Chng I B ISDN víi ATM Gii ph¸p cho c¸c dÞch vô th«ng tin b¨ng réng §å ¸n tèt nghiÖp Tæng quan vÒ m¹ng ATM Trang PhÇn I Tæng quan vÒ m¹ng ATM Ch¬ng I B ISDN víi ATM Gi¶i ph¸p cho c¸c dÞch vô th«ng tin[.]
Đồ án tốt nghiệp Tổng quan mạng ATM Phần I : Tổng quan mạng ATM Chơng I : B-ISDN với ATM- Giải pháp cho dịch vụ thông tin băng rộng 1.1 Hiện trạng giới viễn thông ngày Hiện nay, mạng viễn thông giới tồn cách riêng rẽ Điều có nghĩa ứng với dịch vụ viễn thông riêng biệt có mạng tồn để vận chuyển dịch vụ Ta đa vài ví dụ mạng công cộng tồn tại: Dịch vụ điện thoại thông thờng POST (Plan Old Telephone Service) đợc vận chuyển qua mạng điện thoại chuyển mạch công cộng Mạng truyền số liệu bao gồm mạng chuyển mạch gói X.25 hệ thống truyền số liệu chuyển mạch kênh X.21 Mạng Telex đợc dùng để truyền điện dới dạng ký tự đà đợc mà hoá - Những tín hiệu truyền hình : truyền sóng vô tuyến dùng anten mặt đất, mạng cáp đồng trục hay đợc truyền qua vệ tinh Trong phạm vi riêng biệt, ta thờng dùng mạng cục LAN để vận chuyển liệu máy tính Nhìn chung mạng đợc thiết kế cách đặc biệt cho dịch vụ đặc thù chúng thờng không vận chuyển dịch vụ khác Ví dụ mạng truyền hình CATV không đợc phép truyền tín hiệu thoại hay mạng PSTN vận chuyển tín hiệu truyền hình; việc truyền tín hiệu thoại qua mạng X25 khó trễ truyền đầu cuối lớn không phù hợp với dịch vụ thời gian thực Nói theo cách khác mạng đợc thiết kế nhằm phục vụ dịch vụ Kết có tồn số lớn mạng độc lập khắp giới với yêu cầu thiết kế, sản xuất bảo trì khác Nh ta thấy hệ thống mạng viễn thông có nhiều nhợc điểm mà quan trọng : Phụ thuộc vào dịch vụ : Mỗi mạng có khả vận chuyển dịch vụ kiểu thông tin đặc biệt mà đợc thiết kế cho mục đích Chỉ có số giới hạn trờng hợp thích ứng cho nhiều loại dịch vụ khác nhng Trang : Đồ án tốt nghiệp Tổng quan mạng ATM phải có thiết bị bổ xung (nh Modem) víi mét hiƯu st sư dơng tµi nguyên mạng - Thiếu tính mềm dẻo : Sự tiến việc mà hoá âm thanh, hình ảnh tiếng nói giải thuật nén nh phát triển công nghệ tích hợp hệ thống cực lớn VLSI đà ảnh hởng tới tốc độ truyền tín hiệu Trong tơng lai dịch vụ với nhu cầu cha đợc biết trớc xuất hiện, mạng chuyên môn hoá có khó khăn lớn việc thích ứng với thay đổi với yêu cầu dịch vụ tơng lai - Kém hiệu : Những tài nguyên bên mạng đợc sử dụng cho mạng khác Đây hiệu suất việc sử dụng tài nguyên mạng 1.2 Sự đời hệ thống viễn thông B-ISDN với phơng thức truyền thông ATM Nh đà đề cập trên, yêu cầu có mạng viễn thông ngày trở nên thiết, nguyên nhân chủ yếu sau : Các yêu cầu dịch vụ băng rộng tăng lên - Các kỹ thuật xư lý tÝn hiƯu, chun m¹ch, trun dÉn ë tèc độ cao (cỡ khoảng vài trăm Mbps tới vài Gbps) đà trở thành thực Sự phát triển ứng dụng phần mềm lĩnh vực tin học viễn thông - Sự cần thiết phải tổ hợp dịch vụ phụ thuộc lẫn chuyển mạch kênh chuyển mạch gói vào mạng băng rộng Sự cần thiết phải thoả mÃn tính mềm dẻo cho yêu cầu khía cạnh phía ngời sử dụng nh ngời quản trị mạng (về mặt tốc độ truyền, chất lợng dịch vụ ) Mạng số hoá đa dịch vụ băng rộng B-ISDN đời xuất phát từ nhu cầu thiết thực tế Mạng B-ISDN đợc phát triển cách mở rộng khả mạng ISDN tồn với mục đích trang bị thêm loại tín hiệu băng rộng nhờ ảnh hởng tiêu chuẩn truyền dẫn quang đồng Mạng B-ISDN kết hợp tín hiệu thời gian thực nhóm tín hiệu kiệu nhờ cách phân bố băng rộng từ nhóm dịch vụ băng hẹp nh giám sát từ xa thiết bị truyền số liệu điện thoại Fax đến dịch vụ băng rộng bao gồm điện thoại thấy hình, hội nghị truyền hình truyền ảnh với độ xác cao, truyền số liệu tốc độ cao Để tạo đợc mạng B-ISDN nh vậy, giải pháp dùng ghép kênh thống bên tín hiệu khác với dạng tín hiệu nh xếp lại Trang : Đồ án tốt nghiệp Tổng quan mạng ATM víi theo thø tù nèi tiÕp ViƯc thèng bên tạo nên tế bào phơng pháp ghép kênh ATM gọi ATDM ( ghép kênh phân chia theo thời gian không đồng ) hệ thống truyền thông dựa sở tế bào ATM đợc gọi phơng pháp thông tin ATM 1.3 Các lĩnh vực công nghệ định tới đời phát triển ATM Có hai yếu tố ảnh hởng tới ATM, : Sự phát triển nhanh chóng công nghệ bán dẫn nh công nghệ quang điện tử Sự phát triển ý tëng míi vỊ kh¸i niƯm hƯ thèng 1.3.1 Sù phát triển kỹ thuật Trong năm gần đây, phát triển kỹ thuật lĩnh vực điện tử lẫn quang đà cho phép phát triển cách kinh tế mạng viễn thông hoạt động tốc độ cao *) Kỹ thuật bán dẫn Những hệ thống thông tin băng rộng phát triển dựa kỹ thuật khác nhau, có triển väng nhÊt lµ CMOS ( Complementary Metal Oxide Semiconductor), ECL ( Silicon Bipolar) vµ GaAs ( Gallium arsenide) *) Kü tht quang Kü tht quang cịng ph¸t triĨn mét c¸ch nhanh chóng Cáp quang đà đợc lắp đặt cho hệ thống truyền dẫn tốc độ cao nhiều năm Loại cáp quang mà đợc dùng B-ISDN cáp đơn mode tiềm cáp đơn mode cho hệ thống truyền dẫn băng rộng hầu nh không hạn chế 1.3.2 Những phát triển khái niệm hệ thống Một cách mạng lớn khái niệm hệ thống mạng hớng gói đà xảy Những lý thay đổi khái niệm nhu cầu mềm dẻo cao hơn, nhu cầu vận chuyển dịch vụ không đơn liệu tuý, đặc biệt dịch vụ tốc độ cao tiến kỹ thuật cho phép phát triển hệ thống tốc độ, chất lợng cao độ phức tạp lớn với giá chấp nhận đợc Những ý tởng bên thay đổi khái niệm, việc chức không đợc lặp lại nhiều lần mạng, dịch vụ yêu cầu chức đảm bảo chất lợng chức thực lần ý tởng vận dụng vào chức : Sự suốt thông tin suốt thời gian Trang : Tổng quan mạng ATM Đồ ¸n tèt nghiƯp 1.3.2 Sù st vỊ th«ng tin Đó khả vận chuyển thông tin mà lỗi sai xảy mạng, có nghĩa số lỗi sai từ đầu đến đầu tuyến thông tin chấp nhận đợc dịch vụ Trong mạng chuyển mạch gói đầu tiên, chất lợng môi trờng truyền Để đảm bảo chất lợng từ đầu cuối đến đầu cuối thông tin chấp nhận đợc thủ tục thông tin phải thực việc kiểm tra sai kết nối (hình 1.1a) Việc kiểm tra sai đợc thực giao thøc HDLC (High Level Data Link Control) Node chuyÓn mạch Đầu cuối 3 2b 2a Kiểm tra sai đầy đủ 3 Kiểm tra sai đầy đủ (a) Kiểm tra sai hạn chế Kiểm tra sai đầy 2a đủ 2a 1 Đầu cuối 3 2b Kiểm tra sai h¹n chÕ 2a (b) 1b 1a Kiểm tra sai đầy 1b đủ 1b 1a 1a 1b 1a Hình 1.1: (a) Kiểm tra sai đầy đủ mỗi(c)kết nối mạng chuyển mạch gói (b) KiĨm tra sai h¹n chÕ m¹ng chun tiÕp khung (c) Chun m¹ch cell m¹ng ATM Víi sù đời dịch vụ ISDN băng hẹp, chất lợng truyền dẫn chuyển mạch đợc tăng lên, nh giảm đợc lỗi sai mạng Trong mạng chất lợng cao nh vậy, cần thực chức cốt lõi thủ tục HDLC (Frame Trang : Tổng quan mạng ATM Đồ án tốt nghiệp Delimiting, Bit Transparency error checking) liên kết, chức khác nh chức phục hồi lỗi sai toàn kết nối từ đầu cuối đến đầu cuối Nh ta thấy hình 1.1b lớp mô hình hệ thống mở đợc chia thành lớp con, lớp 2a hỗ trợ chức lớp 2, lớp 2b hỗ trợ chức bổ xung Khái niệm đợc gọi chuyển tiếp khung (Frame Relay) đợc nhiều nhà khai thác viễn thông đa nh nâng cấp X.25 Đối với mạng B-ISDN chức điều khiển lỗi không đợc cung cấp nút chuyển mạch mạng Trong trờng hợp cần thiết, chúng đợc cung cấp thiết bị đầu cuối Ta tóm tắt lại thành bảng 1.1 Những chức thực bên mạng đợc giảm từ kiểm tra lỗi sai đầy đủ X.25 tíi mét sù tèi thiĨu thËt sù ATM Điều phản ánh phức tạp node bên mạng : node X.25 có độ phức tạp lớn, node frame relay có độ phức tạp nhỏ hơn, nh cho phép tốc độ cao ATM có độ phức tạp tối thiểu nên đạt tới tốc độ cao (ví dụ 600Mbps) Phát lại gói Định dạng khung Kiểm tra sai Chun m¹ch gãi X X X Chun tiÕp khung x x Chuyển mạch cell - Bảng 1.1 : Sự phát triển chức bên mạng Nh ta kết luận : việc tăng chất lợng mạng viễn thông, suốt thông tin đợc đảm bảo mà cần thực điều khiển sai đầu cuối, việc làm giảm độ phức tạp node mạng tạo khả tăng đợc tốc độ truyền 1.3.2.2 Sự suèt vÒ thêi gian Sù suèt vÒ thêi gian xác định khả mạng vận chuyển thông tin qua mạng từ nguồn tới đích với thêi gian tèi thiĨu, cã nghÜa lµ nã cã thĨ đ ợc chấp nhận dịch vụ mạng Một vài dịch vụ thời gian thực nh truyền âm thoại tốc độ 64kbps, điện thoại thấy hình yêu cầu trì hoÃn mạng phải ngắn Những hệ thống chuyển mạch gói chuyển tiếp khung khó mà hỗ trợ đợc dịch vụ loại Sở dĩ nh chúng có cấu tạo Trang : Tổng quan mạng ATM Đồ án tốt nghiệp hoạt động phức tạp từ trung bình đến cao node chuyển mạch, nh yêu cầu đệm gói kích thớc lớn, nh gây hoạt động với tốc độ từ trung bình tới thấp, chúng tạo trì hoÃn jitter tơng đối lớn trì hoÃn Điều làm cho vận chuyển đợc dịch vụ thời gian thực, nh mạng đảm bảo đợc suốt thời gian Ngợc lại, ATM cần chức tối thiểu node chuyển mạch, nh cho phép tốc độ vận chuyển cao, trì hoÃn qua mạng jitter trì hoÃn có giá trị nhỏ (vài trăm s), nh đảm bảo đợc độ trễ nhỏ đầu thu Nh vËy, cã thĨ kÕt ln r»ng : tèc ®é cao node ATM mạng, thực đợc suốt thời gian nh vận chuyển đợc dịch vụ thời gian thực qua mạng ATM 1.4 Ví dụ Để thấy rõ đợc tầm quan trọng mạng băng tổ hợp dịch vụ số băng rộng BISDN nh vai trò phơng thức truyền dẫn ATM hÃy xét ví dụ cụ thể truyền thông đa phơng tiện: Chúng ta hÃy xét đến thảo luận ký kết hợp đồng thơng mại qua mạng Trong hai bên đối tác nhìn đợc thông qua mét Video camera nèi víi m¸y tÝnh, cã thĨ giao tiếp với qua card âm thanh, đồng thời trình đàm phán đôi bên truyền số liệu có liên quan nh văn ký kết máy tính Máy tính hai bên có card giao tiếp ATM Nh vËy card giao tiÕp ATM nµy nhËn sè liƯu, tiếng thoại , hình ảnh Video cắt mảnh chúng thành tế bào có độ dài cố định ghép chúng thành luồng chung truyền chúng môi trờng truyền dẫn vật lý Mạng ATM Thoại Số liÖu Video User H P H P H Card giao tiếp ATM Hình 1.2 : Thông tin đa phơng tiện sư dơng m¹ng ATM Trang : Tỉng quan vỊ m¹ng ATM Đồ án tốt nghiệp Nh ta đà biết tín hiệu Video âm thoại nhạy cảm với thời gian : tín hiệu chậm trễ độ trễ thay đổi lớn Mất hình ảnh mặt ngời nói hay méo tiếng phá hoại chất lợng hội thoại thời gian thực ứng dụng đa phơng tiện Số liệu đợc gửi định hớng nối thông hay không theo nối thông Trong hai trờng hợp số liệu không nhạy cảm với thời gian thực nh Video tiếng nói Tuy nhiên số liệu nhạy cảm với lỗi, ATM cần phải phải biệt đợc tiếng, Video số liệu, dành u tiên lu lợng cho tiếng Video đảm bảo trễ giới hạn cho hai thông tin đồng thời đảm bảo tỉn thÊt lu lỵng sè liƯu ë møc thÊp nhÊt 1.5 Tóm tắt Chơng đà trình bày đặc điểm mạng viễn thông nh mặt hạn chế chúng Từ đặt vấn đề cần phải có mạng tổ hợp băng rộng B-ISDN phục vụ tất loại dịch vụ đáp ứng nhu cầu dịch vụ thông tin băng rộng ngày tăng ATM đợc lựa chọn nh kiểu truyền cho mạng Sự phát triển kỹ thuật ATM kết phát triển công nghệ nh công nghệ bán dẫn, công nghệ quang điện tử nh sù ph¸t triĨn kh¸i niƯm hƯ thèng I) II) III) Chơng II : Các khái niệm ATM Chế độ truyền dẫn dị ATM công nghệ ghép kênh chuyển mạch theo tế bào, đợc đề nghị sử dụng cho mạng băng rộng tích hợp dịch vụ BISDN ATM đợc phát triển mở rộng để cung cấp loại dịch vụ : dịch vụ băng rộng, dịch vụ băng hẹp, dịch vụ thời gian thực nh dịch vụ không cần thời gian thực ATM có hai đặc điểm quan trọng : Thứ nhất, ATM sử dụng gói có kích thớc nhỏ cố định, gọi tế bào ATM (ATM cell) Các tế bào nhỏ với tốc độ truyền dẫn lớn (có thể lên tới 600Mbps) làm cho trễ truyền biến động trễ (Delay jitter) giảm nhỏ dịch vụ thời gian thùc Ngoµi kÝch thíc tÕ bµo nhá cịng sÏ tạo điều kiện cho việc hợp kênh tốc độ cao đợc dễ dàng Trang : Tổng quan mạng ATM Đồ án tốt nghiệp - Thứ hai, ATM có khả nhóm vài kênh ảo (virtual channel) thành đờng ảo (virtual path) nhằm giúp cho việc định tuyến đợc dễ dàng 2.1 Tế bào ATM 2.1.1 CÊu tróc tÕ bµo ATM TÕ bµo ATM lµ khèi tín hiệu phơng pháp truyền tin ATM Theo quy định ITU-T số tổ chức quốc tế khác, tế bào ATM cấu tạo từ 53 byte byte đợc dành cho phần tín hiệu ghép đầu (overhead), 48 byte lại đợc dành cho phần thông tin Hình 2.1 miêu tả cấu trúc tế bào ATM Các bit tế bào đợc truyền đờng truyền dẫn theo thứ tự từ trái qua phải kỹ thuật PDH,SONET/SDH Byte 48 Byte Tiêu đề (Overhead) GFC VPI T¶i träng (Payload) VCI PT CLP HEC GFC (General Flow Control) : Điều khiển lu lợng chung VPI (Virtual Path Identify) : Nhận dạng đờng ảo VCI (Virtual Channel Identify) : Nhận dạng đờng ảo PT (Payload Type) : Dạng tải trọng CLP (Cell Loss Priority) : Ưu tiên tổn thất tế bào : Kiểm tra lỗi tế HEC (Header Error Check) bào kênh chuyển mạch mạng ATM đợc Toàn thông tin đợc ghép thực tế bào có độHình dài cố Phần ghép đầu đợc chia thành 2.1định : Cấu trúc tín tế hiệu bào ATM phần điều khiển chung cho luồng tín hiệu GFC (General Flow Control), phần tín hiệu xác định đờng ảo VPI (Virtual Path Identify), xác định kênh ảo VCI (Virtual Channel Identify), loại tải PT (Payload Type), tín hiệu xác định tế bào u tiên CLP tín hiệu kiểm tra lỗi phần tín hiệu ghép đầu HEC 2.1.2 Các loại tế bào ATM cell Chúng ta phân loại tế bào ATM theo chức phân loại theo vị trí tế bào đợc sử dụng mạng Trang : Tổng quan mạng ATM Đồ án tốt nghiệp 2.1.2.1 Phân loại theo chức Chúng ta có số loại tế bào sau : a) Idle cell Idle cell cho phÐp tèc ®é trun dẫn cell phù hợp với băng thông truyền dẫn Nếu cell để đa vào băng thông cho trớc Idle cell đợc xen vào Nhờ giữ đợc đồng cho tốc độ truyền dẫn môi trờng vật lý Loại tế bào không đợc đa đến lớp ATM b) Unassigned cell Loại cell có VPI VCI hẳn hoi nhng vùng Payload trèng c) C¸c OAM cell cđa líp vËt lý Đối với phơng pháp phát trực tiếp cell vào lớp vật lý (sẽ đợc tìm hiểu kỹ phần sau), cell thứ 27 đợc dùng để mang thông tin OAM liên quan đến lớp vật lý Khi lớp vật lý thu cell không đợc đa đến lớp ATM d) Các VP/VC cell Các cell dùng cho việc thông tin liên lạc bên kênh ảo đờng ảo Chúng ta kể mét sè lo¹i sau: Cell dïng cho viƯc trun Data cđa ngêi sư dơng - Cell dïng cho viƯc b¸o hiƯu Meta-signalling - Cell dïng cho viƯc b¸o hiƯu Broad-band signalling - C¸c VC OAM cell e) C¸c VP/VC OAM cell Các cell dùng để truyền dòng thông tin F4, F5 Các cell cho phép kiểm tra giám sát chất lợng nh tính sẵn sàng đờng ảo kênh ảo 2.1.2.2 Phân loại theo vị trí sử dụng mạng Có hai dạng tế bào đợc sử dụng mạng : tế bào đợc sư dơng t¹i giao diƯn ngêi sư dơng víi m¹ng UNI (User Network Interface) loại tế bào đợc sư dơng t¹i giao diƯn m¹ng víi m¹ng NNI ( Network-Network Interface) Chúng đợc phân biệt với nhờ byte tiêu đề a) UNI header Chúng ta tìm hiĨu cÊu tróc tÕ bµo ATM ë giao diƯn UNI qua h×nh vÏ sau : Bit GFC VPI VPI VCI VCI Trang : Byte VCI PT HEC Đồ án tốt nghiệp CLP Tổng quan về5mạng ATM Hình 3.5 : Cấu trúc phần Header tÕ bµo ATM UNI *) Vïng GFC (Generic Flow Control): Gồm bit dùng để điều khiển chức cục nh truyền truy suất gửi cell ATM LAN Nã chØ cã ý nghÜa côc Vùng GFC dùng để phân biệt hai mô hình hoạt động sau : Controlled Access : mô hình bit GFC mang giá trị xác định để điều khiển dòng data cục (báo hiệu cho mạng làm để hợp kênh tế bào cđa c¸c cc nèi kh¸c nhau) Uncontrolled Access : Vïng GFC chức mô hình Tất Station cho bit lỗi phải báo cáo cho vùng quản lý lớp *) Vùng địa (VPI/VCI) Có 24 bit địa UNI đợc dùng cho việc nhận dạng kênh ảo VCI đờng ảo VPI : bit dïng cho VPI vµ 16 bit dïng cho VCI *)Vïng PT (Payload type) Cã bÝt dïng cho viÖc nhËn dạng thông tin Vùng Payload type đợc dùng để phân biệt cell ngời sử dụng Nội dung bit vùng đợc xác định phần sau Giá trị mặc định 000 *) Vïng CLP (Cell Lost Priority) Vïng CLP cho phÐp ph©n biệt cell có độ u tiên cao độ u tiên thấp Nếu CLP có giá trị cell có độ u tiên thấp, cell có giá trị có độ u tiên cao Trong trờng hợp dung lợng truyền dẫn kết nối bị tải cell có độ u tiên thấp bị tớc bỏ trớc tiên *) Vïng HEC (header error control) Trang :