Chuyển mạch ATM

LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự phát triển của công nghệ tiên tiến là xu hướng hội tụ mạng truyền thông giữa mạng cố định và mạng di động và internet sang mạng thế hệ kế tiếp NGN (Next Generation Network). Hạ tầng mạng thay đổi không ngừng nhằm đáp ứng các nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng, sự tác động này liên quan ảnh hưởng tới rất nhiều lĩnh vực trong viễn thông trong đó bao gồm cả kỹ thuật chuyển mạch. Kỹ thuật chuyển mạch là 1 trong những kỹ thuật nền tảng của các mạng truyền thông. Chuyển mạch ATM Là phương thức truyền tải không đồng bộ, kết hợp chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói, và phương pháp ghép TDM thống kê Tiểu luận này, chúng em nghiên cứu về công nghệ chuyển mạch ATM Trong khi làm còn nhiều thiếu sót, mong cô giúp đỡ. Hà Nội ,ngày 18 tháng 1 năm 2011 Sinh viên thực hiện: DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1 Cấu trúc cell Hình 2.2 Cấu trúc tế bào ATM tại giao diện NNI Hình 2.3 Cấu trúc tế bào ATM tại giao diện UNI Hình 2.4 kênh ảo và đường ảo Hình 2.5 Mô hình tham chiếu B.ISDN Hình 2.6 Mô hình các lớp của ATM so với mô hình OSI Hình 2.7 lớp vật lý Hình 2.8 Lớp ATM Hình 2.9 2 dạng header UNI và NNI Hình 2.10 VCC,VPC Hình 2.11 VP switch / VP cross connect Hình 2.13 ví dụ Hình 2.14 Phân loại giữa các lớp ATM MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ ATM Giới thiệu: Hiện nay, các mạng viễn thông hiện tại có đặc điểm chung là tồn tại một cách riêng rẽ, ứng với mỗi loại hình dịch vụ thông tin lại có ít nhất một loại mạng viễn thông riêng biệt để phục vụ dịch vụ đó như: Mạng Telex: Có thể thu phát tín tức trong phạm vi toàn cầu. Dùng để gửi các bức điện dưới dạng các ký tự đã được mã hóa bằng mã 5 bit. Tốc độ truyền rất thấp (từ 75bit/s đến 300 bit/s). Mặt dù tốc độ truyền thấp, chậm chỉ có các chữ cái, ký hiệu được truyền đi nhưng mạng vẫn được sử dụng để truyền các tin tức thuê bao doanh nghiệp nhằm mục đích truyền các bản tin ngắn. Mạng điện thoại công cộng: Còn gọi là mạng POTS ( Plain Old Telephone Service), là mạng được xây dựng sớm nhất. Nó phát triển từ các tổng đài tương tự và phương thức truyền dẫn tương tự và đặc biệt là chuyển mạch kênh theo thời gian thực. Ở mạng này tiếng nói được số hóa và chuyển mạch ở hệ thống chuyển mạch điện thoại công cộng PSTN (Public Switched Telephone Network). Yêu cầu độ trễ rất nhỏ. Mạng truyền số liệu: Phần lớn các mạng truyền số liệu trên thế giới là mạng số liệu chuyển mạch gói, tức là thông tin được cắt thành các gói có kích thước phù hợp và được phát lên những đường thông đang rỗi ở thời điểm đó. Khe hở giữa các gói có thể được các loại thông tin khác sử dụng. Các mạng chuyển mạch gói để trao đổi số liệu giữa các máy tính dựa trên giao thức của X.25 và hệ thống truyền số liệu chuyển mạch kênh dựa trên các giao thức X.21. Các tín hiệu truyền hình: Có thể được truyền theo 3 cách: truyền bằng sóng vô tuyến, truyền qua hệ thống mạng truyền hình CATV (Community Antena TV) bằng cáp đồng trục hoặc truyền qua hệ thống vệ tinh còn gọi là hệ thống truyền hình trực tiếp DBS (Direct Broadcast System). Trong phạm vi cơ quan, số liệu giữa các máy tính được trao đổi thông qua mạng cục bộ LAN thường là mạng: Ethernet, Token Bus, và Token Ring. Hậu quả là hiện nay có rất nhiều loại mạng khác nhau cùng song song tồn tại. Mỗi mạng lại yêu cầu phương pháp thiết kế, sản xuất, vận hành, bảo dưỡng khác nhau. Như vậy hệ thống mạng viễn thông hiện tại có rất nhiều nhược điểm mà quan trọng là: Chỉ truyền được các dịch vụ độc lập tương ứng với từng mạng. Thiếu mềm dẻo: Sự ra đời của các thuật toán nén tiếng nói, nén ảnh,…và tiếng bộ trong công nghệ VLSI ảnh hưởng mạng mẽ tới tốc độ truyền tín hiệu. Kém hiệu quả trong việc bảo dưỡng, vận hành cũng như việc sử dụng tài nguyên. Tài nguyên có trong một mạng không thể chia sẻ cho các mạng khác cùng sử dụng. 1.2 Sự ra đời của hệ thống viễn thông mới B-ISDN: ISDN là gì? ISDN (Intergated Services Digital Network – Mạng số tích hợp dịch vụ) là tập các giao thức nhằm kết hợp mạng điện thoại số và dịch vụ truyền dữ liệu. Nói một cách khác, mạng ISDN cho phép tất cả các thông tin thoại (phone), số liệu (data) và hình ảnh (video) có thể truyền qua một đường dây thuê bao (subscriber line) với tốc độ cao và chất lượng tốt. Mục tiêu của ISDN là nhằm tạo ra một mạng diện rộng có cung cấp khả năng kết nối điểm-điểm trong môi trường số. Điều này thực hiện được bằng cách tích hợp thành một tất cả các dịch vụ truyền riêng biệt mà không cần thêm kết nối hay đường dây thuê bao mới. Mạng số tích hợp dịch vụ băng rộng B – ISDN (Broadband Integrated Services Digital NetWork): Xu hướng các dịch vụ ngày nay và trong tương lai gần là các yêu cầu dịch vụ băng rộng đang tăng lên Các dịch vụ phục vụ cho các thuê bao gia đình: Các dịch vụ quan trọng cho các thuê bao gia đình là những dịch vụ truyền hình cáp, truyền hình số chuẩn SDTV (Standard Digital TV) hay là dịch vụ truyền hình độ phân giải cao HDTV (High Definition TV). Một ứng dụng quan trọng nữa là dịch vụ điện thoại truyền hình trong đó các hình ảnh chất lượng cao được truyền đi ở tốc độ từ 2 tới 5 Mbit/s. Các dịch vụ phục vụ trong lĩnh vực kinh doanh và giao dịch: Các thuê bao trong phạm vi công sở, văn phòng có những đặc điểm hoàn toàn khác so với các thuê bao gia đình. Điểm chung duy nhất giữa hai lĩnh vực này là điện thoại truyền hình. Tuy vậy, dịch vụ này cũng phải được mở rộng để tiến tới điện thoại hội nghị truyền hình, sao cho người sử dụng có thể dùng dịch vụ điện thoại truyền hình để liên lạc vài điểm cùng một lúc. Từ sự cần thiết phải tổ hợp các dịch vụ phụ thuộc lẫn nhau ở chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói vào một mạng băng rộng duy nhất. Cần thiết phải thỏa mãn tính mềm dẻo cho các yêu cầu về phía người sử dụng cũng như người quản lý mạng (về mặt tốc độ truyền, chất lượng dịch vụ, …). Vì vậy cũng như người quản trị mạng. Mạng B-ISDN ra đời nhằm đáp ứng các điều kiện trên (băng rộng, bảo dưỡng, mềm dẻo, kinh tế, …) mà mạng băng hẹp N.ISDN không đáp ứng được. So với các mạng khác, dịch vụ tổ hợp và mạng tổ hợp có nhiều ưu điểm về kinh tế, phát triển, thực hiện, vận hành và bảo dưỡng hơn. Vậy mạng tổ hợp dịch vụ số băng rộng (Broadband Integrated Services Digital Network – B-ISDN ) cung cấp các cuộc nối thông qua chuyển mạch, các cuộc nối cố định (Permanent) hoặc bán cố định (Semi-Permanent), các cuộc nối từ điểm tới điểm hoặc từ điểm tới nhiều điểm và cung cấp các dịch vụ theo yêu cầu, các dịch vụ dành trước hoặc các dịch vụ yêu cầu cố định. Cuộc nối trong B-ISDN phục vụ cho cả các dịch vụ chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói theo kiểu đa phương tiện (Multimedia), đơn phương tiện (Monomedia), theo kiểu hướng liên kết (Connection – Oriented) hoặc không liên kết (Connectionless) và theo cấu hình đơn hướng hoặc đa hướng. B-ISDN là mạng thông minh có khả năng cung cấp các dịch vụ cải tiến, cung cấp các công cụ bảo dưỡng và vận hành (OAM), điều khiển và quản lý mạng rất hiệu quả. 1.3 Khái niệm cơ bản về ATM: Là phương thức truyền tin trong đó thông tin được chia thành các gói có chiều dài nhỏ không thay đổi gọi là các tế bào tin. Tế bào tin được truyền độc lập và sẽ được sắp xếp lại thứ tự ở đầu thu. ATM không đồng bộ bởi lý do các gói trong cùng một cuộc kết nối có thể lập lại một cách bất thường như lúc chúng được tạo ra theo yêu cầu cụ thể mà không theo một chu kì nào cả. ATM có thể truyền được tất cả các dịch vụ viễn thông mà không cần quan tâm đến đặc tính và chất lượng của dịch vụ và thỏa mãn được các yêu cầu: • Mềm dẻo và phù hợp với các dịch vụ tương lai • Có hiệu qủa trong việc sử dụng tài nguyên • Chỉ sử dụng một mạng duy nhất cho tất cả các dịch vụ Vì vậy, cuối cùng ITU – T quyết định chọn phương thức truyền ATM làm mạng phục vụ cho các dịch vụ trong mạng băng rộng. Thật vậy mạng ATM có những ưu điểm sau: Điều khiển được nhiều loại lưu thông khác nhau như: Dữ liệu, tiếng nói, hình ảnh, Video, … Khả năng sử dụng đường truyền hiệu qủa: Cho phép truyền các ứng dụng hình ảnh, dữ liệu, .. có tốc độ cố định, hoặc biến đổi theo thời gian hoặc ngắt quãng. Dùng kỹ thuật chuyển mạch bằng phần cứng: Với chiều dài tế bào cố định là 53 Bytes, ATM cho phép việc xử lý chuyển mạch bằng các phần cứng có tốc độ rất nhanh, giảm thiểu thời gian chuyển mạch và tăng đáng kể tốc độ truyền. Cho khả năng thiết lập các nhóm kênh ảo: Nhóm kênh ảo được định nghĩa bằng chỉ số nhận dạng ảo (VPI/VCI), Do vậy có thể tạo mới, thay đổi lưu lượng hoặc lộ trình bằng cách điều khiển việc gán các nhãn địa chỉ tại các nút chuyển mạch. Khả năng này cho phép việc quản lý và điều hành mạng năng động. Đặc tính truyền dẫn mềm dẻo: Cho phép hầu như không giới hạn về tốc độ của mỗi kênh cũng như số lượng các kênh vì mỗi kênh thông tin được thiết lập bằng chuỗi các tế bào ATM, số lượng các tế bào được truyền đi trong một đơn vị thời gian là tự do, số lượng kênh trên một đường truyền phụ thuộc vào số các nhận dạng logic nên tốc độ mỗi kênh thông tin luôn đạt đến mức tối đa có thể được. Có khả năng cung cấp băng thông theo yêu cầu, ATM là kỹ thuật hiệu qủa cho việc xây dựng mạng: Người sử dụng có thể kết nối với mạng bằng cách dùng những bộ thích ứng hỗ trợ băng thông tùy theo yêu cầu riêng của người sử dụng đó. 1.4 Tính trong suốt của hệ thống: Để truyền thông tin một cách tin cậy, mạng phải đảm bảo 2 chỉ tiêu sau: Trong suốt về mặt nội dung Trong suốt về mặt thời gian Tính trong suốt về mặt nội dung Tính trong suốt về mặt nội dung là chức năng đảm bảo việc truyền đúng chính xác các bit từ đầu phát đến đầu thu với số lỗi cho phép . Khi mới ra đời, trong các mạng chuyển mạch gói chất lượng truyền số liệu còn kém, do đó để đảm bảo chất lượng truyền chấp nhận được người ta phải thực hiện chức năng điều khiển lỗi trên mọi liên kết. Việc điều khiển lỗi này được thực hiện bởi giao thức HDLC (High Level Data Link Control) bao gồm các chức năng: giới hạn khung, đảm bảo truyền bit chính xác, kiểm tra lỗi, ... Ở đây quá trình điều khiển lỗi được thực hiện trên mọi liên kết thông qua nút chuyển mạch, do đó nút chuyển mạch phải xử lý một loạt các thủ tục phức tạp khác nhau làm ảnh hưởng đến tốc xử lý chung của hệ thống. Sau này, do chất lượng của hệ thống truyền dẫn và chuyển mạch tăng lên nên tỷ lệ lỗi trên mạng giảm.Với một mạng chất lượng cao như vậy người ta chỉ cần thực hiện một số chức năng của thủ tục HDLC. Bằng cách này người ta giảm được khối lượng thông tin mà nút chuyển mạch cần xử lý. Nhờ đó tốc độ của nút tăng lên. Như vậy lớp 2 trên mô hình OSI được chia thành hai lớp con. Lớp 2a chuyên cung cấp các chức năng cơ bản của lớp 2, lớp 2b cung cấp các chức năng bổ sung. Các hệ thống ứng dụng nguyên lý này được gọi là chuyển tiếp khung (Frame Relay). Tính trong suốt về mặt thời gian Các dịch vụ thời gian thực yêu cầu dòng bit có trễ rất ngắn khi được truyền từ đầu phát đến đầu thu, tức là chúng yêu cầu tính chính xác về thời gian. Có thể phân biệt hai loại trễ: trễ do chuyển mạch và trễ từ điểm đầu đến điểm cuối. Đặc trưng bằng hai tham số: trễ D và biến động J. Mạng ATM chỉ cần những chức năng tối thiểu ở nút chuyển mạch, do đó nó cho phép truyền số liệu tốc độ rất cao, trễ trên mạng và các biến động trễ giảm xuống, do đó quan hệ thời gian được đảm bảo như trong trường hợp chuyển mạch kênh. CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC MẠNG PHÂN LỚP ATM 2.1 Cấu trúc tế bào ATM: Ta biết rằng, đặc điểm của ATM là hướng liên kết. Do đó khác với mạng chuyển mạch gói, địa chỉ nguồn và đích, số thứ tự gói là không cần thiết trong ATM. Hơn thế, do chất lượng của đường truyền rất tốt nên các cơ chế chống lỗi trên cơ sở từ liên kết tới liên kết cũng được bỏ qua. Ngoài ra ATM cũng không cung cấp các cơ chế điều khiển luồng giữa các nút mạng do cơ cấu điều khiển cuộc gọi của nó. Vì vậy chức năng cơ bản còn lại của phần tiêu đề trong tế bào ATM là nhận dạng cuộc nối ảo. Như đã xem xét để lựa chọn tế bào ATM thì tế bào ATM là tế bào cố định, có 53 Bytes: 5 Bytes tiêu đề và 48 Bytes dữ liệu. ATM cell có cấu trúc giống nhau cho bất kỳ loại dịch vụ nào. Hình 2.1 Cấu trúc cell - Header: 5 Octet (5 bytes). Thông tin chứa trong Header giúp cho việc tìm đường của các ATM cell qua mạng. Do mạng ATM hoạt động theo cách kết nối có hướng nên các cell chỉ có thể luân chuyển qua các vùng mà các kết nối tồn tại. Lưu ý: Các cell Header không dùng để khởi tạo bắt tay trong các kết nối. - Payload: 48 Octet(48 bytes). Chứa Data của người sử dụng, và các tín hiệu điều khiển tương ứng. Sau khi phát xong các cell, bên phần thu sẽ tổ chức lại các luồng Data, gói Data cho giống như ban đầu. Phần tiêu đề của tế bào ATM có hai dạng: Một dạng là các tế bào được truyền trên giao diện giữa người sử dụng và mạng UNI, dạng còn lại là các tế bào được truyền giữa các nút chuyển mạch NNI. 8 7 6 5 4 3 2 1 Bit VPI 1 Octet VPI VCI 2 VCI 3 VCI PT CLP 4 HEC 5 Phần dữ liệu (48 octet) … Hình 2.2 Cấu trúc tế bào ATM tại giao diện NNI 8 7 6 5 4 3 2 1 Bit GFC VPI 1 Octet VPI VCI 2 VCI 3 VCI PT CLP 4 HEC 5 Phần dữ liệu (48 octet) … Hình 2.3 Cấu trúc tế bào ATM tại giao diện UNI Đặc điểm của các trường trong cấu trúc tế bào: Số hiệu nhận dạng kênh ảo VCI (Virtual Channel Identifier) và đường ảo VPI (Virtual Path Identifier) Hình 2.4 kênh ảo và đường ảo Do kênh truyền ATM có thể truyền với tốc độ từ vài Kbit/s tới vài trăm Mbit/s tại một thời điểm nào đó, do đó VCI được dùng để nhận dạng các kênh được truyền đồng thời trên đường truyền dẫn. Thông thường trên một kênh được truyền đồng thời trên đường truyền dẫn. Thông thường trên một đường truyền có hàng ngàn kênh như vậy, vì thế VCI có độ dài 16 bit (Tương ứng với 65535 kênh). Do mạng ATM có đặc điểm hướng liên kết nên mỗi cuộc nối được gán một số hiệu nhận dạng VCI tại thời điểm thiết lập. Mỗi giá trị VCI chỉ có ý nghĩa tại từng liên kết từ nút tới nút của mạng. Khi cuộc nối kết thúc, VCI được giải phóng để dùng cho cuộc nối khác. Ngoài ra VCI còn có ưu điểm trong việc sử dụng cho các cuộc nối đa dịch vụ như dịch vụ điện thoại truyền hình, âm thanh và hình ảnh sẽ được truyền trên hai kênh có VCI riêng biệt, do đó ta có thể bổ sung hoặc hủy bỏ một dịch vụ trong khi đang thực hiện một dịch vụ khác. VPI được sử dụng để thiết lập cuộc nối đường ảo cho một số cuộc nối kênh ảo VCC. VPI cho phép đơn giản hóa các thủ tục chọn tuyến cũng như quản lý, nó có độ dài 8 bit hoặc 12 bit tùy thuộc tế bào ATM đang được truyền qua giao diện UNI hay NNI. Tổ hợp cả VCI và VPI tạo thành một giá trị duy nhất cho mỗi cuộc nối. Tùy thuộc vào vị trí đối với hai điểm cuối mà nút chuyển mạch ATM sẽ định đường dựa trên giá trị của VPI và VCI hay chỉ dựa trên giá trị VPI. Tuy vậy cần lưu ý rằng VCI và VPIø chỉ có ý nghĩa trên từng chặng liên kết của cuộc nối. Chúng đuợc sử dụng để việc chọn đường trên các chặng này được dễ dàng hơn. Do số VPI và VCI quá nhỏ nên chúng không thể đuợc sử dụng như một số hiệu nhận dạng toàn cục vì khả năng xảy ra hai cuộc nối sử dụng ngẫu nhiên cùng một số VPI và VCI là rất cao. Để khắc phục, người ta cho VCI và VPI là duy nhất trên mỗi đoạn liên kết. Trên từng đoạn liên kết này, hai nút chuyển mạch sử dụng VPI và VCI như số hiệu nhận dạng cho mỗi cuộc nối trên đoạn đó. Khi đã qua nút chuyển mạch, VPI và VCI nhận các giá trị mới phù hợp với đoạn tiếp theo. Trường kiểu tế bào PT (Payload Type): PT là một trường gồm 3 bit có nhiệm vụ phân biệt các kiểu tế bào khác nhau như: tế bào mang thông tin của người sử dụng, tế bào mang các thông tin về giám sát, vận hành, bảo dưỡng (OAM). Nếu bit đầu PT có giá trị = 0 thì đây là tế bào người sử dụng. Trong tế bào người sử dụng, bit số 2 báo hiệu tắc nghẽn trong mạng và bit 3 có chức năng báo hiệu cho lớp tương thích ATM là AAL. Nếu bit đầu PT chó giá trị = 1 thì đây là tế bào báo mang các thông tin quản lý mạng. Cấu trúc trường PT trong tế bào mang thông tin OAM Dạng bit Chức năng 100 Tế bào OAM lớp F5 liên quan tới liên kết 101 Tế bào OAM lớp F5 liên quan tới đầu cuối 110 Tế bào quản lý tài nguyên 111 Dành cho việc sử dụng trong tương lai Trường chỉ mức ưu tiên mất tế bào CPL (Cell Loss Priority): CLP là trường dùng để phân loại các cuộc nối khác nhau theo mức độ ưu tiên khi các tài nguyên trong mạng không còn là tối ưu nữa. Thí dụ trong trường hợp quá tải, chỉ có các cuộc nối có mực độ ưu tiên thấp là bị mất thông tin. Có hai loại ưu tiên khác nhau là ưu tiên về mặt nội dung và ưu tiên về mặt thời gian. Trong chế độ ưu tiên về mặt thời gian, vài tế bào có thể có độ trễ trong mạng dài hơn các tế bào khác. Trong chế độ ưu tiên về mặt nội dung, các tế bào có độ ưu tiên cao hơn sẽ có xác suất mất gói ít hơn. Các mức ưu tiên có thể được ấn định trên cơ sở cuộc nối (qua mỗi VCI hoặc VPI) hoặc trên cơ sở mỗi tế bào. Trong trường hợp thứ nhất, tất cả các tế bào thuộc về một kênh ảo hoặc đường ảo sẽ có một mức ưu tiên xác định. Trong trường hợp thứ hai, mỗi tế bào thuộc về một kênh ảo hoặc đường ảo sẽ có các mức ưu tiên khác nhau. + Nếu CLP = 0 : Độ ưu tiên cao + Nếu CLP = 1: Độ ưu tiên thấp Trường điều khiển lỗi tiêu đề HEC (Header Error Control) Trường điều khiển lỗi tiêu đề HEC chứa mã dư vòng CRC (Cyclic Redundancy Check). Mã này tính toán cho 5 bytes tiêu đề. Do phần tiêu đề bị thay đổi sau từng chặng nên CRC cần được kiểm tra và tính toán lại với mỗi chặng. Đa thức sinh được dùng ở đây là đa thức: g(x) = x8 + x2 + x + 1. Trường điểu khiển luồng chung GFC (Generic Flow Control) Ở giao diện giữa người sử dụng và mạng UNI, phần tiêu đề có vài khác biệt so với giao diện NNI. Sự khác nhau căn bản nhất là trường VPI bị rút ngắn lại còn 8 bits (so với 12 bits ở giao diện NNI), thay vào chỗ 4 bits của VPI là trường điều khiển luồng chung GFC. Cơ chế của GFC cho phép điều khiển luồng các cuộc nối ATM ở giao diện UNI. Nó được sử dụng để làm giảm tình trạng quá tải trong thời gian ngắn có thể xảy ra trong mạng của người sử dụng. Cơ chế GFC dùng cho cả các cuộc nối từ điểm tới điểm và từ điểm tới nhiều điểm. Khi kết hợp mạng ATM với các mạng khác như DQDB (dictributed Queue Dual Bus), SMDS (Swiched Multi-megabit Data Service), GFC đưa ra 4 bit nhằm báo hiệu cho các mạng này làm thế nào để hợp kênh các tế bào của các cuộc nối khác nhau. Mỗi mạng đều có một logic điều khiển tương ứng dùng GFC cho các giao thức truy nhập của riêng các mạng này. Do đó trong trường hợp này, GFC thực chất là một bộ các giá trị chuẩn để định nghĩa mức độ ưu tiên của ATM đối với các quy luật truy nhập vào các mạng khác nhau. Việc buộc phải sử dụng trường điều khiển luồng chung GFC là một nhược điểm cơ bản của ATM, nó tạo ra sự khác nhau giữa các tế bào tại giao diện UNI và NNI do các giao thức trong ATM không phải là giao thức đồng nhất. Trong mạng sử dụng các giao thức đồng nhất, các thiết bị viễn thông có thể được lắp đặt vào bất kỳ một nơi nào trong mạng. Trong khi đó trong ATM, ta phải chú ý xem thiết bị được lắp đặt có thích hợp với giao diện đã cho hay không. 2.2 Các loại tế bào ATM: - Idle cell (Tế bào rỗi hay tế bào trống): Đường truyền là dòng các cell liên tục nối tiếp nhau. Nếu lớp ATM không gửi cell nào thì lớp vật lý sẽ chèn vào các cell trống để có dòng cell liên tục. - Valid cell (Tế bào hợp lệ): chứa giá trị hữu ích, hay cell lỗi nhưng đã được sửa chữa. - Invalid cell:cell lỗi nhưng không được sửa chữa. Lớp vật lý sẽ loại bỏ các cell này. - Assigned cell: Tế bào mang thông tin dịch vụ sử dụng cho các dịch vụ lớp ATM - Unassigned cell: Là các tế bào không mang thông tin dịch vụ, không được sử dụng. 2.3 Mô hình tham chiếu B-ISDN: Cấu trúc phân lớp logic được sử dụng trong ATM dựa trên mô hình tham chiếu liên kết các hệ thống mở OSI. Tuy vậy mô hình ATM sử dụng khái niệm các lớp và các mặt phẳng riêng rẽ cho từng chức năng riêng biệt như chức năng dành cho người sử dụng, chức năng điều khiển, quản lý mạng. Khái niệm này được gọi là mô hình tham chiếu giao thức B.ISDN (B.ISDN Protocol Reference Model hay B.ISDN - PRM). Hình 2.5 Mô hình tham chiếu B.ISDN B.ISDN – PRM có cấu trúc phân lớp từ trên xuống, bao gồm các chức năng truyền dẫn, chuyển mạch, các giao thức báo hiệu và điều khiển, các ứng dụng và dịch vụ. Như hình trên B.ISDN – PRM bao gốm 3 mặt phẳng: mặt phẳng quản lý, mặt phẳng của người sử dụng và mặt phẳng điều khiển. - User Plane: Giữ cho dòng thông tin xuyên suốt từ người sử dụng A tới người sử dụng B trên mạng thông qua các lớp, sửa chữa lỗi truyền, giám sát dòng data. - Control plane: Mặt phẳng điều khiển cũng có cấu trúc phân lớp. Nó có chức năng: thiết lập, giám sát, giải phóng các đường nối hoặc cuộc gọi. - Management plane: Tất cả các chức năng liên quan tới toàn bộ hệ thống (từ đầu cuối tới đấu cuối) đều nằm ở mặt phẳng quản lý. Nhiệm vụ là tạo sự phối hợp làm việc giữa những mặt phẳng khác nhau. Có 2 chức năng chính là chức năng quản lý lớp (Layer Management) và chức năng quản lý mặt phẳng (Plane Management). - Layer management: Được chia thành các lớp khác nhau nhằm thực hiện các chức năng quản lý có liên quan tới các tài nguyên và thông số nằm ở các thực thể có giao thức. Có nhiệm vụ giống như Meta-Signaling (thiết lập tín hiệu kết nối) hay xử lý dòng thông tin OAM (Operatrion, Administration, Maintenance). - Plane management: Phối hợp giữa user plane và control plane. Bốn lớp của mô hình tham chiếu B-ISDN: Higher layer: Thực chất đây chính là lớp ứng dụng: Frame relay, SMDS/CBDS. ATM Adaption Layer (AAL): Có nhiệm vụ chia nhỏ dòng Data của Higher Layer thành các đoạn 48 Bytes, hay khôi phục lại dòng Data từ các ATM cell. Nhiệm vụ của AAL phụ thuộc vào đặt tính của yêu cầu ứng dụng. ATM Layer: Nhiệm vụ chính là truyền Data mà nó nhận được từ AAL đến đích. Physical Layer: Phụ thuộc vào bộ phận truyền trung gian. Nhiệm vụ của nó là phát bit vật lý và tương thích với lớp ATM. Hình 2.6 Mô hình các lớp của ATM so với mô hình OSI Application Upper Layer Presentation Session Transport AAL Network ATM Layer Data Link Physical Layer Physical Layer • Lớp ATM có chức năng tương tự chức năng lớp Data Link và lớp Network trong mô hình OSI. • Lớp ATM Adaption Layer có chức năng tương tự chức năng lớp Transport trong mô hình OSI. • Lớp còn lại trong mô hình ATM có chức năng tương tự với các lớp còn lại trong mô hình OSI (Session Layer, Presentation Layer, Application Layer). 2.4 Lớp vật lý Hình 2.7 lớp vật lý Lớp vật lý có hai phần chính : Lớp con đường truyền vật lý PM (Physical Medium Sublayer): là một phần của lớp vật lý có các chức năng phụ thuộc hoàn toàn vào môi trường truyền dẫn vật lý cụ thể. Nó có chức năng sau: • Phát / nhận bit. • Truyền bit. • Mã hóa đường dòng bit theo mã đường truyền. • Chuyển đổi từ điện sang quang (nếu cần) • Đồng bộ bit. Lớp con hội tụ truyền TC (Transmission Convergence Sublayer): Có các chức năng sau: • Tạo và kiểm tra mã HEC: Ơû đầu phát, mã HEC được xác định bởi 4 bytes đầu trong phần tiêu đề của tế bào ATM, kết quả tính toán được đưa vào byte thứ 5. Trường HEC được tạo ra có khả năng phát hiện và sửa lỗi đơn và dò tìm được lỗi khép trong phần header (4 Bytes) của tế bào trong quá trình truyền và nhận tế bào. • Thêm vào hoặc lấy ra các tế bào trống: Khi không có tế bào chứa thông tin hữu ích, tế bào không xác định hoặc tế bào OAM ở mức vật lý thì các tế bào trống sẽ được truyền trên đường truyền dẫn. • Nhận biết giới hạn tế bào: Chức năng này cho phép bên thu nhận biết giới hạn một tế bào. Sự nhận biết này dựa trên sự tương quan của các bit tiêu đề và mã HEC tương ứng. Trong cơ chế này, đầu tiên trạng thái bất đồng bộ HUNT thực hiện việc kiểm tra từng bit của tiêu đề tế bào vừa nhận được, nếu luật mã hoá HEC được tuân thủ, có nghĩa là tế bào không bị lỗi thì hệ thống hiểu rằng phần tiêu đề đúng và chuyển sang trạng thái tiền đồng bộ PRESYNCH. Ơû đây hệ thống kiểm tra liên tục mã HEC của các tế bào liên tiếp. Nếu liên tiếp một số lần mã HEC đúng thì hệ thống chuyển sang trạng thái đồng bộ SYNCH, nếu không thì trở lại trạng thái HUNT. Quá trình thực hiện như hình vẽ • Biến đổi dòng tế bào thành các khung truyền dẫn (Transmission Frame Adaptation): Tại đầu phát chức năng này có nhiệm vụ làm cho dòng tế báo tới từ các lớp trên thích ứng với khung số liệu được sử dụng trong hệ thống truyền dẫn. Tại đầu thu, các dòng tế bào được khôi phục lại từ các khung truyền dẫn. • Phát và khôi phục các khung truyền dẫn: Là chức năng dưới cùng trong lớp con TC. Nó có nhiệm vụ tạo ra các khung truyền dẫn và ghép các tế bào ATM vào những khung này. Kích thước khung truyền dẫn phụ thuộc tố độ truyền. Tại đầu thu, các khung truyền dẫn được nhận biết và khôi phục lại dòng tế bào ATM. Cấu trúc các khung truyền có thể khác nhau tùy thuộc từng hệ thống truyền dẫn cụ thể. Nhiệm vụ lớp vật lý là nhận ATM cell từ ATM layer và chuyển ATM cell từ lớp vật lý lên ATM layer. 2.5 Lớp ATM Lớp ATM cung cấp tất cả các chức năng cho việc vận chuyển các ATM cell và truyền chúng trong các hệ thống kết nối ATM. Lớp ATM sẽ gởi /nhận các payload từ AAL. Bên cạnh đó,nó cũng gởi/nhận các cell từ lớp vật lý. Hình 2.8 Lớp ATM Cấu trúc tế bào và mã hóa: Tế bào ATM có 2 dạng header là UNI và NNI UNI (User Network Interface): một phần của cấu hình B-ISDN. Nó mô tả giao tiếp giữa thiết bị đầu cuối B-ISDN và mạng. NNI (User Network Interface): một phần của cấu hình B-ISDN. Nó mô tả giao tiếp giữa 2 ATM node. Hình 2.9 2 dạng header UNI và NNI Chuyển mạch, hợp kênh và phân kênh tế bào ATM: Có 2 loại kết nối ATM: VPC (Virtual Path Connection) và VCC (VirtualChannel Connection). - VPC:là vị trí giữa điểm đầu cuối với điểm kết nối kế tiếp hay giữa điểm kết nối VC. - VCC: Kết nối các thực thể trên lớp ATM - VCI có thể được thay đổi trong VCC và VPI cũng có thể thay đổi giá trị trong VPC. - Trong cùng một hướng truyền các ATM cell từ nhiều nguồn VCC và VPC được multiplex thành một luồng cell. -Ở hướng thu, luồng ATM cell sẽ được demultiplex thành các cell riêng biệt cung cấp cho các VCC,VPC. Hình 2.10 VCC,VPC -Với mỗi kết nối, các cell phải được nhận dạng rõ ràng.Nghĩa là trong ATM cross-connect (thực hiện bởi chuyển mạch động,ATM-cc chỉ phục vụ cho việc kết nối, các kết nối ATM-cc có thể đươc thiết lập hay hủy bỏ bởi người quản trị),và ATM switch (cũng sử dụng chuyển mạch động của kết nối ATM, các thông tin của user có thể dùng cho việc khởi tạo kết nối). Các giá trị VPI và VCI phải tương thích. Hình 2.11 VP switch / VP cross connect - VP switch / VP cross connect: Là thiết bị dùng để chuyển đổi các giá trị của VPI và chuyển các kênh sang VPI tương ứng. Hình 2.12 VC switch / VC cross connect - VC switch / VC cross connect: Làm thay đổi giá trị của VPI và VCI Ví dụ: Hình 2.13 ví dụ Tạo và giải nén header tế bào: -Phát: ATM layer nhận cell payload từ AAL (bao gồm các tham số). Sau đó tạo cell header ngoại trừ trường HEC. Với cell payload, cell header, ATM layer tạo ra ATM cell. -Thu: ATM layer phân rã ATM cell thành ATM header, payload. Lớp ATM kiểm tra header : nếu cell bị relay một header mới được tạo ra với payload sử dụng để tạo ra ATM cell mới, nếu cell được nhận bởi thiết bị đầu cuối (không relay) thì payload sẽ được đưa lên lớp cao hơn - AAL. 2.6 Lớp thích ứng ATM (AAL) AAL phụ thuộc vào loại dịch vụ. Chức năng chính của nó là phát ra cell Payload và cấu hình lại khối data hay chuyển tiếp các tín hiệu hữu ích. Hay nói cách khác lớp AAL có nhiệm vụ tạo ra sự tương thích giữa các dịch vụ được cung cấp bởi lớp ATM với các lớp cao hơn. AAL nhận các đơn vị số liệu giao thức PDU từ Higher Layer chia nhỏ nó ra và đưa chúng và trường dữ liệu (Payload) của tế bào ATM. Sau đó AAL chuyển các Payload đến ATM layer AAL gồm 2 lớp con: • Convergence sublayer (CS). • Segmentation and Reassembly sublayer (SAR). Chức năng chính của AAL là: • SAR: Phân đoạn các PDU một cách thích hợp (48Bytes Payload) đưa vào ATM cell và lấy thông tin trong Payload của ATM cell để khôi phục các PDU hoàn chỉnh. • CS: Phụ thuộc vào các loại dịch vụ, nó cung cấp các dịch vụ của lớp AAL cho các lớp cao hơn thông qua điểm truy nhập dịch vụ. Tính phụ thuộc các dịch vụ (Service dependence) của AAL là nguyên nhân để phân loại các lớp và các loại dịch vụ tương ứng. Hình 2.14 Phân loại giữa các lớp ATM Nhóm A: Nó phục vụ cho các dịch vụ loại này thường là tiếng nói và tín hiệu video có tốc độ không đổi. Nhóm B: Nó phục vụ cho các dịch vụ của nó thường là tín hiệu Audio và Video có tốc độ thay đổi. Nhóm C:Nó phục vụ cho các dịch vụ truyền số liệu hướng liên kết và báo hiệu. Nhóm D: Được sử dụng cho các dịch vụ truyền số liệu không liên kết. Dựa vào cách phân loại trên ITU – T * Các Loại AAL: AAL kiểu 1: Phục vụ cho các dịch vụ thuộc nhóm A, nó thu hoặc phát các SDU (Service Data Unit) của lớp trên theo thời gian thực với tốc độ truyền không đổi. Các chức năng cơ bản của ALL 1 bao gồm: - Phân tách và tạo lại (SAR) thông tin của người sử dụng - Xử lý trễ truyền và tạo tế bào - Xử lý lỗi khi mất hoặc chèn nhầm tế bào - Khôi phục đồng bộ ở đầu thu - Phát hiện lỗi trong trường thông tin điều khiển tế bào và khôi phục lại cấu trúc thông tin tại bên nhận. AAL kiểu 2: Sử dụng cho các dịch vụ có tốc độ thay đổi được truyền theo thời gian thực (nhóm B). Các chức năng của AAL 2 vẫn chưa được định nghĩa rõ ràng. Tuy vậy có thể cho rằng AAL 2 được phát triển từ AAL 1, nó có các chức năng như sau: - Trao đổi số liệu có tốc độ thay đổi giữa lớp cao hơn với lớp ATM - Xử lý trễ tế bào - Phân tách và khôi phục lại thông tin cho người sử dụng - Xử lý các loại lỗi tế bào cũng như tách tín hiệu đồng bộ ở đầu thu. AAL kiểu 3/4: AAL 3/4 được phát triển từ AAL 3 (phục vụ cho các dịch vụ loại C) và AAL 4 (phục vụ cho các dịch vụ loại D). Ngày nay, hai kiểu AAL trên hợp lại thành AAL 3/4 , lớp AAL này thỏa mãn các dịch vụ thuộc loại C và D. AAL 3/4 cung cấp hai dịch vụ cơ bản là: dịch vụ kiểu thông điệp (Message Mode Service) để truyền các số liệu được đóng thành khung và dịch vụ kiểu dòng bit (Streaming Mode Service) để truyền số liệu ở tốc độ thấp với yêu cầu trễ nhỏ. AAL kiểu 5: Phục vụ cho các dịch vụ có tốc độ thay đổi, không theo thời gian thực. Cũng giống như AAL 3/4, AAL 5 được sử dụng chủ yếu cho các yêu cầu về truyền số liệu. Tuy vậy, ITU-T đưa ra AAL 5 nhằm mục đích giảm độ dài phần thông tin điều khiển giao thức PCI (Protocol Control Information). AAL 5 có các chức năng và giao thức hoạt động như AAL 3/4. Điểm khác nhau chính của hai loại này là AAL 5 không đưa ra khả năng phân/hợp kênh, do đó nó không có trường MID. AAL 5 chủ yếu sử dụng cho báo hiệu trong mạng ATM. TÀI LIỆU THAM KHẢO Kỹ thuật chuyển mạch 1; Ptit; TS Hoàng Trọng Minh, TS Nguyễn Thanh TràHà Nội_2007