Báo cáo đề tài Kỹ thuật chuyển mạch ATM potx

Hình 1.1 c Chuển mạch gói kênh ảo: các gói tin đi trên kênh ảoHình 1.1 Các kiểu chuyển mạch cơ bản Mạng chuyển mạch kênh thiết lập các mạch kênh chỉ định riêng cho kết nốitrước khi quá

BÁO CÁO ĐỀ TÀI

KỸ THUẬT CHUYỂN

MẠCH ATM

LỜI NÓI ĐẦU

Trước sự phát triển của các giao thức Internet khởi đầu từ những năm của thậpniên 70 và tiếp tuc phát triển vào những năm sau đó Ngày nay, mạng IP đã thực sựbùng nổ cả về khối lượng lưu lượng cũng như các yêu cầu về chất lượng dịch vụ như:tốc độ truyền dẫn, băng thông, truyền dẫn đa phương tiện,… Nhưng mạng IP hiện nayvẫn chưa thực sự đáp ứng được các yêu cầu về truyền dẫn lưu lượng, do đó, cần phải

có một giải pháp công nghệ mới đưa vào để khắc phục những nhược điểm của mạngđang tồn tại

Công nghệ chuyển mạch IP ra đời và được xem là một giải pháp tốt để giải quyếtnhững yêu cầu trên Chuyển mạch IP là sự kết hợp hài hòa của các giao thức điềukhiển mềm dẻo với phần cứng chuyển mạch ATM Chuyển mạch IP đã khắc phụcđược nhược điểm về tốc độ xử lý chậm của các bộ định tuyến và tính phức tạp của cácgiao thức báo hiệu trong chuyển mạch ATM Chuyển mạch IP đang là điểm tập trungnghiên cứu của các hãng viễn thông nổi tiếng trên thế giới như: Ipsilon, Toshiba, IBM,Cisco,

Với mục đích gắn quá trình học tập và nghiên cứu để tìm hiểu một công nghệmới tiên tiến trên cơ sở những kiến thức đã học và nghiên cứu những tài liệu mới Tiểuluận gồm 3 chương:

Chương I: Giới thiệu cơ bản về hệ thống chuyển mạch

Chương II: Tìm hiểu một số loại chuyển mạch cơ bản

Chương III: Kỹ thuật chuyển mạch ATM

Trong quá trình làm tiểu luận, em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tìnhcủa cô ………… trong quá trình tìm hiểu không tránh được sự thiếu sót, rất mongnhận được sự góp ý của thầy cô và các bạn

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

MỤC LỤC 3

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH 5

I Một số khái niệm cơ bản 5

1 Định nghĩa chuyển mạch 5

2 Hệ thống chuyển mạch 5

3 Phân loại chuyển mạch 5

4 Các thành phần trong mạng viễn thông 6

II Quá trình phát triển của kỹ thuật chuyển mạch 7

CHƯƠNG II: CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH CƠ BẢN 9

I Chuyển mạch kênh 9

1 Giới thiệu về chuyển mạch kênh 9

2 Định nghĩa trường chuyển mạch 10

3 Phân loại chuyển mạch kênh 10

II Chuyển mạch gói 10

1 Giới thiệu về chuyển mạch kênh 10

2 Định nghĩa chuyển mạch gói 12

3 Cơ sở kỹ thuật chuyển mạch gói 12

4 Nguyên tắc cơ bản của chuyển mạch gói 13

III Mô hình hệ thống mở OSI 14

CHƯƠNG III KĨ THUẬT CHUYỂN MẠCH ATM 17

I Giới thiệu chung về ATM 17

1 Sự ra đời của ATM 17

2 Khái niệm ATM 17

3 Đặt điểm của công nghệ ATM 17

4 Cấu trúc phân lớp của mạng ATM 18

II Lớp ATM 21

1 Một số khái niệm liên quan đến kênh ảo và đường ảo 21

2 Nguyên tắc định tuyến trong chuyển mạch ATM 22

3 Mô tả và sự xáo trộn tế bào 23

4 Qúa trình chuyển mạch và xử lý gói trong ATM 24

5 Nguyên lý chuyển mạch ATM 25

III Tế bào ATM 26

1.Phân loại tế bào ATM 26

2 Cấu trúc tế bào ATM 27

3.Đặc điểm của các trường trong cấu trúc tế bào 28

VI Lớp tương thích ATM (AAL) 30

1 Tổng quan 30

2 Chức năng và phân loại AAL 30

3 AAL1 32

4 AAL2 33

5 AAL 3/4 34

6 AAL5 36

KẾT LUẬN 38

TÀI LIỆU THAM KHẢO 39

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH

I Một số khái niệm cơ bản

1 Định nghĩa chuyển mạch

Chuyển mạch là một quá trình thực hiện đấu nối và chuyển thông tin cho người

sử dụng thông qua hạ tầng mạng viễn thông Chuyển mạch trong mạng viễn thông baogồm chức năng định tuyến cho thông tin và chức năng chuyển tiếp thông tin Như vậytheo khía cạnh thông thường khái niệm chuyển mạch gắn liền với lớp mạng và lớp lienkết dữ liệu trong mô hình OSI của tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ISO

2 Hệ thống chuyển mạch

Quá trình chuyển mạch được thực hiện tại các nút chuyển mạch, trong mạngchuyển mạch kênh thường gọi là hệ thống chuyển mạch ( tổng đài) trong mạng chuyểnmạch gói thường được gọi là thiết bị định tuyến ( bộ định tuyến)

3 Phân loại chuyển mạch

Xét về mặt công nghệ , chuyển mạch chia thành hai loại cơ bản: chuyển mạchkênh và chuyển mạch gói Mặt khác, chuyển mạch còn được chia thành bốn kiểu:chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói và chuyển mạch tế bào

Các khái niệm cơ sở về công nghệ chuyển mạch được thực hiện trong hình1.1(a,b,c0 dưới đây

Hình 1.1.a) Chuyển mạch kênh: hai dòng thông tin trên hai mạch khác nhau

Hình 1.1 b) Chuyển mạch gói: các tuyến đường độc lập trên mạng chia sẻ tài nguyên

Hình 1.1 c) Chuển mạch gói kênh ảo: các gói tin đi trên kênh ảo

Hình 1.1 Các kiểu chuyển mạch cơ bản

Mạng chuyển mạch kênh thiết lập các mạch (kênh ) chỉ định riêng cho kết nốitrước khi quá trình truyền thông thực hiện Như vậ, quá trình chuyển mạch được chiathành 3 giai đoạn phân biệt: thiết lập, truyền và giải phóng Để thiết lập, giải phóng vàđiều khiển kết nối ( cuộc gọi ) mạng chuyển mạch kênh sử dụng các kỹ thuật báo hiệu

để thực hiện Đối ngược với mạng chuyển mạch kênh là mạng chuyển mạch gói, chiacác lưu lượng dữ liệu thành các gói và truyền đi trên mạng chia sẻ Các giai đoạn thiếtlập , truyền và giair phóng sẽ được thực hiện đồng thời trong một khoảng thời gian vàthường được quyết định bởi tiêu đề gói tin

4 Các thành phần trong mạng viễn thông

Là một tập hợp bao gồm các nút mạng và các đường truyền dẫn kết nối giữa haihay nhiều điểm xác định để thực hiện các cuộc trao đổi thông tin giữa chúng Mạngviễn thông cung cấp đa dạng các loại hình dịch vụ viễn thông cho khách hàng , từ dịch

vụ truyền thống như điện thoại, Fax, truyền số liệu cho đến các dịch vụ mới nhưInternet, VOD, thương mại điện tử…………

Hình 1.2 Các thành phần của mạng viễn thông

 Thiết bị đầu cuối là các trang bị của người sử dụng để giao tiếp với mạngcung cấp dịch vụ Hiện nay có nhiều chủng loại thiết bị đầu cuối của nhiều hãng khácnhau tùy thuộc từng dịch vụ ( ví dụ như máy điện thoại , máy fax….) Thiết bị đầucuối thực hiện chức năng chuyển đổi thông tin cần trao đổi thành các tín hiệu điện vàngược lại.

 Hệ thống chuyển mạch là thành phần cốt lõi của mạng viễn thông có chứcnăng thiết lập đường truyền giữa các thuê bao Tùy theo vị trí của hệ thống chuyểnmạch trên mạng người ta chia thành tổng đài chuyển tiếp quốc tế , tổng đài chuyển tiếpliên tỉnh , tổng đài nội hạt…

Thiết bị truyền dẫn được sử dụng để nối các thiết bị đầu cuối hay giữa các tổngđài với nhau và truyền các tín hiệu một cách nhanh chóng và chính xác Thiết bị truyềndẫn được phân loại thành thiết bị truyền dẫn thuê bao và thiết bị truyền dẫn chuyểntiếp , nối giữa các tổng đài

II Quá trình phát triển của kỹ thuật chuyển mạch

Chuyển mạch là quá trình thực hiện đấu nối tuyến liên lạc giuqax hai thuê bao( điện thoại, máy tính ,fax….) thông qua một hay nhiều hệ thống Hệ thống đó đượcgọi là chuyển mạch Khái niệm chuyển mạch thoại đã có ngay từ khi phát minh ramáy điện thoại vào năm 1786., vào thời gian đó quá trình thiết lập tuyến nối đượcthực hiện nhờ điện thoại viên và ban đấu nối ; hình thức chuyển mạch này còn đượcgọi là chuyển mạch nhân công Cùng với sự phát triển các ngành công nghiệp , tổngđài cũng từng bước được cải tiến và hoàn thiện , từ tổng đài nhân công lên tổng đài tựđộng sử dụng cơ điện , tổng đài điện tử và tổng đài điện tử SPC , tổng đài băng rộngvv…

Tổng đài nhân công đầu tiên được đưa vào khai thác tại thành phố NewHeivenebang Conneckticut( USA) vào năm 1878 chỉ sau 2 năm sáng chế ra máy điện thoại củaA.G Bell Từ đó đến nay , mạng điện thoại đã phát triển hết sức mạnh theo nhu cầuthông tin lien lạc điện thoại Do vậy rất nhanh chóng tổng đài nhân công đạt tới giớihạn khả năng của nó và ý tưởng tự động hóa đã được anh em A.B.Strowger thúc đẩyTổng đài tự động do A.B.Strowger sang chế có tên gọi là tổng đài cơ điện hệ từng nấc( thế hệ 1) được đưa vào sử dụng năm 1892 trên cơ sở bộ tìm chọn từng nấc được anh

em A.B.Strowger sang chế năm 1889 Tiếp đó nhằm nâng cao chất lượng và kinh tế ,tổng đài Rơ le ( t máy thế hệ 2) , tổng đài ngang dọc điều khiển trực tiếp được sangchế năm 1926 và vào năm 1938 tổng đài Crossbar-No1 với phương pháp điều khiểnghi phát là tổng đài thế hệ 3 Những tiến bộ và thành tựu trong công nghệ điện tử vàmáy tính đã thúc đẩy ý tưởng ứng dụng vào lĩnh vực tổng đài điện thoại Qúa trìnhchuyển đổi từ chuyển mạch điện cơ sang chuyển mạch điện tử ( thế hệ 4), đặc biệt làtổng đài số được đặc trưng bởi việc tạo ra hệ thống thống nhất chuyển mạch và truyềndẫn thông tin Vào khoảng thập niên 60 của thế kỉ 20 , xuất hiện sản phẩm tổng đàiđiện tử số là sự kết hợp giữa công nghệ điện tử với kỹ thuật máy tính Tổng đài điện tử

số công cộng đầu tiên ra đời được điều khiển theo chương trình ghi sẵn SPC(StoredProgram Control), được giới thiệu tại bang Succasunna ,Newjersey, USA vào tháng 5năm 1965 Trong những năm 70 hàng loạt các tổng đài thương mại điện tử số ra đời Một trong những tổng đài đó là tổng đài E10 của CIT-Alcatel được sử dụng tạiLannion ( France) Và tháng 1 năm 1976 Bell đã giới thiệu tổng đài điện tử số côngcộng 4ESS Hầu hết cho đến giai đoạn này các tổng đài điện tử số đều sử dụng hệthống chuyển mạch là số và các mạch giao tiếp thuê bao thường là analog , các đườngtrung kế là số Một trường hợp ngoại lệ là tổng đài DMS100 của Northern Telecom

đưa vào năm 1980 dùng toàn bộ kỹ thuật số đầu tiên trên thế giới Hệ thống 5ESS củahang AT &T được đưa vào năm 1982 đã cải tiến rất nhiều từ hệ thống chuyển mạch4ESS và đã có các chức năng tương thích với các dịch vụ ISDN Sau đó hầu hết các hệthống chuyển mạch số đều đưa ra cấu hình hỗ trợ cho các dịch vụ mới như ISDN, dịch

vụ cho mạng thông minh, và các tính năng mới tương thích với sự phát triển của mạnglưới Vào những năm 1996 khi mạng Internet trở thành bùng nổ trong thế giới côngnghệ thông tin , nó đã tác động mạnh mẽ đến công nghiệp viễn thông và xu hướng hội

tụ các mạng máy tính, truyền thông , điều khiển , viễn thông trở thành một bài toán cầngiải quyết Công nghệ viễn thông đang biến đổi theo hướng tất cả các loại hình dịch vụhình ảnh âm thanh , thoại sẽ được tích hợp và chuyển mạch qua các hệ thống chuyểnmạch Một mạng có thể truyền băng rộng với các loại hình dịch vụ thoại và phi thoại,tốc độ cao và đảm bảo được chất lượng phục vụ(QoS) đã thành cấp thiết trên nền tảngcủa một kỹ thuật mới: Kỹ thuật truyền tải không đồng bộ ATM và trên đó là các ứngdụng cho thoại và phi thoại Các hệ thống chuyển mạch điện tử số cũng phải dần thayđổi theo hướng này các tổng đài chuyển mạch băng rộng ra đời Hiện nay rất nhiều cáccấu kiện và thiết bị chuyển mạch quang đã được nghiên cứu, phát triển và đã đượctriển khai ở một số nước à trong tương lai không xa các hệ thống chuyển mạch quangbăng rộng sẽ thay thế cho hệ thống chuyển mạch hiện tại để cung cấp các chuyểnmạch tốc độ cao và độ rộng băng lớn

Sự khác biệt này bắt đầu từ những năm 1980, PSTN chuyển hướng tiếp cậnphương thức truyền tải bất đồng bộ ATM để hỗ trợ đa phương tiện và QoS , sau đóchuyển hướng sang công nghệ kết hợp với IP để chuyển mạch nhãn đa giao thức hiệnnay Trong khi đó Internet đưa ra một tiếp cận hơi khác so với PSTN qua giải pháptriển khai kiến trúc phân lớp dịch vụ CoS ( class of service) và hướng tới đảm bảo chấtlượng dịch vụ QoS thông qua mô hình tích hợp dịch vụ IntServ và phân biệt dịch vụDiffServ, các chiến lược của Internet theo hướng tương thích với IP, mạng quang vàhướng tới mạng chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS(generalizedmultiprotocol label switch) Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS ra đờivào năm 2001 là sự nỗ lực kết hợp hai phương thức chuyển mạch hướng kết nối(ATM,ER) với công nghệ chuyển mạch phi kết nối (IP), công nghệ chuyển mạch nhãn

đa giao thức MPLS định nghĩa khái niệm nhãn( Label ) nằm trên một lớp giữa lớp 2 và

3 trong mô hình OSI , với mục tiêu tận dụng tối đa các ưu điểm của chuyển mạch phầncứng (ATM, ER) àsự mềm dẻo , linh hoạt của các phương pháp định tuyên trong IP.Một số quốc gia có hạ tầng truyền tải cáp quang đã phát triển tốt có xu hướng sử dụngcác kỹ thuật chuyển mạch quang và sử dụng các công nghệ trên nền quang nhưGMPLS, IP qua công nghệ ghép bước song quang WDM ( wavelength divisionmultiplexing) , kiến trúc chuyển mạch trong mạng thế hệ kế tiếp NGN

CHƯƠNG II: CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH CƠ BẢN

I Chuyển mạch kênh

1 Giới thiệu về chuyển mạch kênh

Đây là phương pháp được sử dụng từ lâu trong mạng điện thoại PSTN Ngày nayphương pháp này vẫn được sử dụng trong mạng ISDN Nó sử dụng phương pháp ghépkênh theo thời gian TDM Trong đó thông tin trên 1 kênh được truyền theo 1 chu kỳđều đặn 125 Us ở 1 khe thời gian cố định , tập hợp các khe thời gian trong khoảng125Us tạo thành 1 khung thời gian Kênh truyền trong mạng chuyển mạch kênh làkênh thực được thiết lập trước khi yêu cầu thiết lập cuộc gọi trong mạng Do đóphương pháp nàythiêu stinhs mềm dẻo do thông tin phải truyền theo 1 tần số cố địnhdẫn tới giới hạn về mặt tốc độ và không thích hợp cho việc truyền các dịch vụ băngrộng có đặc điểm khác nhau

Hình 2.1 Chuyển mạch kênh

Để khắc phục sự thiếu mềm dẻo của chế độ truyền đơn tốc độ trong chuyển mạchkênh người ta đưa ra hệ thống chuyển mạch kênh đa tốc độ MRCS( maltirate circuitswiching) Các đường nối trong MRCS được chia thành n kênh cơ bản gồm khung thờigian có độ dài khác nhau , mọi cuộc liên lạc có thể xây dựng từ n kênh này Thôngthường các kênh cơ bản cho 1 cuộc nối là:

Các tài nguyên trong hệ thống chuyển mạch kênh tốc độ cao FCS( fast circuitswiching) chỉ được cung cấp khi thông tin được gửi đi Sau khi gửi xong thông tin tàinguyên được giải phóng trở lại Sự cung cấp này được thiết lập mỗi lần gửi như trong

trường hợp chuyển mạch gói nhưng dưới sự điều khiển của tín hiệu báo hiệu liên kếtnhanh ( fast ‘associated’ signaling) chứ không nằm trong chuyển mạch gói.

Khi thiết lập cuộc gọi người sử dụng yêu cầu độ rộng của băng tần bằng sốnguyên lần độ rộng băng của kênh cơ bản Hệ thống dlúc này chưa cung cấp tàinguyên ngay mà nó ghi lại các thông tin về chuyển mạch , thông tin về độ rộng băngtheo yêu cầu , thông tin về địa chỉ của đích được chọn Khi bên phát bắt đầu gửi thôngtin lúc này hệ thống báo hiệu rằng bên phát có thông tin được gửi đi yêu cầu chuyểnmạch để phân phối tài nguyên ngay lập tức Qua đây có thể thấy FCS khá phức tạp vàkhông thích hợp cho B-ISDN vì khả năng thiết lập , hủy bỏ cuộc nối và điều khiển cả

hệ thống rất phức tạp , không đáp ứng được yêu cầu về mặt thời gian

2 Định nghĩa trường chuyển mạch

Chuyển mạch kênh được hiểu là kỹ thuật chuyển mạch đảm bảo việc thiết lậpcác đường truyền dẫn dành riêng cho việc truyền tin của một quá trình thông tin giữahai hay nhiều thuê bao khác nhau

.Chuyển mạch kênh được ứng dụng cho việc liên lạc một cách tức thời mà ở

đó quá trình chuyển mạch được thực hiện một cách không tạo cảm giác về sự chậm trễ(tính thời gian thực)

Chuyển mạch kênh tín hiệu số là quá trình kết nối ,trao đổi thông tin các khethời gian giữa một số đoạn của tuyến truyền dẫn TDM số

3 Phân loại chuyển mạch kênh

Dựa vào dạng tín hiệu đi qua trường chuyển :

+ Chuyển mạch tưong tự

+ Chuyển mạch số

* Nhược điểm của chuyển mạch tương tự

 Trường chuyển mạch có cấu trúc phân tầng, nhiều tầng nên quá trình khaithác sẽ có tổn thất lớn,đồng thời việc khắc phục ảnh hưởng lẫn nhau giữa các phần tửchuyển mạch rất khó khăn

 Tín hiệu đi qua trường chuyển mạch bị suy hao nhiều và suy hao này rất khácnhau đối với các tiếp điểm chuyển mạch khác nhau

 Không xác định được độ trễ thời gian cho tín hiệu trong kênh thoại khi quatrường chuyển mạch

 Gây tạp âm lớn

 Trường chuyển mạch cồng kềnh và có giá thành cao

 Các nhược điểm này sẽ được khắc phục khi sử dụng trường chuyển mạch số

II Chuyển mạch gói

1 Giới thiệu về chuyển mạch kênh

Kĩ thuật chuyển mạch gói ngày nay đã trở thành một kĩ thuật rất có tiềm năng vàquan trọng trong lĩnh vực Viễn thông bởi vì nó cho phép các nguồn tài nguyên viễnthông sử dụng một cách hiệu quả nhất Chuyển mạch gói có thể thích ứng với rất nhiềukiểu loại dịch vụ và yêu cầu của người sử dụng Trên thế giới ngày nay, mạng chuyểnmạch gói cũng đang được phát triển rất mạnh mẽ và sử dụng chủ yếu cho các dịch vụtruyền thông số liệu giữa các máy tính Tuy vậy chuyển mạch gói cũng đang thể hiệnhiệu quả và tính hấp dẫn của nó cho các dịch vụ viễn thông khác như điện thoại, Video

và các dịch vụ băng rộng khác

Transaction / Message có độ dài L

Đầu Trường tin CRC Trường tin có độ dài tới M bit

(M>=N)

Tiêu đề Tải tin (Tới Nbit) CRC

Segment#1 Segment#2 … Segment#n

Bản tin

Segment

Gói

Hình 2.5: Nguyên lý phân đoạn và tạo gói

Nguyên lý của chuyển mạch gói là dựa trên khả năng của các máy tính tốc độ cao

và các cách thức để tác động vào bản tin cần truyền sao cho có thể phân đoạn các cuộcgọi, các bản tin hoặc các giao dịch (Transaction) thành các thành phần nhỏ gọi là

“Gói” tin Tuỳ thuộc vào việc thực hiện và hình thức của thông tin mà có thể có nhiềumức phân chia Ví dụ một cách thực hiện phổ biến được áp dụng của chuyển mạch góihiện nay là bản tin của Người sử dụng được chia thành các Segment (đoạn) và sau đócác Segment lại được chia tiếp thành các gói (Packet) có kích thước chuẩn hoá CácSegment sau khi được chia từ Bản tin của người sử dụng sẽ được xử lý chuẩn hoá tiếpbằng cách dán “Đầu” (Leader) và “Đuôi” (Trailer), như vậy chúng chứa ba trường sốliệu là: Đầu chứa địa chỉ đích cùng các thông tin điều khiển mà mạng yêu cầu ví dụnhư số thứ tự của Segment #, mã kênh Logic để tách các thông tin người sử dụng đãghép kênh, đánh dấu Segment đầu tiên và Segment cuối cùng của bản tin và nhiềuthông tin khác liên quan tới chức năng quản lý và điều khiển từ “Đầu cuối-tới-Đầucuối”

Đối với các gói tin truyền qua mạng chuyển mạch gói còn phải chứa các mẫu tạokhung để đánh dấu điểm đầu và điểm cuối của mỗi gói Tiêu đề (Header) của góitương tự như Đầu của Segment, ngoài ra nó còn có thêm các thông tin mà mạng yêucầu để điều khiển sự truyền tải cuả các gói qua mạng, ví dụ như thông tin cần bổ sungvào tiêu đề của gói là địa chỉ nguồn, địa chỉ đích, số thứ tự của gói và các khối số liệuđiều khiển để chống vòng lặp, quản lý QoS, suy hao, lặp gói v.v

Trường kiểm soát lỗi CRC cho phép hệ thống chuyển mạch gói phát hiện sai lỗixảy ra trong gói nếu có, nhờ đó đảm bảo yêu cầu rất cao về độ chính xác truyền tin Tổng số tin chứa trong các trường số liệu Đầu của Segment và Tiêu đề của Gói

là rất quan trọng Thông thường các trường số liệu này có khoảng từ 64 đến 256 bittrong tổng số N khoảng 1000 bit

Hình 2.6: Mạng chuyển mạch gói

Các gói tin sẽ được chuyển qua mạng chuyển mạch gói từ nút chuyển mạch nàytới nút chuyển mạch khác trên cơ sở “Lưu đệm và phát chuyển tiếp“, nghĩa là mỗi nútchuyển mạch sau khi thu một gói sẽ tạm thời lưu giữ một bản sao của gói vào bộ nhớđệm cho tới khi cơ hội phát chuyển tiếp gói tới nút tiếp theo hay thiết bị đầu cuối củangười sử dụng được đảm bảo chắc chắn Bởi vì mọi quá trình thông tin được cắt nhỏthành các gói giống nhau nên các bản tin dù dài hay ngắn đều có thể chuyển qua mạngvới sự ảnh hưởng lẫn nhau ít nhất và nhờ sự chuyển tải các gói qua mạng được thựchiện trong thời gian thực nên chuyển mạch có thể đáp ứng được yêu cầu hoạt độngmột cách nhanh chóng kể cả khi có sự thay đổi mẫu lưu lượng hoặc khi có sự cố ở mộtthành phần khác của mạng

Hình 2.2 a) minh hoạ nguyên tắc hoạt động của mạng chuyển mạch gói Các bảntin của người sử dụng từ thiết bị đầu cuối phát A sẽ không được gửi đi một cách tức thì

và trọn vẹn qua mạng tới thiết bị đầu cuối thu B như trong mạng chuyển mạch bản tin,

mà sẽ được cắt và tạo thành các gói chuẩn ở nút chuyển mạch gói nguồn PSWS Mỗigói sẽ được phát vào mạng một cách riêng rẽ độc lập và chúng sẽ dịch chuyển về nútchuyển mạch gói đích PSWĐ theo một đường dẫn khả dụng tốt nhất tại bất kỳ thờiđiểm nào, đồng thời mỗi gói sẽ được kiểm tra giám sát lỗi trên dọc đường đi

2 Định nghĩa chuyển mạch gói

Là một loại kỹ thuật gửi dữ liệu từ máy tính nguồn đến máy tính đích qua mạngdùng một loại giao thức thỏa mãn 3 điều kiện sau:

+ Dữ liệu cần vận chuyển chia nhỏ ra thành các gói ( hay khung) có kích thước(size) và định dạng (format) xác định

+ Mỗi gói sẽ được chuyển riêng rẽ và có thể đến nơi nhận bằng các đườngtruyền ( router) khác nhau Như vậy chúng có thể dịch chuyển trong vùng thời gian.+ Khi toàn bộ các gói dữ liệu đã đến nơi nhận thì chúng sẽ được hợp lại thành

dữ liệu ban đầu

+ Đặc điểm chính của chuyển mạch gói là sử dụng phương pháp kết hợp tuyếntruyền dẫn theo yêu cầu Mỗi gói được truyền thông tin đi ngay sau khi đường thôngtin tương ứng rỗi Nhu vậy các đường truyền dẫn có thể phối hợp sử dụng một số lớncác nguồn tương đối ít hoạt động

3 Cơ sở kỹ thuật chuyển mạch gói

Kỹ thuật chuyển mạch gói dựa trên nguyên tắc chuyển đổi thông tin qua mạng

dưới dạng gói Gói tin là thực thể truyền thông hoàn chỉnh gồm 2 phần : tiêu đề mangcác thông tin điều khiển của mạng hoặc người sử dụng và tải tin là dữ liệu thực cầnchuyển qua mạng Qúa trình chuyển thông tin qua mạng chuyển mạch gói được coi làmạng chiua sẻ tài nguyên Các gói tin sẽ chuyển giao từ các nút mạng này tới các nútmạng khác trong mạng chuyển mạch gói theo nguyên tắc lưu đệm và chuyển tiếp ,

PSWS

User A

nên mạng chuyển mạch gói còn được coi là mạng giao trong khi mạng chuyển mạchkênh được coi là mạng trong suốt đối với dữ liệu người sử dụng.

Trên hướng tiếp cận tương đối đơn giản từ khía cạnh dịch vụ cung cấp , cácdịch vụ được cung cấp trên mạng viễn thông chia thành dịch vụ thoại và dịch vụ phithoại, trong đó đại diện cho dịch vụ phi thoại là dịch vụ số liệu Chúng ta hiểu rằng , sốhóa và gói hóa thoại là hai vấn đề hoàn toàn khác nhau Trong mạng chuyển mạch điệnthoại công cộng PSTN hiện nay tín hiệu thoại đã được số hóa , và kỹ thuật chuyểnmạch truyền thống được áp dụng là kỹ thuật chuyển mạch kênh Dữ liệu thoại chỉđược gọi là đã gói hóa nếu những gói này được chuyển tải trên mạng chuyển mạchgói Trong mục này chúng ta sẽ xét những vấn đề kỹ thuật chuyển mạch cơ bản đượcứng dụng trong hệ thống chuyển mạch : Kỹ thuật chuyển mạch kênh và kỹ thuậtchuyển mạch gói Mạng điện thoại công cộng được phát triển trên mạng chuyển mạchkênh đẻ cung cấp các dịch vụ thoại truyền thống Các mạng dữ liệu như các mạng cục

bộ LAN , mạng Internet là mạng chuyển mạch gói rất thích hợp để trao đổi dữ liệu

Bảng 2.1 So sánh một số đặc điểm của dịch vụ thoại và dữ liệu

Băng thông

Bùng phát băng thông

Nhạy cảm với lỗi

Phát lại thông tin

Độ trễ

Kiểu kết nối

Cố định và thấp(dưới 4kb)Không

Thoại lại nếu có lỗiKhông thể thực hiện đượcThấp và ổn định

Hướng kết nối

Thay đổiLớn(100/1000:1)Không cho phép lỗiThực hiện dễ dàngLớn và có thể thay đổi

Có thể là phi kết nối

Các dịch vụ thoại trong mạng PSTN hiện nay sử dụng kỹ thuật điều chế PCM

và chiếm băng thông lớn hơn cho mỗi cuộc gọi thì chất lượng cuộc gọi thoại cũngkhông vì thế mà tốt hơn Trái lại đối với các dịch vụ dữ liệu băng thông rất quantrọng.Một số ứng dụng đòi hỏi băng thông tới 1Gb/s hoặc cao hơn

4 Nguyên tắc cơ bản của chuyển mạch gói

Unicast và multicast: các kết nối trong mạng viễn thông thường là các kết nốiđiểm tới điểm Vì vậy lưu lượng đưa vào một đầu vào của ma trận chuyển mạch chỉyêu cầu duy nhất một đầu ra Tuy nhiên các ứng dụng nhue video/audio hội nghị hayquảng bá dữ liệu lại yêu cầu nhiều đầu ra đồng thời Để hỗ trợ chuyển mạch đa hướng

hệ thống chyển mạch được bổ sung them cơ chế sao cho phép dữ liệu giữa các đầu vào

và đầu ra

Độ thông qua và tốc độ ( speedup) : độ thông qua của trường chuyển mạch đượcđịnh nghĩa như là tỉ số của tốc độ đầu rat rung bình trên tốc độ đầu vào trung bình khitất cả các đầu có lưu lượng chiếm 100% tại tốc độ đường dây Độ thông qua củatrường chuyển mạch là dương và hỏ hơn bằng 1

Nghẽn và tranh chấp đầu ra: vấn đề tắc nghẽn và tranh chấp đầu ra thường xảy ratại các trường chuyển mạch không gian , đối với trường chuyển mạch thời gian vấn đềtắc nghẽn được xử lý tại bộ ghép kênh Hiện tượng tắc nghẽn có ngụ ý các xung độtkhông tự giải quyết tại các vị trí khác nhau của trường chuyển mạch Tranh chấp đầu

ra xảy ra khi có nhiều hơn một yêu cầu đầu vào cùng muốn kết nối tới đầu ra cùng một

thời điểm

Đặc tính kết nối: một quy trình kết nối gồm 3 giai đoạn tách biệt: thiết lập kết nối, truyền thông tin và giải phóng kết nối

III Mô hình hệ thống mở OSI

Trong khoảng những năm 70, công nghiệp máy tính bắt đầu phát triển rất mạnh

và nhu cầu kết nối thông tin qua mạng tăng lên rất nhanh Các hệ thống máy tính cầntrao đổi thông tin qua rất nhiều hình thái khác nhau của mạng Hệ thống mở ra nhằmtiêu chuẩn hóa cho tất cả các đấu nối gọi là mô hình kết nối hệ thống mở OSI

Mục tiêu mô hình OSI là đảm bảo rằng bất kỳ một xử lý ứng dụng nào đềukhông ảnh hưởng tới trạng thái nguyên thủy của dịch vụ hoặc các xử lý ứng dụng giaotiếp trực tiếp với các hệ thống máy tính khác trên cùng lớp ( nếu các hệ thống cùngđược hỗ trợ theo tiêu chuẩn OSI) Mô hình OSI cung cấp một khung làm việc tiêuchuẩn cho các hệ thống Cấu trúc phân lớp được sử dụng trong mô hình là có 7 lớp , cóthể phân loại thành 2 vùng chính

Hình 2.7 Mô hình phân lớp OSI RM

+ Lớp thấp cung cấp các dịch vụ cầu cuối – tới – đầu cuối đáp ứng phương tiệntruyền số liệu, các chức năng hướng về phía mạng từ lớp 3 tới lớp 1

+ Lớp cao cấp các dịch vụ ứng dụng đáp ứng truyền thông tin, các chức nănghướng về người sử dụng từ lớp 4 đến lớp 7

Mô hình OSI có thể chia thành 3 môi trường truyền dẫn

+ Môi trường mạng : liên quan tới các giao thức , trao đổi các bản tin và các tiêuchuẩn liên quan tới các kiểu mạng truyền thông số liệu khác nhau

+ Môi trường OSI: cho phép them vào các giao thức hướng ứng dụng và các tiêuchuẩn cho phép các hệ thống kết cuối trao đổi thông tin tới hệ thống khác theo hướng

Lớp truyền tảiLớp phiênLớp trình diễn

Lớp liên kết dữ liệu

+ Môi trường hệ thống thực : xây dựng trên mô hình OSI và liên quan tới đặctính dịch vụ và phần mềm của người sản xuất , nó được phát triển để thực hiện nhiệm

vụ xử lý thông tin phân tan strong thực tế

Những môi trường này cung cấp những đặc tính sau:

+ Giao tiếp giữa các lớp

+ Chức năng của các lớp, giao thức định nghĩa tập hợp của những quy tắc vànhững quy ước sử dụng bởi lớp để giao tiếp với một lớp tương đương tương tự trong

hệ thống từ xa khác

+ Mỗi lớp cung cấp một tập định nghĩa của dịch vụ tới lớp kế cận

+ Một thực thể chuyển thông tin phải đi qua từng lớp

Các chức năng chi tiết của các lớp được định nghĩa trong tiêu chuẩn OSI 7498

và chuẩn X.200 của ITU-T Các đặc tính cơ bản được tóm tắt như sau:

+ Đặc tính hướng kết nối yêu cầu các giai đoạn kết nối phân biệt gồm: thiết lậpkết nối , truyền thông tin và giải phóng kết nối Một kiểu kết nối khác đối ngược vớikiểu hướng kết nối là kiểu phi kết nối Phi kết nối cho phép các thực thể hiện trong cáctiêu đề thực thể thông tin.Các giai đoạn kết nối như trong chuyển mạch kênh khôngcòn tồn tại mà thay vào đó là phương pháp chuyển theo một giai đoạn duy nhất gồm cả

3 giai đoạn

Sự khác biệt giữa chuyển mạch bản tin và chuyển mạch gói nằm tại quá trình xử

lý bản tin, chuyển mạch gói thực hiện việc phân đoạn bản tin thành các thực thể phùhợp với đường truyền và cấu hình mạng, các gói có thể có kích thước thay đổi hoặc cốđịnh, phương pháp chuyển mạch với các gói có kích thước cố định được gọi là chuyểnmạch tế bào Như vậy một bản tin người dùng có thể phân thành nhiều gói Sau quátrình chuyển mạch các gói sẽ được tái hợp để hoàn nguyên lại thông tin của người sửdụng

Hình 2.8 Các phương pháp chuyển mạch cơ bản

Kỹ thuật chuyển mạch gói cho phép kết nối thông tin từ đầu cuối qua quá trìnhchia sẻ tài nguyên, sử dụng các tập thủ tục và các kết nối có tốc độ khác nhau đểtruyền các gói tin và có thể chuyển gói trên nhiều đường dẫn khác nhau Có hai kiểuchuyển mạch gói cơ bản: chuyển mạch data gram DG và chuyển mạch kênh ảo VC(virtual circuit)

Thời gian

gói

Thiết lập+truyền+giải phóng

a) chuyển mạch

kênh b) chuyển mạch bản tin

c) chuyển mạch gói

Hình 2.9 Đóng gói dữ liệu theo mô hình OSI

Chuyển mạch datagram: chuyển mạch datagram cung cấp cho các dịch vụkhông yêu cầu thời gian thực Việc chuyển gói tin phụ thuộc vào các giao thức lớp caohoặc đường liên kết dữ liệu Chuyển mạch kiểu datagram không cần giai đoạn thiết lậpkết nối và rất thích hợp đối với dạng dữ liệu có lưu lượng thấp và thời gian tồn tạingắn

Chuyển mạch kênh ảo : yêu cầu giai đoạn thiết lập tuyến giữa thiết bị gửi vàthiết bị nhận thông tin , một kênh ảo được hình thành giữa thiết bị trong đường dẫnchuyển mạch; kênh ảo là kênh chỉ được xác định khi có dữ liệu truyền qua và khôngphụ thuộc vào logic thời gian

Hình 2.10 Chuyển mạch datagram và chuyển mạch kênh ảo

CHƯƠNG III KĨ THUẬT CHUYỂN MẠCH ATM

I Giới thiệu chung về ATM

1 Sự ra đời của ATM

ATM phương thức truyền tải không đồng bộ , cung cấp các dịch vụ băng rộngtương lai

ATM lần đầu tiên dược nghiên cứu tại trung tâm nghiên cứu CNET(của francetelecom) và Bell Lads vào năm 1983, sau đó tiếp tục phát triển tại trung tâm nghiêncứu Allatebell từ năm 1984 Các trung tâm này tích cực nghiên cứu những nguyên lý

cơ bản và góp tích cực trong công việc thiết lập các tiêu chuẩn đầu tiên về ATM.Hiện nay công nghệ ATM đã phát triển tới độ khá hoàn hảo và ổn định Côngnghệ này đã được nghiên cứu và triển khai tại nhiều nước trên thế giới Nhiều mạngATM đã được triển khai , bước đầu cung cấp dịch vụ băng rộng với khách hàng Việcứng dụng công nghệ ATM vào mạng viễn thông được bắt đầu vào năm 1990

ATM là sự kết hợp của công nghệ truyền dẫn và công nghệ chuyển mạch quamạng giao tiếp chuẩn , dựa vào công nghệ ATM để phân chia và ghép tiếng nói , sốliệu , hình ảnh… Vào trong một khối có chiều dài cố định gọi là tế bào

2 Khái niệm ATM

ATM là phương thức truyền không đồng bộ kỹ thuật chuyển mạch gói chất lượngcao Có phương thức truyền tải định hướng, chuyển gói nhanh dựa trên ghép khôngđồng bộ phân chia thời gian

ATM đã kết hợp tất cả những lợi thế của kỹ thuật chuyển mạch trước đây vàomột kỹ thuật truyền thông duy nhất Sử dụng các gói cố định gọi là các tế bào, nó cóthể truyền tải một hỗn hợp các dịch vụ bao gồm thoại, hình ảnh, số liệu, có thể cungcấp các băng thông theo yêu cầu ATM có thể loại trừ được các “ nút cổ chai “ thườngxảy ra ở các mạng LAN và WAN hiện nay

3 Đặt điểm của công nghệ ATM

Công nghệ ATM dựa trên cơ sở của phương pháp chuyển mạch gói, thông tinđược nhóm vào các gói tin có chiều dài cố định, ngắn; trong đó vị trí của gói khôngphụ thuộc vào đồng hồ đồng bộ và dựa trên nhu cầu bất kỳ của kênh cho trước Cácchuyển mạch ATM cho phép hoạt động với nhiều tốc độ và dịch vụ khác nhau

ATM có hai đặc điểm quan trọng :

- Thứ nhất, ATM sử dụng các gói có kích thước nhỏ và cố định gọi là các tế bàoATM , các tế bào nhỏ với tốc độ truyền lớn sẽ làm cho trễ truyền và biến động trễgiảm đủ nhỏ đối với các dịch vụ thời gian thực, cũng sẽ tạo điều kiện cho việc hợpkênh ở tốc độ cao được dễ dàng hơn

- Thứ hai, ATM có khả năng nhóm một vài kênh ảo thành một đường ảo nhằmgiúp cho việc định tuyến được dễ dàng

ATM khác với định tuyến IP ở một số điểm Nó là công nghệ chuyển mạchhướng kết nối Kết nối từ điểm đầu đến điểm cuối phải được thiết lập trước khi thôngtin được gửi đi ATM yêu cầu kết nối phải được thiết lập bằng nhân công hoặc thiếtlập một cách tự động thông qua báo hiệu Mặt khác, ATM không thực hiện định tuyếntại các nút trung gian Tuyến kết nối xuyên suốt được xác định trước khi trao đổi dữliệu và được giữ cố định trong suốt thời gian kết nối Trong quá trình thiết lập kết nối,

các tổng đài ATM trung gian cung cấp cho kết nối một nhãn Việc này thực hiện haiđiều: dành cho kết nối một số tài nguyên và xây dựng bảng chuyển tế bào tại mỗi tổngđài Bảng chuyển tế bào này có tính cục bộ và chỉ chứa thông tin về các kết nối đanghoạt động đi qua tổng đài

Bảng so sánh công nghệ IP và ATM

Bản chất Công nghệ

- Là một giao thức chuyểnmạch gói có độ tian cậy vàkhả năng mở rộng cao

- Do phương thức địnhtuyến theo từng chặng nên điều khiển lưu lượng rấtkhó thực hiện

- Sử dụng gói tin cóchiều dài cố định 53 byte gọi là tế bào(cell)

- Nguyên tắc định tuyếnchuyển đổi VPI/VCI

-Nền tảng phần cứng tốc độ cao

Ưu điểm

mềm dẻo hỗ trợ QoS theoyêu cầu

Nhược điểm

mềm dẻo trong hỗ trợnhững ứng dụng IP và VoA

4 Cấu trúc phân lớp của mạng ATM

a Mô hình tham chiếu của giao thức B-ISDN

Cấu trúc mạng B-ISDN về mặt logic bao gồm bốn lớp độc lập với nhau Bốn lớpnày được liên kết với nhau thông qua ba mặt phẳng: mặt phẳng người sử dụng (UserPlane), mặt phẳng điều khiển (Control Plane) và mặt phẳng quản lý (ManagementPlane) Cấu trúc của mô hình tham chiếu được trình bày trong hình 3.1)

Hình 3.1: Mô hình tham chiếu giao thức B-ISDN

CS : Lớp con hội tụ (Convergence Sublayer)

TC : Lớp con hội tụ truyền dẫn (Transmission Convergence)

PM: Lớp con đường truyền vật lý (Physical Medium)

b.So sánh mô hình tham chiếu giao thức B-ISDN với mô hình OSI

Mô hình tham chiếu của ATM không tương thích hoàn toàn với mô hình OSI.Tuỳ theo từng trường hợp cụ thể mà ta xem xét mô hình tham chiếu của ATM tươngđương với các lớp khác nhau của mô hình OSI Khi xét với các chức năng bên trênkhông thuộc ATM (IP, IPX ) thì lớp vật lý của ATM tương ứng với lớp 1 trong môhình OSI, lớp ATM và AAL tương ứng với lớp 2 của mô hình OSI, nhưng trường địachỉ trong phần tiêu đề của tế bào ATM lại có ý nghĩa như lớp thứ 3 của mô hình OSI Hình 3.2 chỉ ra mối quan hệ giữa mô hình tham chiếu của B-ISDN và mô hình 7 lớp OSI.

Hình 3.2: Mối quan hệ giữa mô hình của B-ISDN và mô hình 7 lớp OSI Mặt phẳng người sử dụng (User Plane)

Dòng thông tin tới các lớp trong mô hình được điều khiển trong User Plane, mặtphẳng này còn có các chức năng như sửa lỗi truyền dẫn, điều khiển tắc nghẽn, giám sátdòng dữ liệu

Mặt phẳng điều khiển (Control Plane)

Chịu trách nhiệm thiết lập, giải phóng và giám sát các kết nối ATM là cơ chếtruyền định hướng (Connection- Oriented) Điều này có nghĩa là mỗi kết nối trong lớpATM trước tiên phải được gán một bộ nhận dạng số duy nhất thông qua các thủ tụcbáo hiệu của mặt phẳng điều khiển Số này có thể là bộ nhận dạng đường ảo (VPI)hoặc bộ nhận dạng kênh ảo (VCI)

Mặt phẳng quản lý (Management Plane).

Mặt phẳng này có hai chức năng là quản lý mặt phẳng và quản lý lớp

Quản lý mặt phẳng phối hợp các chức năng và thủ tục của các mặt phẳng quản

lý Quản lý mặt phẳng chịu trách nhiệm về các chức năng như báo hiệu trao đổi vàdòng thông tin OAM để điều khiển các thủ tục báo hiệu (nghĩa là báo hiệu cho báohiệu) Chúng ta cần kênh này vì báo hiệu trong các mạng băng rộng phức tạp và rộnghơn báo hiệu kênh D trong N-ISDN

Thông tin về OAM được dùng để giám sát chất lượng mạng và quản lý lưu trữ tạilớp ATM

Chức năng của các lớp này được chỉ ra trong bảng 3.1

Bảng 3.1: Chức năng của các lớp trong B-ISDN