM Lp tng thớch ATM (AAL) Cỏc lp bc cao Chc nng ca cỏc lp ny c ch ra trong bng 1.1 Cỏc lp cao... ng o 3.3.3.1.Mt s khỏi nim liờn quan n kờnh o v ng o Cỏc khỏi nim ny gm cú liờn kt ng o, liờn kt kờnh o, cuc ni kờnh o, cuc ni ng o Cuc ni kờnh o VCC l tp hp ca mt s liờn kt Theo nh ngha ca ITU-T: VCC l s múc ni ca cỏc liờn kt kờnh o gia hai im truy nhp vo lp tng thớch ATM Thc cht VCC l mt ng ni logic gia hai im dựng truyn cỏc t bo ATM Thụng qua VCC th t truyn cỏc t bo ATM s c bo ton Cú 4 phng phỏp... text] Page 14 ATM Lp ng truyn vt lý (PM) liờn quan n cỏc chc nng thụng thng ca lp vt lý nh kh nng truyn dn cỏc bits, mó hoỏ, gii mó, bin i quang in Lp con hi t truyn (TC) thc hin cỏc chc nng nh chốn hoc tỏch cỏc t bo trng, to v x lý mó iu khin li tiờu , nhn bit gii hn t bo, khuụn dng t bo, phi hp tc ti trng ca cỏc khuụn dng vn chuyn khỏc nhau c s dng ti lp vt lý Theo hng t lp vt lý ti lp ATM, lung . kiến trúc mạng ATM sẽ xét ở phần sau. Nội dung đề tài gồm 3 chương: Chương 1: Giới thiệu chung về ATM Chương 2: Các đặc điểm kỹ thuật ATM Chương 3: Mạng ATM [Type text] Page 1 ATM Mục lục Danh. truyền. 1.3.3.Lớp ATM Lớp ATM là thành phần chủ yếu của mạng ATM, nó nằm trên lớp vật lý, các dịch vụ chính của mạng đều có thể tìm thấy ở lớp này. Các chức năng của lớp ATM hoàn toàn độc. ra theo yêu cầu cụ thể mà không theo một chu kỳ nào. ATM có hai đặc điểm quan trọng là : • Dữ liệu được truyền dưới dạng các tế bào ATM (ATM cell) có kích thước nhỏ và cố định là 53 Bytes.