Công nghệ ATM Mở đầu Hiện nay, mạng viễn thông có đặc điểm chung tồn cách riêng rẽ, ứng với loại dịch vụ thông tin lại có loại mạng viễn thông riêng biệt để phục vụ dịch vụ Mỗi mạng đợc thiết kế cho dịch vụ riêng biệt sử dụng cho mục đích khác Thí dụ: ta truyền tiếng nói qua mạng chuyển mạch gói X.25 trễ qua mạng lớn Hậu có nhiều loại mạng khác song song tồn Mỗi mạng lại yêu cầu phơng pháp thiết kế, sản xuất, vận hành, bảo dỡng khác Nh hệ thống mạng viễn thông có nhiều nhợc điểm mà quan trọng là: Chỉ truyền đợc dịch vụ độc lập tơng ứng với mạng Thiếu mềm dẻo: Sự đời thuật toán nén tiếng nói, nén ảnh tiến công nghệ VLSI ảnh hởng mạnh mẽ tới tốc độ trun tÝn hiƯu KÐm hiƯu qđa viƯc b¶o dỡng, vận hành nh việc sử dụng tài nguyên Tài nguyên sẵn có mạng chia sẻ cho mạng sử dụng Chính lý nêu trên, yêu cầu có mạng viễn thông đa dịch vụ ngày trở nên thiết Có sở lý luận thực tiễn để đảm bảo cho việc nghiên cứu triển khai ứng dụng công nghệ Việt Nam Về sở lý luận: Các lĩnh vực công nghệ định đời phát triển ATM là: Sự phát triển nhanh chóng công nghệ bán dẫn nh công nghệ quang điện tư Sù ph¸t triĨn c¸c ý tëng míi vỊ khái niệm hệ thống Các quan điểm hệ thống đợc phát triển mạnh mẽ năm gần đây, hệ thống phải có độ mềm dẻo thích hợp, độ rộng băng hệ thống phải tùy thuộc vào yêu cầu dịch vụ cụ thể, dịch vụ thời gian thực đợc truyền theo phơng pháp chuyển mạch gói Các tiến mặt công nghệ Công nghệ bán dẫn: công nghệ CMOS công nghệ có triển vọng độ tích hợp lớn, tốc độ cao, độ rộng băng truyền lớn, kích thớc Phạm Đức Mạnh Khoa Công nghệ thông tin Công nghệ ATM nhỏ, độ mềm dẻo học cao, tránh đợc nhiễu trờng điện tử, xác suất truyền lỗi thấp nhiễu xuyên âm Việc nghiên cứu công nghệ ATM phạm vi toàn cầu đà đạt tới độ chín chuẩn ITU đà đảm bảo tính thèng nhÊt viƯc triĨn khai c¸c hƯ thèng ATM Đội ngũ nhà nghiên cứu cán kỹ thuật nớc ta đà tiếp cận đợc công nghệ ATM Về mặt thực tiễn: ATM đà đợc triển khai nhiều quốc gia toàn giới chứng tỏ đợc tính u việt độ tin cậy Nhu cầu ngày tăng dịch vụ băng rộng, có tốc độ cao đáp ứng đợc dịch vụ đa phơng tiện Cho đến công nghệ ATM đà đợc triển khai đa vào hoạt động Việt Nam, bớc tiến mang tính tất yếu, đánh dấu bớc phát triển ngành viễn thông nớc ta Trong khuôn khổ luận văn em muốn trình bày cách khái quát công nghệ ATM sở xây dựng mô hình mạng đờng trục ATM WAN phục vụ cho đào tạo công nghệ Viễn thông Nội dung luận văn gồm chơng: Chơng 1: Tổng quan công nghệ ATM Chơng 2: Nghiên cứu tìm hiểu cấu trúc hệ thống mạng đờng trục ứng dụng công nghệ ATM Chơng 3: Xây dựng mô hình mạng đờng trục ATM WAN phục vụ cho công nghệ đào tạo viễn thông Phạm Đức Mạnh Khoa Công nghệ thông tin Công nghệ ATM chơng Tổng quan công nghệ ATM 1.1 Phơng thức truyền tải Atm 1.1.1 Khái niệm băng thông rộng B-ISDN Mạng ISDN đời đà đáp ứng đợc nhiều loại hình dịch vụ khác tạo khả tổng hợp nhiều loại hình dịch vụ mạng Tuy nhiên mạng nhiều hạn chế tốc độ truyền tải vợt đợc 2Mbps loại hình dịch vụ khác ngày yêu cầu tới hàng chục đến hàng trăm Mbps nh mạng ISDN cha thể đáp ứng đợc nhu cầu khách hàng Một mạng viễn thông thống đáp ứng đợc tất loại hình dịch vụ viễn thông sử lý tin với tốc độ khác từ vài Kbps đến hàng trục Gbps, chí đến hàng Tbps Mạng thống gọi mạng số đa dịch vụ băng thông rộng B-ISDN có B-ISDN có khả cung cấp dịch vụ đa phơng tiện Yêu cầu mạng B-ISDN: Mạng B-ISDN phải có khả cung cấp loại hình dịch vụ cho khách hàng với tốc độ bít khác từ vài Kbps đến hàng chục Mbps trí đến hàng trăm Gbps Tbps Yêu cầu giải tần cao công nghệ chuyển mạch linh hoạt Mạng B-ISDN phải có khả cung cấp sẵn sàng cung cấp dịch vụ khách hàng muốn thay đổi dịch vụ nh tính dịch vụ nhà khai thác nạp thêm phần mềm cho hệ thống chuyển mạch 1.1.2 Tại gọi ATM Do hạn chế mạng ISDN băng hẹp N-ISDN, phơng thức truyền dẫn gọi phơng thức truyền dẫn không đồng (ATM) đà đợc chấp nhận nh chuyển mạch phơng thức truyền dẫn thông tin cho việc thực thi mạng B-ISDN Giống nh chuyển mạch gói, ATM mô hình sở gói mà gói đợc gọi tế bào có kích thớc cố định Bằng việc ghép kênh thống kê, tài nguyên mạng đợc sử dụng hiệu mạng chuyển mạch kênh ATM cung cấp chất lợng dịch vụ mà đợc thoả hiệp phần đầu phiên Nó lu trữ tài nguyên mạng (nhng không dành chúng cho phiên nào) phù hợp với chất lợng dịch vụ đợc thoả hiệp 1.1.3 Sự tiêu chuẩn hoá ATM Phạm Đức Mạnh Khoa Công nghệ thông tin Công nghệ ATM Nhóm nghiên cứu 13 ITU-T bắt đầu phát triển tiêu chuẩn cho B-ISDN từ 1985 Mục đích phát triển công nghệ mạng diện rộng dung lợng lớn cho dịch vụ băng rộng nêu tốc độ 150 Mbps cao Tuy nhiên, từ công nghệ truyền thông liệu đà giúp mở rộng phạm vi ứng dụng ATM Một vài tổ chức đà đóng góp vào tiêu chuẩn hoá ATM Đầu tiên tổ chức ITU-T, ANSI, ETSI, diễn đàn ATM Tổ chức viễn thông quốc tÕ (ITU) lµ mét tỉ chøc qc tÕ bµn vỊ điều lệ viễn thông, tiêu chuẩn hoá, phối hợp, phát triển, số đơn vị vùng tiêu chuẩn hoá viễn thông ITU Chức ITU-T làm đơn giản phát triển tiêu chuẩn chung viễn thông Nó thực chức qua nhóm nghiên cứu mà lần lợt đợc thực nhóm làm việc Nhóm nghiên cứu 13 chịu trách nhiệm B-ISDN phát hành vài tài liệu có liên quan đến ATM gọi khuyến cáo (có hai phận khác ITU: Bộ phận thông tin vô tuyến, phận phát triển viễn thông) Viện tiêu chuẩn quốc gia Mỹ (ANSI) chịu trách nhiệm việc định nghĩa chuẩn US cho công nghiệp xử lý thông tin Nó tổ chức phi lợi nhuận, phi phủ mà đợc hỗ trợ tổ chức thơng mại, tổ chức chuyên nghiệp nh viện kĩ thuật điện điện tử (IEEE), công ty Nó làm việc thông qua uỷ ban mà chịu trách nhiệm phát triển tiêu chuẩn Uỷ ban T1 chịu trách nhiệm đa tiêu chuẩn viễn thông quốc gia ANSI thành viên US tổ chức tiêu chuẩn quốc tế, mà phát triển tiêu chuẩn truyền thông hệ thống xử lý liệu, đại diện US cho uỷ ban kỹ thuật điện quốc tế, mà tăng cờng an toàn, tơng thích, tính hoán đổi đợc tính chấp nhận đợc sản phẩm điện quốc tế Hầu hết tiêu chuẩn ANSI đợc đa để ITU-T xem xét nh khuyến cáo ITU-T Diễn đàn ATM tổ chức quốc tế đợc hình thành vào năm 1991 với mục đích làm tăng thêm việc sử dụng sản phẩm, dịch vụ ATM thông qua đặc tính vận hành đợc Nó bao gồm 700 công ty thành viên Nó cã mét ủ ban kü tht mµ lµm viƯc víi nhóm tiêu chuẩn khác nh: ITU-T, ANSI, để chọn lọc tiêu chuẩn, giải khác biệt tiêu chuẩn, giới thiệu tiêu chuẩn tồn thiếu không thích hợp 1.2 Cơ sở ATM 1.2.1 Giới thiệu ATM chữ viết tắt kiểu truyền dẫn không đồng (Asynchronous Transfer Mode) Trong kiểu truyền không đồng bộ, thuật ngữ truyền bao gồm lĩnh vực truyền dẫn chuyển mạch, dạng truyền ám chế độ truyền dẫn chuyển mạch thông tin mạng Phạm Đức Mạnh Khoa Công nghệ thông tin Công nghệ ATM Từ không đồng đợc sử dụng ATM cho phép hoạt động không đồng phía phát phía thu: Sự không ®ång bé nµy cã thĨ xư lý rƠ dµng b»ng việc chèn hay tách tế bào không phân nhiệm (tế bào rỗng) Đó gói không mang thông tin ATM có hai đặc điểm quan trọng: Thứ nhÊt: ATM sư dơng c¸c gãi cã kÝch thíc nhá cố định gọi tế bào ATM (ATM Cell), tế bào nhỏ với tốc độ truyền lớn làm cho trễ truyền biến động trễ giảm đủ nhỏ dịch vụ thời gian thực, kích th ớc nhỏ tạo điều kiện cho việc hợp kênh tốc độ cao đợc dễ dàng 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 1.2.2 Kiến trúc mạng B-ISDN Mạng B-ISDN đợc tổ chức hợp lý theo mô hình kiến trúc lớp Mô hình đợc gọi mô hình giao thức chuẩn B-ISDN (PRM), mà lần lợt đợc tổ chức thành ba mảng: Mảng khách hàng dùng cho việc truyền dẫn thông tin khách hàng, bao gồm chế điều khiển luồng khôi phục lỗi Mảng điều khiển chịu trách nhiệm cho việc kết nối gọi chức điều khiển kết nối, đặc biệt chức báo hiệu cho phép cài đặt, giám sát, kết nối hay giải phóng gọi Mảng quản lý chịu trách nhiệm giám sát mạng Mô hình giao thức chuẩn thờng đợc miêu tả sơ đồ chiều để phản ánh mảng nh trình bày hình 1.1 Hình 1.1 Mô hình giao thức chuẩn B-ISDN lớp Mảng khách hàng mảng điều khiển gồm lớp: Lớp tơng thích ATM, Lớp ATM, Lớp Vật lý Phạm Đức Mạnh Khoa C«ng nghƯ th«ng tin C«ng nghƯ ATM Líp tơng thích ATM đảm bảo thích hợp đặc tính dịch vụ chia tất loại liệu thành khối 48 octet (gọi tải thông tin) mà đợc đa tới lớp ATM Lớp ATM nhận tải thông tin từ AAL gửi xuống sau cộng thêm octet thông tin tiêu đề để hình thành tế bào Thông tin tiêu đề đảm bảo tế bào đợc gửi theo kết nối Lớp vật lý xác định đặc tính điện đặc tính quang, giao diện mạng, đồng thời đặt bit lên đờng dây Lớp vật lý đợc chia nhỏ thành lớp phụ: User Trạm ®Çu cuèi A A P Packer A T H L M Y Application Chun m¹ch P A P Cells H T H Y M Y Trạm đầu cuối P A A Cells H T A Packer User Y M L Hình 1.2 Luồng gói tin tế bào Application Lớp phụ đồng quy truyền dẫn (TC), thực chức mà không phụ thuộc vào môi trờng vật lý bao gồm việc tạo khôi phục lại khung truyền dẫn, đa tế bào vào rút tế bào từ khung SONET, xác định khôi phục ranh giới tế bào, xử lý lỗi mào đầu tế bào, chèn xoá rỗng tế bào Lớp phụ phụ thuộc vào môi trờng vật lý (PMD), thực chức mà phụ thuộc vào môi trờng nh thời gian bit mà đờng, lớp thấp hai lớp phụ Mảng quản lý bao gồm hai loại chức năng: Quản lý lớp quản lý mảng Về mặt luồng tế bào gói tin mạng, hình 1.2 trình bày cách định nghĩa giao diện 1.2.3 Tiêu đề tế bào ATM Nh đà trình bày trớc đây, tế bào có 48 octet trờng thông tin (Payload) octet phần tiêu đề, đợc biểu diễn hình 1.3 Phần tiêu đề đợc gán lớp ATM đợc tạo thành vài trờng nh hình 1.4 Các trờng điều khiển luồng chung, nhận dạng đờng ảo, nhận dạng kênh ảo, trờng tải thông tin, u tiên mát tế bào Octet Tiêu đề Phạm Đức Mạnh 48 Octet Trờng tải thông tin Khoa Công nghệ thông tin Công nghệ ATM Hình 1.3 CÊu tróc tÕ bµo GPC (4 bit) VPI (4 bit) Octet VPI (4 bit) VCI (4bit) Octet VCI ( bit) VCI (4 bit) PT (3 bit) Octet CLP (1 bit) Octet HEC ( bit) Octet Hình 1.4 Tiêu đề tế bào ATM Chức đặc trng trờng nh sau: GFC: Điều khiển luồng chung (4 bit) áp dụng với giao diện khách hàng-mạng (UNI) cấu hình điểm-điểm tham gia điều khiển lu lợng theo hớng khách hàng phía mạng VPI: Nhận dạng đờng ảo (8 bit) cho phép tới 28 = 256 đờng ảo VCI: Nhận dạng kênh ảo (16bit) cho phép 16 = 65.535 kênh ảo đờng ảo PT: Trờng tải thông tin (3bit) cho phép ATM mang tới loại tải thông tin Thực chất bit có nhiều ý nghĩa (bit 3) đợc sử dụng để phân biệt tế bào liệu từ tế bào OAM, cho tế bào liệu cho tế bào OAM B¶ng 1.1 M· PTI M· PTI MSB first 000 001 010 011 100 101 110 Phạm Đức Mạnh Chú thích - Tế bào lliệu ngời sử dụng, tắc nghẽn, SDUtype = ( nghĩa bắt đầu tiếp tục thông tin SARSDU AAL5) - Tế bào liệu ngời sử dụng, tắc nghÏn, SDUtype = (kÕt thóc cđa SAR-SDU AAL5) - Tế bào liệu ngời sử dụng, có tắc nghẽn, SDU-type = - Tế bào liệu ngời sư dơng, cã t¾c nghÏn, SDU-type = - OAF5 tế bào kết hợp đoạn - OAF5 tế bào kết hợp đầu cuối - đầu cuối - Tế bào quản lý nguồn tài nguyên (RM) (sử dụng Khoa Công nghệ thông tin Công nghệ ATM quản lý lu lợng) - Dành cho chức tơng lai 111 CLP: Ưu tiên mát tế bào (bit 1) đợc sử dụng để định loại bỏ tế bào thích hợp mạng tắc nghẽn Nếu CPL = 1, tế bào bị loại bỏ, ngợc lại CPL = tế bào đợc giữ nguyên GFC (4 bit) VPI (4 bit) VPI (4 bit) VCI (4 bit) VCI (8 bit) VCI (4 bit) PT (3 bit) CLP Octet Octet Octet Octet Octet (1 bit) HEC (8 bit) (a) Mào đầu tế bào UNI GFC VPI VCI PTI CLP HEC Trêng t¶i tin (4 bit) (8 bit) (16 bit) (3 bit) (1 bit) (8 bit) (48 byte) (b) TÕ bào UNI Hình 1.5 Mào đầu tế bào tế bào ATM UNI HEC: Điều khiển lỗi tiêu đề (8 bit) đợc sử dụng để sửa chữa lỗi bit khác tiêu đề Một tế bào giao diện khách hàng-mạng (UNI) có cấu trúc nh hình 1.5 Sự kết hợp VPI VCI nhÃn đợc sử dụng để xác định kênh ảo mà tế bào thuộc Kết là, tế bào thuộc kênh ảo có VPI VCI giống Hình 1.6 minh hoạ lớp ATM Mức kênh ảo Lớp ATM Mức đờng ảo Lớp vật lý Hình 1.6 Ph©n cÊp líp ATM Octet VPI (8bit) VPI (4 bit) VCI (4 bit) Octet VCI (8 bit) VCI (4 bit) PT (3 bit) HEC (8 bit) Octet CLP (1 bit) Octet Octet (a) Mµo đầu tế bào NNI VPI (12 bit) VCI (16 bit) PTI CLP HEC (3 bit) (1 bit) (8 bit) Trêng tải tin (48 byte) (b) Tế bào NNI Hình 1.7 Mào đầu tế bào tế bào ATM NNI Phạm Đức Mạnh Khoa Công nghệ thông tin Công nghệ ATM Trờng GFC không đợc sử dụng tế bào NNI Tuy nhiên đợc sử dụng nh phần trờng VPI cho tế bào NNI, cho ta tæng sè 12 bit trêng VPI (hay 212 = 4096 VPI) TÕ bµo NNI cã cÊu tróc nh hình 1.7 Điều làm cho số đờng ảo đợc định nghĩa mức NNI tăng từ 256 (khi có bit đợc sử dụng: 28 = 256) tới 4096 Do làm tăng số đờng ảo lên gấp 15 lần mà nhà cung cấp dịch vụ định chuyển mạch ATM 1.2.4 Phân loại tế bào Trong mạng ATM sử dụng tế bào, đợc thể nh Hình 1.8 Tb đợc gán Tb đợc gán Tb không gán Lớp ATM Tb không gán SAP Lớp vật lý Tb hợp lệ Tb rỗng Tb không hợp lệ Tb rỗng Tb bị loại bỏ SAP: Điểm giao tiếp dịch vụ Tb: Tế bào Hình 1.8 phân loại tế bào ATM Chức loại tế bào nh sau: Tế bào rỗng: tế bào đợc lớp vật lý xen vào/tách để luồng tế bào ranh giới lớp ATM lớp vật lý có tốc độ phù hợp với tốc độ đờng truyền Tế bào hợp lệ: tế bào có mào đầu lỗi bị phát có lỗi đơn đà đợc sửa chu trình sửa lỗi HEC Tế bào không hợp lệ: tế bào có nhiều lỗi sửa đợc (bị loại bỏ lớp vật lý) Tế bào đợc gán: tế bào mang thông tin dịch vụ, sử dụng dịch vụ lớp ATM Tế bào không gán: tế bào không đợc sử dụng, không mang thông tin dịch vụ Tế bào đợc gán tế bào không gán tế bào lớp ATM Phạm Đức Mạnh Khoa C«ng nghƯ th«ng tin C«ng nghƯ ATM 1.3 Líp ATM 1.3.1 Giíi thiƯu Mét m¹ng ATM bao gåm mét tỉ hợp chuyển mạch ATM đợc liên kết kết nối ATM điểm-điểm Các chuyển mạch hỗ trợ hai loại giao diện: giao diện khách hàng-mạng (UNI) giao diện mạng-mạng (NNI) UNI kết nối hệ thống đầu cuối với chuyển mạch NNI kết nối hai chuyển mạch ATM thuộc hai hệ thống mạng khác Hình 1.9 Đờng ảo kênh ảo Từ mạng ATM mạng có hớng kết nối, mạch ảo phải đợc thiÕt lËp tríc d÷ liƯu cã thĨ trun tõ nguồn tới đích Nh đà thảo luận trớc đây, ATM sử dụng khái niệm kênh ảo (VC) đờng ảo (VP) để thực định tuyến mạng Hình 1.9 trình bày tơng quan liên kết vật lý VP VC Kênh ảo cố định (PVC): Đây kết nối đợc thiết lập toán tử mạng mà thích hợp với giá trị VPI/VCI đợc chơng trình hoá cho nguồn đích đà cho Kênh ảo chuyển mạch (SVC): Một SVC đợc thiết lập cách tự động qua giao thức báo hiệu khoảng thời gian ngắn Một vài cặp VPI/VCI đợc dành riêng cho chức đặc biệt là: (VPI, VCI) = (0,5): Dành cho báo hiệu (VPI, VCI) = (0,16): Dành cho giao diện quản lý vùng tích hợp (VPI, VCI) = (0,17): Phục vụ mô cấu hình mạng LAN (VPI, VCI) = (0,18): Giao diện mạng-mạng cá nhân (VPI, VCI) = (0,19) (0,20): Dành riêng nhng cha đợc sử dụng 1.3.2 Chuyển mạch đờng ảo kênh ảo Một mạng ATM cung cấp dịch vụ mức đờng ảo dịch vụ mức kênh ảo hai Loại chuyển mạch gọi chuyển mạch đờng ảo (VP Switching) Phạm Đức Mạnh 10 Khoa Công nghệ thông tin