Công nghệ ATM Lời mở đầu Bản khoá luận này trình bày một cách khái quát về công nghệ truyền dẫn không đồng bộ ATM, cùng những đặc tính cơ bản và sự ưu việt của nó. Đây là phương thức truyền dẫn có khả năng cung cấp tất cả các loại hình dịch vụ mới trong tương lai và đã được chọn làm giải pháp cho mạng viễn thông băng rộng B-ISDN. Trên cơ sở công nghệ hiện đại đó, đề tài tiếp tục nghiên cứu tìm hiểu cấu trúc hệ thống mạng đường trục nhằm ứng dụng vào mạng công cộng hoặc vào mạng riêng dựa trên các sản phẩm ATM có sẵn (như các bộ chuyển mạch ATM, các bộ định tuyến, các module vạn năng và các Card giao tiếp…). Cuối cùng xây dựng: Mô hình mạng đường trục ATM WAN phục vụ cho công tác đào tạo công nghệ Viễn thông đồng thời kết nối các mạng LAN tốc độ cao cho dữ liệu. Nội dung cua bản khóa luận này bao gồm : Chương 1: Tổng quan về công nghệ ATM Chương 2: Nghiên cứu tìm hiểu cấu trúc hệ thống mạng đường trục ứng dụng công nghệ ATM. Chương 3: Xây dựng mô hình mạng đường trục ATM WAN phục vụ cho công nghệ đào tạo viễn thông. 1 Công nghệ ATM Chương 1 Tổng quan về công nghệ ATM 1.1. Phương thức truyền tải ATM 1.1.1. Khái niệm về băng thông rộng B-ISDN Mạng ISDN ra đời đã đáp ứng được nhiều loại hình dịch vụ khác nhau tạo khả năng tổng hợp nhiều loại hình dịch vụ trên cùng một mạng. Tuy nhiên mạng này còn nhiều hạn chế về tốc độ truyền tải không thể vượt quá được 2Mbps và nh vậy thì mạng ISDN chưa thể đáp ứng được mọi nhu cầu của khách hàng. Một mạng viễn thông thống nhất đáp ứng được tất cả các loại hình dịch vụ viễn thông và sử lý tin với tốc độ rất khác nhau từ một vài Kbps đến hàng trục Gbps, thậm chí đến hàng Tbps. Mạng thống nhất đó gọi là mạng số đa dịch vụ băng thông rộng B-ISDN và chỉ có B-ISDN mới có khả năng cung cấp các dịch vụ đa phương tiện. Yêu cầu đối với mạng B-ISDN: • Mạng B-ISDN phải có khả năng cung cấp mọi loại hình dịch vụ cho khách hàng với tốc độ bít rất khác nhau từ vài Kbps đến hàng chục Mbps thậm trí đến hàng trăm Gbps hoặc Tbps. • Yêu cầu giải tần cao và công nghệ chuyển mạch linh hoạt. • Mạng B-ISDN phải có khả năng cung cấp hoặc sẵn sàng cung cấp các dịch vụ mới và khi khách hàng muốn thay đổi dịch vụ cũng như tính năng của dịch vụ thì các nhà khai thác không phải nạp thêm các phần mềm mới cho hệ thống chuyển mạch. 1.1.2. Tại sao gọi là ATM Do những hạn chế của mạng ISDN băng hẹp N-ISDN, một phương thức truyền dẫn mới gọi là phương thức truyền dẫn không đồng bộ (ATM) đã 2 Công nghệ ATM được chấp nhận nh chuyển mạch và là phương thức truyền dẫn thông tin cho việc thực thi mạng B-ISDN. Giống như chuyển mạch gói, ATM là một mô hình trên cơ sở gói mà trong đó các gói được gọi là các tế bào có kích thước cố định. Bằng việc ghép kênh thống kê, tài nguyên mạng được sử dụng hiệu quả hơn trong mạng chuyển mạch kênh. 1.1.3. Sự tiêu chuẩn hoá ATM Nhóm nghiên cứu 13 ITU-T bắt đầu phát triển tiêu chuẩn cho B-ISDN từ 1985. Mục đích là phát triển một công nghệ mạng diện rộng dung lượng lớn cho các dịch vụ băng rộng nêu trên tại tốc độ 150 Mbps và cao hơn. Tuy nhiên, từ đó công nghệ truyền thông dữ liệu đã giúp mở rộng phạm vi ứng dụng ATM. Một vài tổ chức đã đóng góp vào sự tiêu chuẩn hoá ATM, như các tổ chức là ITU-T, ANSI, ETSI, và diễn đàn ATM. 1.2. Cơ sở về ATM 1.2.1. Giới thiệu ATM là chữ viết tắt của kiểu truyền dẫn không đồng bộ (Asynchronous Transfer Mode). Từ không đồng bộ được sử dụng là vì ATM cho phép hoạt động không đồng bộ giữa phía phát và phía thu: Sù không đồng bộ này có thể xử lý dÔ dàng bằng việc chèn hay tách các tế bào không phân nhiệm (tế bào rỗng). Đó là các gói không mang thông tin. ATM còn có hai đặc điểm quan trọng: Thứ nhất: ATM sử dụng các gói có kích thước nhỏ và cố định gọi là các tế bào ATM (ATM Cell), các tế bào nhỏ cùng với tốc độ truyền lớn sẽ làm cho trễ truyền và biến động trễ giảm đủ nhỏ đối với các dịch vụ thời gian thực, ngoài ra kích thước nhỏ cũng tạo điều kiện cho việc hợp kênh ở tốc độ cao được dễ dàng hơn. 3 Công nghệ ATM Thứ hai: ATM có khả năng nhóm một vài kênh ảo (Virtual Channel) thành một đường ảo (Virtual Path), nhằm giúp cho việc định tuyến được dễ dàng. 1.2.2. Kiến trúc mạng B-ISDN Mạng B-ISDN được tổ chức hợp lý theo mô hình kiến trúc lớp. Mô hình này được gọi là mô hình giao thức chuẩn B-ISDN (PRM), mà lần lượt được tổ chức thành ba mảng: 1. Mảng khách hàng dùng cho việc truyền dẫn thông tin khách hàng, bao gồm cơ chế điều khiển luồng và khôi phục lỗi. 2. Mảng điều khiển chịu trách nhiệm cho việc kết nối cuộc gọi và các chức năng điều khiển kết nối. 3. Mảng quản lý chịu trách nhiệm giám sát mạng. Mô hình giao thức chuẩn thường được miêu tả bằng một sơ đồ 3 chiều để phản ánh 3 mảng này như trình bày trên hình 1.1. Hình 1.1 Mô hình giao thức chuẩn B-ISDN và các lớp. Mảng khách hàng và mảng điều khiển gồm 3 lớp: Lớp tương thích ATM, Líp ATM, và Lớp Vật lý. Lớp tương thích ATM (AAL) là lớp cao nhất của ba lớp và lớp vật lý là lớp thấp nhất. Lớp vật lý xác định các đặc tính điện hoặc các đặc tính quang, và các giao diện mạng, đồng thời đặt các bit lên trên đường dây. Lớp vật lý được chia nhỏ thành 2 lớp phụ: 4 User User Packer Tr¹m ®Çu cuèi ChuyÓn m¹ch Tr¹m ®Çu cuèi Cells Cells Packer A A L A T M P H Y P H Y A T M P H Y P H Y A T M A A L Application Application Công nghệ ATM Hình 1.2 Luồng gói tin tế bào 1. Lớp phụ đồng quy truyền dẫn (TC), thực hiện các chức năng mà không phụ thuộc vào môi trường vật lý . 2. Lớp phụ phụ thuộc vào môi trường vật lý (PMD), thực hiện các chức năng mà phụ thuộc vào môi trường nh thời gian bit và mã đường, nó là lớp thấp của hai lớp phụ. Mảng quản lý bao gồm hai loại chức năng: Quản lý lớp và quản lý mảng. Về mặt luồng tế bào và gói tin trong mạng, hình 1.2 trình bày cách định nghĩa các giao diện. 1.2.3 Tiêu đề tế bào ATM Như đã trình bày trước đây, một tế bào có 48 octet trường thông tin (Payload) và 5 octet phần tiêu đề, được biểu diễn trên hình 1.3. Phần tiêu đề được gán bởi lớp ATM và được tạo thành bởi một vài trường nh trong hình 1.4. Các trường này là điều khiển luồng chung, nhận dạng đường ảo, nhận dạng kênh ảo, trường tải thông tin, và ưu tiên mất mát tế bào. Hình 1.3 Cấu trúc tế bào GPC (4 bit) VPI (4 bit) Octet 1 VPI (4 bit) VCI (4bit) Octet 2 VCI ( 8 bit) Octet 3 5 5 Octet 48 Octet Tiªu ®Ò Tr êng t¶i th«ng tin Công nghệ ATM VCI (4 bit) PT (3 bit) CLP (1 bit) Octet 4 HEC ( 8 bit) Octet 5 Hình 1.4 Tiêu đề tế bào ATM Chức năng đặc trưng của các trường này nh sau: • GFC: Điều khiển luồng chung (4 bit) chỉ áp dụng với giao diện khách hàng-mạng (UNI) trong cấu hình điểm-điểm và tham gia điều khiển lưu lượng theo hướng khách hàng về phía mạng. Còn với giao diện mạng-mạng (NNI), trường này được sử dụng nh một phần của trường VPI, làm tăng thêm dung lượng điạ chỉ. • VPI: Nhận dạng đường ảo (8 bit) cho phép tới 2 8 = 256 đường ảo. Mỗi VP bao gồm các kênh ảo, một đường ảo là một bó các kênh ảo với cùng VPI nhưng khác VCI. • VCI: Nhận dạng kênh ảo (16bit) cho phép 2 16 = 65.535 kênh ảo trong một đường ảo. • PT: Trường tải thông tin (3bit) cho phép ATM mang tới 8 loại tải thông tin. Các loại tải tin này được nhận dạng bởi nhận dạng trường tải thông tin (PTI). Bảng 1.1 chứa các PTI. Thực chất bit có nhiều ý nghĩa nhất (bit 3) được sử dụng để phân biệt các tế bào dữ liệu từ các tế bào OAM, nó bằng 0 cho các tế bào dữ liệu và bằng 1 cho các tế bào OAM. Đối với các tế bào dữ liệu, bit 2 được sử dụng để chỉ sự tắc nghẽn; nó bằng 0 nếu tắc nghẽn không xảy ra và bằng 1 nếu ngược lại. Còn bit 1 bằng 0 cho các tế bào khối dữ liệu dịch vụ (SDU) type =0 và bằng 1 cho các tế bào SDU = 1. Bảng 1.1 Mã PTI. Mã PTI MSB first Chú thích 6 Công nghệ ATM 000 - Tế bào dữ lliệu người sử dụng, không có tắc nghẽn, SDU-type = 0 ( nghĩa là bắt đầu hoặc tiếp tục thông tin của SAR-SDU trong AAL5) 001 - Tế bào dữ liệu người sử dụng, không có tắc nghẽn, SDU-type = 1 (kết thúc của SAR-SDU trong AAL5) 010 - Tế bào dữ liệu người sử dụng, có tắc nghẽn, SDU-type = 0 011 - Tế bào dữ liệu người sử dụng, có tắc nghẽn, SDU-type = 1 100 - OAF5 tế bào kết hợp đoạn 101 - OAF5 tế bào kết hợp đầu cuối - đầu cuối 110 - Tế bào quản lý nguồn tài nguyên (RM) (sử dụng trong quản lý lưu lượng) 111 - Dành cho các chức năng trong tương lai • CLP: Ưu tiên mất mát tế bào (bit 1) được sử dụng để quyết định loại bỏ các tế bào thích hợp khi mạng tắc nghẽn. Nếu CPL = 1, các tế bào có thể bị loại bỏ, ngược lại CPL = 0 tế bào có thể được giữ nguyên. GFC (4 bit) VPI (4 bit) Octet 1 VPI (4 bit) VCI (4 bit) Octet 2 VCI (8 bit) Octet 3 VCI (4 bit) PT (3 bit) CLP (1 bit) Octet 4 HEC (8 bit) Octet 5 (a)Mào đầu tế bào UNI GFC (4 bit) VP I (8 bit) VCI (16 bit) PTI (3 bit) CLP (1 bit) HEC (8 bit) Trường tải tin (48 byte) (b) Tế bào UNI Hình 1.5 Mào đầu tế bào và tế bào ATM UNI 7 Công nghệ ATM • HEC: Điều khiển lỗi tiêu đề (8 bit) được sử dụng để sửa chữa lỗi trên các bit khác trong tiêu đề. HEC cho phép chuyển mạch ATM phát hiện các lỗi bị nhiều lỗi bit và sửa các lỗi bị một lỗi bit. Một tế bào giao diện khách hàng-mạng (UNI) có cấu trúc nh trên hình 1.5. Kết quả là, các tế bào thuộc cùng kênh ảo có VPI và VCI giống nhau. Điều này có nghĩa là từ một điểm mạng của tổng thể, lớp ATM khi đó có thể được nhận biết nh là được chia thành hai mức phân cấp: mức kênh ảo (mức cao) và mức đường ảo (mức thấp). Hình 1.6 minh hoạ lớp ATM. Líp ATM Mức kênh ảo Mức đường ảo Lớp vật lý Hình 1.6 Phân cấp lớp ATM VPI (8bit) Octet 1 VPI (4 bit) VCI (4 bit) Octet 2 VCI (8 bit) Octet 3 VCI (4 bit) PT (3 bit) CLP (1 bit) Octet 4 HEC (8 bit) Octet 5 (a) Mào đầu tế bào NNI VPI (12 bit) VCI (16 bit) PTI (3 bit) CLP (1 bit) HEC (8 bit) Trường tải tin (48 byte) (b) Tế bào NNI Hình 1.7 Mào đầu tế bào và tế bào ATM NNI Trường GFC không được sử dụng trong các tế bào NNI. Tuy nhiên nó được sử dụng nh là một phần của trường VPI cho các tế bào NNI, cho ta tổng số 12 bit trường VPI (hay 2 12 = 4096 VPI). Tế bào NNI có cấu trúc nh trên 8 Cụng ngh ATM hỡnh 1.7. iu ny lm cho s ng o cú th c nh ngha ti mc NNI tng t 256 (khi ch cú 8 bit c s dng: 2 8 = 256) ti 4096. Do ú lm tng s ng o lờn gp 15 ln m mt nh cung cp dch v cú th ch nh ti mi chuyn mch ATM. 1.2.4. Phõn loi t bo Trong mng ATM s dng 5 t bo, c th hin nh trong Hỡnh 1.8. Hỡnh 1.8 phõn loi t bo ATM Chc nng ca cỏc loi t bo nh sau: T bo rng: l t bo c lp vt lý xen vo/tỏch ra lung t bo ti ranh gii gia lp ATM v lp vt lý cú tc phự hp vi tc ng truyn. T bo hp l: l t bo cú mo u khụng cú li b phỏt hin hoc cú li n ó c sa bi chu trỡnh sa li HEC. T bo khụng hp l: l t bo cú nhiu li v khụng th sa c (b loi b ti lp vt lý). T bo rng, t bo hp l v t bo khụng hp l ch tn ti lp vt lý. 9 Tb bị loại bỏ Tb đ ợc gán Tb đ ợc gán Tb không gán Tb không gán Tb hợp lệ Tb không hợp lệ Tb rỗng SAP: Điểm giao tiếp dịch vụ Tb: Tế bào SAP Lớp ATM Lớp vật lý Tb rỗng Công nghệ ATM • Tế bào “được gán”: là tế bào mang các thông tin dịch vụ, sử dụng các dịch vụ lớp ATM. • Tế bào “không gán”: là tế bào “không được sử dụng”, không mang thông tin dịch vụ. Tế bào “được gán” và tế bào “không gán” là các tế bào lớp ATM. 1.3. Líp ATM 1.3.1. Giới thiệu Một mạng ATM bao gồm một tổ hợp các chuyển mạch ATM được liên kết bởi các kết nối ATM điểm-điểm. Các chuyển mạch hỗ trợ hai loại giao diện: giao diện khách hàng-mạng (UNI) và giao diện mạng-mạng (NNI). UNI kết nối một hệ thống đầu cuối với chuyển mạch và NNI kết nối hai chuyển mạch ATM thuộc hai hệ thống mạng khác nhau. Hình 1.9 Đường ảo và kênh ảo Từ mạng ATM là mạng có hướng kết nối, một mạch ảo phải được thiết lập trước khi dữ liệu có thể truyền từ nguồn tới đích. Như đã thảo luận trước đây, ATM sử dụng khái niệm kênh ảo (VC) và đường ảo (VP) để thực hiện định tuyến trong mạng. Một VC, được xác định bởi một nhận dạng kênh ảo (VCI), được kết nối giữa hai thực thể liên lạc ATM. Nã bao gồm một ghép nối của một hay nhiều liên kết ATM. Mỗi VC cung cấp một chất lượng dịch vụ nhất định. Một VP, được xác định bởi một nhận dạng đường ảo (VPI), nó là một nhóm nhiều kênh ảo giữa hai điểm đầu cuối. VPI và VCI chỉ có ý nghĩa cục bộ và thường được xác định lại tại mỗi chuyển mạch. Hình 1.9 trình bày sự tương quan một liên kết vật lý giữa các VP và VC. 10 [...]... Thit b trong mng bao gm cỏc thit b u cui ATM, File Server Vidio Server v mng LAN thụng thng Mng LAN c ni vo ATM- LAN thụng qua phn t kt ni liờn mng IWU 2.2 Mụ hỡnh mng ng trc ATM WAN (Backbone Network) ATM WAN l mt mng ng trc m c kt ni hp thnh t cỏc mng ATM LAN Mt chuyn mch ATM WAN cú dung lng t 2,5 Gbps n 10 Gbps v cú mt cng vo cao va phi Sau khi ó cú mng truy nhp ATM, vn mi t ra l lm sao ni chỳng li... n ATM, c bit trong c trng ca cỏc dch v nh: mụ phng mng ATM LAN v a giao thc trờn ATM (MPOA) Nh ó trỡnh by trờn, cỏc cụng ty in thoi ó d nh l mng ATM c s dng cung cp cho cỏc dch v bng rng trờn mng truyn thụng cụng cng Tuy nhiờn, vi s ra i ca din n ATM, th trng ATM c phõn ra thnh ba lnh vc tỏch bit, mi lnh vc cú yờu cu v c tớnh khỏc nhau Cỏc lnh vc l: 32 Cụng ngh ATM ATM LAN ATM backbone (hay ATM. .. đầu SAR-PDU Thông tin SAR-PDU SAR-PDU ATMSAP ATM- SDU Mở đầu Tế bào Thông tin trờng tế bào ATM- PDU = Tế bào Kết cuối SAR-PDU Lớp AAL Lớp ATM Kết cuối Tế bào 13 PL-SAP Cụng ngh ATM SAR sau ú ni mt tiờu v (hoc) kt cui cho mi SAR-SDU to thnh mt SAR-PDU m nú c gi ti lp ATM Ti ớch, SAR chu trỏch nhim t hp li tt c SAR-PDU thuc cựng CS-PDU v a CS-PDU c t hp ti lp ph hi t Chi tit quỏ trỡnh AAL cho mt kiu lu... trờn mng ng trc Hin ti, ATM- LAN c s dng ch yu truyn s liu truyn vo tớn hiu video gia cỏc PC trong mng So vi mng LAN hin ti, ATM/ LAN cú rt nhiu u im nh: tc cao, cỏc dch v a dng tin ti a mụi trng, d dng trong qun lý v vn hnh Trong ATM- LAN cú ba vn cn xem sột, ú l: Tớnh kinh t Kh nng liờn kt vi cỏc mng hin cú: cỏc mng cng nh thit b hin cú vn phi s dng c trong mụi trng ATM/ LAN Kh nng phỏt trin trong... LAN cú sn, cỏc HUB, v cỏc trm lm vic cú kh nng ATM Tiờu biu l chuyn mch ATM LAN cú mt mt cng 33 Cụng ngh ATM thp Mt chuyn mch ATM LAN trc õy c xem xột nh một ATM chuyn mch theo nhúm Mng ca ngi s dng (Customer Network-CN): l ni cỏc thuờ bo s dng truy nhp vo mng cụng cng, tc l phn trung gian ni gia cỏc thit b v mng cụng cng Cú th coi mng CN bao gm cỏc thit b u cui, cỏc b tp trung, MUX/DEMUX, ATM- LAN. .. Cụng ngh ATM ATM LAN ATM backbone (hay ATM WAN) ATM Central Office (CO) (Trung tõm tng i) Trong c ba lnh vc dch v ny u cú mt c tớnh chung l dựng kiu chuyn mch ATM Cn c vo s phõn chia ú chỳng ta s thit k mụ hỡnh cỏc lp chuyn mch ATM (hỡnh 2.1) Hỡnh 2.1 Cỏc lp ca chuyn mch ATM 2.1 Mng truy nhp B-ISDN (Broadband Access Netword- ATM LAN) Mt mng chuyn mch ATM LAN cú dung lng lờn ti 2,5 Gb/s v cú th c s... ngh ATM dng Con tr biu th khong trng c o bng byte, ca trng con tr v bt u ca khi cu trỳc bao gm 46 byte cũn li ca PDU ny v 47 byte PDU tip theo Dòng bit dữ liệu khách hàng Các lớp cao 47 byte Lớp phụ hội tụ Lớp phụ chia đoạn và tổ hợp 47 byte SN SNP Tải tin (4 bit) (4 bit) (47 byte) Tiêu đề Lớp ATM (5 byte) Trờng tải thông tin (48 byte) CS-PDU SAR PDU Tế bào ATM Hỡnh 1.13 quỏ trỡnh s lý tng thớch cho. .. Length: Ch s byte trong trng ti tin CPCS Các lớp cao Dữ liệu khách hàng 0-65535 byte Lớp phụ CPI Btag Basize Thông tin PAD AL Etag Length CPCS 1 byte 1 byte 2 byte 0-65535 byte 0-3 byte 1 byte 1 byte 2 byte CS-PDU ST SN MID 2 bit 4 bit 10 bit Lớp ATM Tải tin LI CRC 44 byte 6 bit 10 bit SAR - PDU Tiêu đề Trờng thông tin 5 byte 48 byte Hỡnh 1.16 Quỏ trỡnh x lý tng thớch cho AAL loi 3/4 Cỏc trng kt cui v tiờu... I2 I8 F A G M Z O1 O2 O8 B Mào đầu vào G Z Dữ liệu G W A X Bảng thông dịch / định chuyển Mào đầu ra 20 Cụng ngh ATM Hỡnh 1.17 Nguyờn lý chuyn mch ATM i vi chuyn mch VP/VC, quy trỡnh xy ra cng tng t nh trong chuyn mch VC S khỏc nhau ch yu liờn quan n s lng cỏc bng nh tuyn dựng cho mt kt ni c bit, khụng cú s phõn bit gia chuyn mch VP v VC nu nh VP c xỏc nh cho mt chng truyn dn, tng t nh vy, VP c xỏc... quang Cho n nay, chuyn mch quang mi ch yu c trin khai trong phũng thớ nghim 1.6 Lp vt lý Lp vt lý l lp thp nht ca mụ hỡnh giao thc chun ATM Nú nhn cỏc t bo ATM t lp ATM v truyn chỳng trờn mụi trng vt lý ti nỳt chuyn mch k tip ca mng Nú cú hai lp ph Lp ph ng quy truyn dn (TC) x lý 53 byte t bo ATM lm cho chỳng phự hp vi kờnh truyn m mang tớn hiu c s hoỏ t nỳt mng ti nỳt mng Lp ph 26 Cụng ngh ATM mụi . giao tiếp…). Cuối cùng xây dựng: Mô hình mạng đường trục ATM WAN phục vụ cho công tác đào tạo công nghệ Viễn thông đồng thời kết nối các mạng LAN tốc độ cao cho dữ liệu. Nội dung cua bản khóa luận. về công nghệ ATM Chương 2: Nghiên cứu tìm hiểu cấu trúc hệ thống mạng đường trục ứng dụng công nghệ ATM. Chương 3: Xây dựng mô hình mạng đường trục ATM WAN phục vụ cho công nghệ đào tạo viễn thông. 1 Công. một công nghệ mạng diện rộng dung lượng lớn cho các dịch vụ băng rộng nêu trên tại tốc độ 150 Mbps và cao hơn. Tuy nhiên, từ đó công nghệ truyền thông dữ liệu đã giúp mở rộng phạm vi ứng dụng ATM. Một