Giới thiệu mạng truyền không đồng bộ atm

Giới thiệu sự ra đời và phát triển của Internet cùng họ giao thức TCP/IP

INTERNET CÙNG HỌ GIAO THỨC TCP/IP

Mạng Internet có tiền thân là ARPANET do cục các dự án nghiên cứu tiên tiến ARPA( Advanced Research Project Agency) thuộc Bộ quốc phòng Mỹ xây dựng lên vào khoảng cuối những năm 60 của thế kỉ 20 Thời gian này , giao thức truyền thống dùng trong ARPANET được đặt tên là NCP (Network control protocol).Tuy nhiên do nhu cầu thực tế , các nhà thiết kế ARPANET ngay từ buổi ban đầu đã nhận thức được rằng cần xây dựng một “ mạng của các mạng” và vào những năm 70 , họ giao thức TCP/IP ra đời cùng tồn tại với mạng NCP đến năm 1983 thì hòan tòan thay thế NCP trong ARPANET

ARPANET nhanh chóng mở rộng tầm hoạt động và trở thành một mạng quốc gia Trong thời gian đó , hãng Xerox đã phát triển một trong những công nghệ sớm nhất và phổ biến nhất của mạng cục bộ là Ethernet với phương pháp truy nhập đường truyền vật lý CSMA/CD Họ giao thức TCP/IP được tích hợp vào môi trường điều hành (do trường đại học California ở Berkeley sáng tạo ra) và sử dụng chuẩn Ethernet để kết nối các trạm làm việc với nhau Đến khi xuất hiện các máy tính cá nhân PC thì TCP/IP lại được chuyển sang môi trường PC , cho phép các máy PC chạy DOS và các tạm làm việc chạy UNIX có thể liên tác trên cùng một mạng Cứ thế TCP/IP ngày càng được sử dụng nhiều tron cả mạng diện rộng WAN lẫn trong mạng cục bộ LAN

Thuật ngữ “Internet” xuất hiện lần đầu tiên vào khoảng năm 1974, nhưng mạng với tên gọi ARPANET vẫn tồn tại chính thức đến đầu những năm 80 Đến năm 1986, Ủy ban khoa học quốc gia Mỹ - NSF ( National Science Foundation) bảo trợ cho năm trung tâm siêu tính của toàn liên bang và kết nối chúng với nhau thành một trạm xương sống phục vụ cho nghiên cứu khoa học Vào năm 1978 mạng NSF ra đời cho phép kết nối 7 mạng vùng với các trạm siêu tính ở trên Sự xuất hiện của mạng xương sống NSF và các mạng vùng đã thúc đẩy mạnh mẽ sự phát triển của Internet Sau đó các tổ chức chính phủ cùng giới kinh doanh cũng vào cuộc và ngày càng chiếm tỷ trọng đáng kể trong thế giới Internet Internet nhanh chóng vượt ra khỏi nước Mỹ và trở thành mạng toàn cầu.

Vậy Internet là một mạng truyền thông dữ liệu diện rộng, bao trùm cả thế giới với cấu hình mạng nhện nhằm hướng đến sự an toàn thông tin khi có sự cố xảy ra (chiến tranh, phá hoại )

Mạng Internet là một xa lộ thông tin liên kết các máy tính lại với nhau thông qua mạng điện thoại hay các kênh chuyên dùng đặc biệt Thông qua Internet người dùng có thể liên lạc với nhau, tìm kiếm dữ liệu thông tin hoặc truy xuất một số dịch vụ khác nhau

TCP/IP trong mạng ATM- Classical IP over ATM

Mạng Internet có thể coi là một cộng đồng các mạng LAN kết nối với nhau sử dụng bộ giao thức TCP/IP

Họ giao thức TCP/IP

Cấu trúc phân lớp trong TCP/IP

Để có một cái nhìn tổng quan về họ giao thức TCP/IP , hình 1.2 dưới đây sẽ mô tả kiến trúc của nó với sự so sánh cùng mô hình tham chiếu chuẩn OSI.

Hình 1.2: So sánh mô hình phân lớp của TCP/IP và OSI

Và hình 1.3 là kiến trúc chi tiết của họ giao thức TCP/IP Ứng dụng

TCP/IP trong mạng ATM- Classical IP over ATM Ứng dụng

Vật lý Ứng dụngGiao vậnInternetTruy nhập mạng

Hình 1.3:Kiến trúc họ giao thức TCP/IP

Từ hai hình trên ta nhận thấy TCP/IP được cấu trúc thành 4 lớp :

 Lớp truy nhập mạng (Network Access Layer)

 Lớp liên mạng ( Internet Layer)

 Lớp vận chuyển ( Transport Layer)

 Lớp ứng dụng( Application Layer)

Network Access Layer là lớp thấp nhất trong cấu trúc phân cấp của TCP/IP Giao thức ở lớp này cung cấp hệ thống phương thức để truyền dữ liệu trên các tầng vật lý khác nhau của mạng Nó định nghĩa cách thức truyền các khối dữ liệu IP Các giao thức ở đây phải biết chi tiết các phần cấu trúc vật lý mạng ở dưới nó (bao gồm cấu trúc gói , địa chỉ ) để định dạng được chính xác các dữ liệu sẽ được truyền tùy thuộc vào từng mạng cụ thể.

So sánh với cấu trúc OSI thì lớp này của TCP tương ứng với ba lớp Network , Data Link và Physical trong cấu trúc OSI

Chức năng định dạng dữ liệu được truyền ở lớp này bao gồm việc bao đóng gói các gói dữ liệu IP vào các frame sẽ được truyền trên mạng và việc sắp xếp các địa chỉ IP vào phần địa chỉ vật lý được dùng cho mạng.

Internet Layer là lớp ở ngay trên lớp Network Access trong cấu trúc phân lớp của TCP/IP Internet Protocol – IP là giao thức trung tâm của TCP/IP và là phần quan trọng nhất của lớp Internet IP cung cấp các gói lưu chuyển cơ bản mà thông qua đó các mạng dùng TCP/IP được xây dựng

IP bao gồm một số chức năng sau:

 Định nghĩa khối dữ liệu (datagram)- khối cơ bản của việc truyền tin.

 Định nghĩa hệ thống địa chỉ IP

 Truyền dữ liệu giữa lớp Transport và lớp Network Access

 Định tuyến đường để gửi các gói dữ liệu đến các trạm ở xa

 Thực hiện việc phân đoạn và tái lắp ráp các khối dữ liệu

Lớp giao thức nằm ngay trên IP là Transport Hai giao thức quan trọng nhất trong lớp này là TCP và UDP TCP cung cấp dịch vụ truyền dữ liệu được tin tưởng với khả năng phát hiện lỗi và sửa lỗi theo kiểu End – to –end Còn UDP cung cấp các chương trình ứng dụng thâm nhập trực tiếp đến các dịch vụ lưu chuyển Datagram , điều này cho phép trao đổi các thông điệp ra ngoài mạng với một số lượng nhỏ các giao thức Cả hai giao thức này đều truyền dữ liệu giữa lớp ứng dụng và lớp Internet. Trong khi IP là giao thức thuộc loại “ không hướng liên kết” như đã nói ở trên thì TCP thuộc loại “ có hướng liên kết” nghĩa là phải có thủ tục thiết lập liên kết và giải phóng liên kết Về chức năng TCP tương đương với lớp giao thức đầy đủ nhất của giao thức chuẩn Transport của OSI Tuy nhiên , khác với mô hình OSI , TCP sử dụng phương pháp trao đổi các dòng dữ liệu ( data stream) giữa người sử dụng Dữ liệu theo dòng cũng được phân đoạn thành các TPDU ( Transport Protocol Data Unit ) để truyền đi.

Giao thức UDP là một giao thức “ không hướng liên kết “ Trong hệ thống mạng, UDP truyền dữ liệu một cách trực tiếp Nó sử dụng 16 bit để ghi nhận cổng nguồn và cổng đích trong phần header của dữ liệu Cổng ở đây có khái niệm như là một số với giá trị từ 0 đến 1023 Các cổng chuẩn là các cổng hay được dùng tới , ý nghĩa của từng cổng được qui định theo một chuẩn nhất định UDP làm một công việc rất đơn giản , nó truyền từng thông điệp tới IP để yêu cầu truyền Do IP là loại giao thức không thực nên ở đó không có gì đảm bảo cho sự truyền.Khi lớp ứng dụng gửi một yêu cầu qua UDP datagram và lời đáp không quay trở lại trong một số lần nào đó thì nó sẽ yêu cầu lớp ứng dụng gửi lại yêu cầu.

Lớp ứng dụng là giao thức nằm trên cùng trong cấu trúc phân lớp của bộ giao thức TCP/IP Lớp này bao gồm tất cả các tiến trình dùng các giao thức của lớp Transport để truyền dữ liệu Có nhiều giao thức ứng dụng ở lớp này Phần lớn chúng đều cung cấp cho người dùng các dịch vụ tương ứng Các dịch vụ thông dụng trên lớp này:

 Telnet: cung cấp khả năng truy cập từ xa thông qua mạng

 FTP: dùng để truyền file trên mạng

 SMTP: truyền thư điện tử

 Các dịch vụ khác như Gopher, Mosaic

Ngoài các lớp phân tích ở trên , như trong kiến trúc chi tiết của họ giao thức TCP/IP ta còn gặp một số những thủ tục trợ giúp như ICMP, ARP và RARP

TCP/IP trong mạng ATM- Classical IP over ATM

 Thủ tục ICMP ( Internet Control Message Protocol)

Thủ tục này dùng để gửi các bản tin và thông tin điều khiển giữa các host theo giao thức IP , nó rất có ích cho việc gỡ rối cho mạng và thông báo tình trạng của mạng Các router phát bản tin ICMP để báo cho các host trong trường hợp gói tin không tới hoặc tồn tại đường đi tốt hơn Một số tình huống thường xảy ra

 Bản tin không tới được đích do có lỗi hoặc không tìm được đường đi

 Thay đổi đường đi của bản tin do tồn tại đường đi tối ưu hơn

 Hết / quá thời gian khi TTL về 0

 Xuất hiện yêu cầu trả lời

 Thủ tục ARP( Address Resolution Protocol)

Mỗi ghép nối mạng có một địa chỉ giao thức mạng (IP) và địa chỉ giao thức dữ liệu riêng Do đó cần có bảng ánh xạ giữa hai địa chỉ này (tức là giữa địa chỉ ảo và địa chỉ vật lý) Việc ánh xạ này đã được giải quyết thông qua thủ tục ARP.Các gói tin ARP được đóng gói trong khung dữ liệu liên kết (datalink frame)

ARP ánh xạ địa chỉ IP sang địa chỉ của dữ liệu liên kết Trạm tin sẽ gửi đi gói tin yêu cầu ARP và nhận gói tin trả lời ARP

 Thủ tục RAPR (Reverse Address Resolution Protocol)

RAPR có chức năng ngược với ARP , nó được sử dụng để ánh xạ địa chỉ vật lý sang địa chỉ mạng.

Giaothức Internet IP

IP là giao thức cung cấp dịch vụ truyền thông theo kiểu “không hướng liên kết” hay còn gọi là dịch vụ datagram( tên gọi của đơn vị dữ liệu sử dụng giao thức IP) Phương thức không liên kết cho phép cặp đối tác không cần phải thực hiện việc thiết lập liên kết trước truyền dữ liệu và do vậy cũng không cần phải giải phóng liên kết khi không còn nhu cầu truyền dữ liệu nữa Điều này làm giảm nhẹ công sức cài đặt hệ thống nhưng tăng độ phức tạp kiểm soát luồng dữ liệu và tiếp nhận sự đúng đắn dữ liệu trong trường hợp nhiều người sử dụng đồng thời trên mạng.

Cấu trúc dữ liệu được truyền ở lớp IP được định nghĩa là các datagram Mỗi datagram có một header chứa các thông tin cần thiết để truyền dữ liệu đi Trong phần header này có chứa địa chỉ đích và IP sẽ truyền dữ liệu bằng cách kiểm tra địa chỉ đích này Nếu địa chỉ đích là địa chỉ của một trạm nằm trong cùng một mạng với máy nguồn thì các gói dữ liệu sẽ được truyền thẳng tới đích , còn nếu địa chỉ đích không nằm trong cùng một mạng với máy nguồn thì các gói dữ liệu phải được gửi đến một gateway để truyền đi( gateway thực hiện lưu chuyển các gói dữ liệu nằm giữa hai mạng vật lý khác nhau)

2.2.1.KHUÔN DẠNG GÓI DỮ LIỆU IP

1 0 Đơn vị dữ liệu sử dụng trong giao thức truyền thống IP là datagram, gồm hai phần :

 Phần thông tin điều khiển ( header) có chiều dài lớn nhất đến 60 octets và chiều dài nhỏ nhất là 20 octets

 Phần dữ liệu người sử dụng có kích thước không quá 65.536 octets

Các thành phần trong một datagram có thể tóm tắt như sau:

Khuôn dạng của IP datagram

 Version ( phiên bản giao thức IP ) : gồm 4 bit dùng để chỉ phiên bản hiện hành của IP được cài đặt Các phiên bản hiện hành không liên kết làm việc được với các phiên bản cũ Nếu một datagram đến mang phiên bản không phù hợp sẽ bị hủy bỏ bởi phần mềm của phiên bản hiện hành.

 Internet Header Length ( chiều dài tiêu đề _IHL) : trường này chỉ độ dài của header , được tính theo đơn vị là word of service ( loại dịch vụ sử dụng): là trường chứa thông tin

1 word = 32 bit = 4 byte Độ dài tối thiểu của một header là 5 word

 Type of service : Nó gồm 8 bit, thông báo cho mạng biết về chất lượng của dịch vụ QoS được yêu cầu như mức độ ưu tiên, thời gian trễ cho phép , độ tin cậy , hiệu suất đường truyền

 Total length( chiều dài tổng cộng của datagram): trường này sử dụng16bit để chỉ độ dài toàn bộ datagram tính theo đơn vị octets Kích thước tối đa của datagram là 65.535 octets Hiện nay chưa có datagram nào đạt tới giá trị này bởi việc sử dụng các bộ đệm khác nhau về kích thước cũng như kĩ thuật mạng cũng làm giới hạn kích cỡ datagram.

 Phân đoạn và tái lắp ráp datagram: các trường Identification , Flag và

Fragment –offset đóng vai trò chính trong việc phân đoạn và tái lắp ráp datagram.

Identification( trường nhận dạng ) : gồm 16 bit, định danh duy nhất từng datagram khi nó còn trên mạng Thông tin này giúp trạm đích nhận ra những đoạn dữ liệu mà nó được phân ra từ một datagram.

TCP/IP trong mạng ATM- Classical IP over ATM

Version IHL Type of service Total length

Time to live Protocol Header checksum

Source AddressDestinationOption + PaddingData (max: 65.535 bytes)

Bit 0: có giá trị là 0, không được sử dụng

Bit 1: DF =0 cho phép phân đoạn datagram

DF =1 không cho phép phân đoạn datagram

Bit 2: MF =0 cho biết đây là đoạn cuối cùng

MF =1 cho biết còn đọan tiếp theo datagram được phân đoạn, mỗi đoạn chuẩn gọi là Fragment block

Fragment – offset (độ lệch đọan) : gồm 13 bit, trường này cho biết vị trí tương đối của đoạn dữ liệu so với đoạn bắt đầu của dữ liệu gốc( khoảng cách được tính từ block đầu tiên) Một fragment block tính theo nhóm 8 octets nghĩa là phải nhân giá trị fragment –offset với 8 để tính độ lệch octets.

 Time to live( TTL - thời gian tồn tại của một datagram trên mạng )- 8bit : thời gian này được tính theo đơn vị là giây Nó biểu thị thời lượng tối đa mà một đơn vị dữ liệu được phép tồn tại trên mạng trước khi tới đích TTL được gán giá bởi trị bởi trạm nguồn Thời gian tồn tại này sẽ bị giảm đi tại mỗi router trung gian.

Mục đích của trường này là qui định thời hạn tồn tại của gói dữ liệu , nếu thời hạn đã chấm dứt thì gói dữ liệu bị hủy bỏ Trường này có hai chức năng chính:

 Giới hạn thời gian tồn tại của các đoạn dữ liệu nhận từ lớp cao xuống

 Kết thúc vòng lặp định tuyến của mạng

Với trường này cần chú ý một số vấn đề:

Trạm chủ không được gửi 1 gói dữ liệu với giá trị TTL =0

Một giao thức lớp trên có thể được phép ấn định TTL để thực hiện cuộc dò tìm tài nguyên mạng trong phạm vi rộng

 Protocol ( trường giao thức) – 4 bit :trường này chỉ ra giao thức tầng trên sẽ tiếp nhận các đoạn dữ liệu datagram Các giá trị điển hình cho các giao thức tầng trên:

UDP: trường protocol TCP: trường protocol =6 ICMP: trường protocol =1 EGP: trường protocol =8 OSPE: trường protocol

 Header checksum (trường kiểm tra mào đầu): gồm 16 bit , là phần kiểm tra lỗi của header trong datagram, thường sử dụng phương pháp CRC , nó chứa giá

1 2 trị tổng kiểm tra được tính tóan trên tất cả các trường của header( trừ header checksum) Trường này phải luôn được cập nhật khi một datagram được phát đi từ các router trung gian do một số các trường có giá trị thay đổi như thời gian tồn tại, sự phân đoạn và cả giá trị tùy chọn được ghi vào từng option

 Source/ Destination address( trường địa chỉ nguồn / đích):32bit , trường này bao gồm 2 phần:

Nhận dạng mạng Nhận dạng trạm

 Datagram( trường dữ liệu ): bao gồm các header của các giao thức tầng cao hơn và dữ liệu người sử dụng

 Option( phần tùy chọn) : trường này có độ dài và giá trị thay đổi theo số lượng và loại hình dịch vụ đăng kí sử dụng Một số dịch vụ điển hình:

 Xác định , định tuyến từ trạm nguồn( Source- route)

 Ghi lại các router được định tuyến qua( Record- route)

 Định tuyến bảo mật( Sercurity- route)

 Ghi lại các router được định tuyến qua cùng thời gian xử lý tại router đó( Time- stamp)

Hình 1.5: Cấu trúc các lớp địa chỉ IP

Giao thức IP sử dụng địa chỉ IP để định vị các trạm (host) và định tuyến dữ liệu Mỗi host được gán một địa chỉ IP Tên của host được dịch sang địa chỉ IP bằng cách truy vấn tới một bảng chứa tên và địa chỉ.

Mỗi địa chỉ IP gồm 32 bit nhị phân với 2 phần tương ứng:

TCP/IP trong mạng ATM- Classical IP over ATM

1 Địa chỉ mạng( Net- id): xác định mạng mà host được gắn vào

2 Địa chỉ trạm( Host-id): xác định địa chỉ của host trên mạng đó Để tiện cho việc quản lý người ta chia địa chỉ IP thành 5 lớp ( class) , mỗi lớp tương ứng với một kích thước mạng khác nhau và số lượng các trạm làm việc nối vào( hình 1.5)

5 bit đầu tiên cho biết cấu trúc lớp của địa chỉ được sử dụng:

Lớp A 0 Lớp B 10 Lớp C 110 Lớp D 1110 Lớp E 11110

Giao thức điều khiển truyền TCP

TCP là một giao thức tin cậy hướng kết nối kiểu mút tới mút( end to end), được thiết kế để phù hợp với việc phân cấp giao thức theo tầng , trợ giúp cho các ứng dụng liên mạng TCP cung cấp liên lạc tin cậy cho việc tương tác giữa các cặp quá trình trong các máy host nối với các mạng liên lạc máy tính khác nhau nhưng có tương tác kết nối TCP cho rằng nó đã có một dịch vụ datagram đơn giản , còn tương tác thiếu tin cậy từ các giao thức thấp hơn Về nguyên tắc, TCP cần có khả năng điều hành trên một phạm vi rộng các hệ liên lạc từ các kết nối dây cứng( hard wired) tới các mạng chuyển mạch kênh hay chuyển mạch gói.

Giao thức TCP phù hợp với một kiến trúc phân tầng và nó chỉ nằm trên một giao thức cơ bản là IP IP là giao thức cung cấp cho TCP khả năng gửi và nhận các segment thông tin có độ dài thay đổi được chứa trong các gói dữ liệu( datagram) như đã trình bày trong chương giao thức Internet

2.3.1.KHUÔN DẠNG ĐƠN VỊ DỮ LIỆU TRONG TCP

Hình 1.7: Khuôn dạng của TCP segment Đơn vị dữ liệu sử dụng trong TCP được gọi là segment, gồm hai phần:

 Phần thông tin điều khiển (header) có chiều dài tối thiểu là 20 octets

 Phần dữ liệu người sử dụng

 Các thành phần trong một segment có thể tóm tắt như sau:

 Source port (16 bit): Số hiệu cổng của host nguồn

 Destination port (16 bit): Số hiệu cổng của host đích

 Sequence number (32 bit): Số hiệu tuần tự của byte dữ liệu đầu tiên trong segment(trừ trường hợp khi SYN hiện diện) Nếu có bit SYN thì số hiệu tuần tự là số hiệu ban đầu Đây là một số 32 bit có thể thay đổi được dùng để thực hiện việc điều đình khi TCP mở một kết nối với một TCP ở xa.

 Acknowlegement number(32 bit): Đây là byte được dùng để TCP gửi thông điệp TCP dùng trong trường này để báo cho biết liệu dữ liệu có được nhận thành công hay không Trường này sẽ được kiểm tra khi cờ ACK được dựng Nếu ACK được đặt thì trường này chứa giá trị của số hiệu tuần tự tiếp theo mà bên gửi segment đang mong nhận được Một khi kết nối được thiết lập thì trường này (tức bit ACK) luôn được gửi đi.

 Data offset (4 bit): Trường này nối với người nhận nơi phần dữ liệu người dùng bắt đậu và gián tiếp nói độ dài của bất kì lựa chọn TCP nào ở cuối phần header (các tùy chọn)

 Reserved(6 bit): Luôn luôn được đặt là 0 Trường này được dự trữ cho tương lai.

 URG: cờ này được đặt sẽ nói cho bên nhận TCP rằng trường urgent cho biết vị trí byte trong dòng dữ liệu của dữ liệu nên được giải quyết trước so với các dữ liệu khác trong thông điệp.

 ACK: cờ này được thiết lập cho mục đích dùng trường acknowlegement

 PSH: trường này nói rằng một thông điệp được nhận nên được gửi đến tiến trình kết hợp với một sự kết nối được thiết lập ngay lập tức.

 RST: cờ này chỉ ra rằng việc kết nối nên được thiết lập lại khi phần mềm hoặc phần cứng bị hỏng.

 SYN:được dùng lúc ban đầu khi thiết lập việc kết nối

 FIN: chỉ ra rằng người gửi không còn thêm dữ liệu để truyền tiếp

TCP/IP trong mạng ATM- Classical IP over ATM

Khi cờ này được chuyển đi thì việc kết nối đóng một lần nữa, trong trường hợp này người nhận FIN có thể tiếp tục gửi dữ liệu nhưng sẽ không nhận thêm bất kì gói dữ liệu nào từ người gửi Chỉ đến khi người nhận gửi FIN thì sự kết nối mới thực sự đóng.

 Window (16 bit): Chỉ ra số các byte dữ liệu được chấp nhận TCP dùng trường này để điều khiển dòng truyền và quản lý buffer.

 Urgent (16 bit) : Đây là byte đăng kí dữ liệu nào trong thông điệp nên được xử lý trước tiên.

 Checksum(16 bit): Trường checksum là phần bù 16 bit của tất cả các từ trong header và dữ liệu Nếu một segment có tổng số byte của header và dữ liệu là lẻ khi kiểm tra thì byte cuối cùng sẽ được gán thêm vào bên phải bằng các giá trị

0 tạo nên một từ 16 bit để tính checksum Phần thêm vào này không được truyền như một thành phần của segment Khi tính toán checksum, trường checksum tự nó thay thế bằng các giá trị 0 Checksum cũng bao gồm có một header giả 96 bits được quan niệm gắn vào trước TCP header Header giả này chứa địa chỉ nguồn (Source Address), địa chỉ đích (Destination Address), giao thức (Protocol), và độ dài TCP (TCP length) Việc này cho phép TCP tránh khỏi các segment gửi nhầm đường Thông tin này được mang trong IP và được truyền qua giao diện của TCP với mạng theo các đối số hoặc các kết quả của những trường gọi từ TCP tới IP.

Hình 1.8: Header giả của trường checksum

TCP length là độ dài của TCP header cộng thêm dữ liệu tính theo byte (đây không phải là số lượng đã được truyền đi mà chỉ là số lượng được tính toán) và nó không tính 12 byte của header giả.

Tùy chọn (Option) có thể chiếm không gian ở cuối của TCP header và là bội của 8 bit về độ dài Tất cả các option đều được đưa vào trong checksum Một option có thể bắt đầu ở bất cứ ranh giới byte nào Có 2 trường hợp cho khuôn dạng của option:

Trường hợp 1:Một byte kiểu option đơn (Option kind)

Trường hợp 2:Một byte kiểu option đơn , một byte độ dài option (Option length) và các dữ liệu option thực tế (Option data)

Option Length đếm số lượng hai byte của Option kind và Option length cũng như các byte của Option Data

Source Address Destination AddressZero Protocol TCP length

Chú ý rằng , danh sách các option có thể ngắn hơn những gì mà trường data offset chỉ ra Nội dung của header cho tới option End of Option phải được chèn vào header(tức là chèn bằng các số 0)và mỗi TCP segment phải thiết lập các option.

Trường này có độ dài thay đổi, nó chứa dữ liệu của tầng trên với độ dài tối đa ngầm định là 563 bytes Giá trị này có thể điều chỉnh bằng cách khai báo trong vùng option.

2.3.2.KHÁI NIỆM CỔNG , SOCKET VÀ CỬA SỔ TRƯỢT

Trong cấu trúc phân lớp họ giao thức TCP/IP TCP được đặt ở tần trên so với IP TCP sử dụng cổng giao thức để xác định một trạm nào đó trong liên mạng Số hiệu cổng cho các ứng dụng khách hàng được gán động nhờ hệ thống hoạt động khi có yêu cầu về dịch vụ Với các ứng dụng khách hàng “well known”, số hiệu cổng được gán bởi IANA (Internet Assigned Numbers Authority) và không thay đổi.

Số hiệu cổng “well known” nằm trong khoảng từ 1 đến 1024 được sử dụng để truy cập các dịch vụ đã được tiêu chuẩn hóa Bảng sau đây sẽ chỉ ra một số cổng “well known” và ứng dụng của nó:

Cổng Ứng dụng Mô tả

9 Loại bỏ Loại bỏ tất cả các dữ liệu đến

19 Bộ chuyển Trao đổi luồng các kí tự

20 FTP- Dữ liệu Cổng truyền dữ liệu, file

21 FTP Cổng hội thoại truyền file

23 TELNET Cổng truy nhập từ xa bằng TELNET

25 SMTP Cổng giao thức truyền mail đơn giản

103 X400 Sử dụng cho dịch vụ truyền mail X400

110 POP3 Sử dụng cho dịch vụ truyền mail PC

Hoạt động của TCP/IP

Hình 1.14 dưới đây mô phỏng cấu hình các giao thức TCP/IP để đáp ứng việc truyền thông Như ta thấy, toàn bộ thiết bị thông tin có thể gồm nhiều mạng và các mạng thành phần được gọi là những subnetwork Một số loại giao thức truy nhập mạng như Ethernet logic, được sử dụng để kết nối một host với một subnetwork đến một host khác thuộc cùng một subnetwork đó Trường hợp hai host thuộc hai subnetwork khác nhau thì việc truyền dữ liệu phải qua router Nó hoạt động như một chuyển tiếp để truyền khối dữ liệu từ một host qua một hoặc nhiều router đến một host khác TCP chỉ được cài đặt ở hệ thống cuối để đảm bảo độ tin cậy cho tất cả các khối dữ liệu truyền đến lớp ứng dụng thích hợp.

TCP/IP trong mạng ATM- Classical IP over ATM

GIAO THứC TRUY NHậP MạNG # VËT Lý

GIAO THứC TRUY NHậP MạNG # VËT Lý

IP TCP mạng 1 IP mạng 2

NAP1 NAP2 H×nh 1.14 Địa chỉ mạng toàn cầu Địa chỉ điểm kết nối với mạng con

Cổng hay điểm truy cập dịch vụ (SAP)

KÕt nèi logic (vc:kênh ảo)

Hình 1.14: Cấu hình các giao thức cho quá trình thông tin Để quá trình thông tin được thành công , mỗi thực thể trong hệ thống phải có một địa chỉ riêng Thực tế cần hai mức địa chỉ Mỗi host thuộc một subnetwork phải có một địa chỉ Global Internet Address duy nhất; địa chỉ này cho phép dữ liệu được truyền đến đúng host và nó được IP sử dụng để định tuyến và phân phối Mỗi ứng dụng trong một host phải có địa chỉ riêng và địa chỉ này cho phép giao thức TCP phân phối dữ liệu đến đúng nơi Địa chỉ sau được gọi là cổng.

Xét quá trình thông tin giữa hai host A và B: từ lớp ứng dụng , cổng 1 ở host A gửi một message sang cổng 2 ở host B Tiến trình diễn ra, host A chuyển message xuống lớp TCP rồi lớp IP và xuống lớp truy nhập mạng Qua mỗi lớp message được cấu trúc hợp lý để có thể gửi đến host B Dữ liệu tiếp tục được truyền qua subnetwork1, qua router J , subnetwork 2 và đến host B Host B chuyển dữ liệu qua các lớp đến cổng 2, ở đây tiến trình xử lý xảy ra ngược với ở host A.

Hình 115 dưới đây cho ta thấy cấu trúc dữ liệu mỗi lớp trong quá trình truyền và nhận nó

Hình 1.15: Mô phỏng quá trình truyền và nhận dữ liệu.

Khi dữ liệu truyền từ lớp ứng dụng (Application) cho đến lớp vật lý (Physical) thì mỗi lớp đều cộng thêm vào phần điều khiển của mình để đảm bảo cho việc truyền dữ liệu được chính xác Mỗi thông tin điều khiển này được gọi là một header và được đặt ở trước phần dữ liệu được truyền Mỗi lớp xem tất cả các thông tin mà nó nhận được từ lớp trên là dữ liệu , và đặt phần thông tin điều khiển header của nó vào trước phần thông tin này Việc cộng thêm vào các header ở mỗi lớp trong quá trình truyền tin được gọi là encapsulation Quá trình nhận dữ liệu diễn ra theo chiều ngược lại , mỗi lớp sẽ tách ra phần header trước khi truyền dữ liệu lên lớp trên.

Mỗi lớp có một cấu trúc dữ liệu độc lập, mỗi lớp không hề biết cấu trúc dữ liệu được cấu tạo tương thích với cấu trúc dữ liệu ở các lớp ngay cạnh để cho việc truyền dữ liệu được hiệu quả hơn Tuy nhiên ở mỗi lớp vẫn có một cấu trúc dữ liệu riêng và có một thuật toán riêng để mô tả cấu trúc đó.

Các ứng dụng dùng TCP gọi dữ liệu được truyền là stream trong khi các ứng dụng dùng UDP (User Datagram Protocol) gọi dữ liệu được truyền là message Lớp TCP

TCP/IP trong mạng ATM- Classical IP over ATM

Header Header Header Data gọi tên dữ liệu được truyền là segment còn UDP định nghĩa cấu trúc dữ liệu của nó là packet Lớp Internet xem tất cả các dữ liệu như là các khối và gọi là datagram Bộ giao thức TCP/IP có thể dùng nhiều kiểu khác nhau của lớp mạng dưới cùng, mỗi loại có thể có một thuật ngữ khác nhau để truyền dữ liệu Phần lớn các mạng kết cấu phần dữ liệu truyền đi dưới dạng các packet hay là các frame.

Trở lại cấu hình TCP/IP(hình 1.13) ở trên, giả sử host A nối với frame relay WAN và host B nối với IEEE 802 LAN.Khi đó , các bước hoạt động TCP/IP ở bên gửi A, router và bên nhận B sẽ là:

Bên gửi: ứng dụng data tcp t data

Hoạt động của bên gửi dữ liệu

1 Chuẩn bị dữ liệu: giao thức lớp ứng dụng chuẩn bị một khối dữ liệu cho việc truyền dẫn , ví dụ SMTP, FTP,TELNET.

2 Sử dụng cú pháp chung: trường hợp cần thiết , có thể biến đổi dữ liệu thành mẫu phù hợp với bên nhận Khi đó, phải sử dụng việc mã hóa hoặc nén.

3 Phân đoạn dữ liệu:TCP có thể phân đoạn khối dữ liệu thành một số các segment có gán số thứ tự cho chúng Mỗi TCP segment có một header chứa số hiệu tuần tự và một frame kiểm tra thứ tự để phát hiện lỗi.

4 Lặp lại segment: trong trường hợp mất hoặc suy hao segment đòi hỏi phải truyền lại thì một bản sao TCP segment sẽ được tạo ra Khi nhận được lời đáp xác nhận từ thực thể TCP kia , một segment bị xóa bỏ.

5 Phân đoạn các segment: IP có thể chia một TCP segment thành một số datagram để phù hợp với những yêu cầu về kích cỡ của mạng trung gian Mỗi datagram có một header chứa địa chỉ đích, một khung kiểm tra số thứ tự và thông tin điều khiển khác.

6 Đóng khung: một frame relay header và một trailer được thêm vào IP datagram Header này chứa thông tin nhận dạng kết nối và trailer chứa một frame nhận dạng kiểm tra số thứ tự.

7 Truyền phát: Mỗi frame được truyền theo thứ tự các bit

8 Đến router: tín hiệu đến được nhận qua môi trường truyền dẫn và dịch thành một frame các bit

9 Xử lý frame: lớp frame relay xử lý phần header và trailer.

10 Định đường cho packet: IP kiểm phần header và đưa ra một kết luận định tuyến Nó xác định đường ra và chuyển datagram trở lại lớp liên kết để truyền trên đường đó. iP

LLC frame relay mac vËt lý vËt lý i t Data l i t Data l I T dữ liệu f dữ liệu m l i t f

Hình1.17: Hoạt động tại router

11 Tạo LLP PDU: Một LLP header được thêm vào mỗi IP datagram để tạo thành một LLCPDU Phần header này địa chỉ và số hiệu thứ tự

12 Đóng khung: một MAC header và trailer được thêm vào mỗi IP datagram để tạo một MAC frame.

13 Truyền phát: mỗi frame được truyền qua môi trường theo số hiệu các bit.

TCP/IP trong mạng ATM- Classical IP over ATM

14 Đến đích :tín hiệu đến được thu qua môi trường truyền dẫn và dịch thành một frame các bit.

15 Xử lý frame: lớp MAC thực hiện tách phần header và trailer Số hiệu kiểm tra frame được xử lý để xác định lỗi.

16 Xử lý LLCPDU:lớp LLC xử lý phần header, số hiệu thứ tự được sử dụng để điều khiển luồng và lỗi

17 Xử lý datagram: IP tách phần header Số hiệu kiểm tra frame và các thông tin điều khiển khác cũng được xử lý.

18 Xử lý TCP segment: TCP tách phần header nó kiểm tra số hiệu kiểm tra frame, chấp nhận nếu đúng và loại bỏ nếu sai Quá trình điều khiển luồng cũng được thực hiện tại đây.

Nhiệm vụ và chức năng

 Mạng phải có khả năng cung cấp các dịch vụ băng rộng

 Có khả năng cung cấp các dịch vụ cho mạng băng hẹp N-ISDN

 Cung cấp các chức năng báo hiệu từ người sử dụng tới mạng

 Cung cấp các chức năng báo hiệu giữa các nút mạng

 Cung cấp các chức năng báo hiệu từ người sử dụng tới người sử dụng

Tế bào ATM và các đặc tính liên quan

 Phần tử số liệu PDU được dùng trong mạng ATM là các tế bào ATM có độ dài cố định 53 byte trong đó có 5 byte dành cho phần tiêu đề header

 Cách thức truyền của một tế bào tùy thuộc vào yêu cầu và tính chất của dịch vụ, tài nguyên sẵn trên mạng, QoS và quá trình truyền dẫn không phụ thuộc vào môi trường sử dụng :PDH, SDH, SONET cùng các môi trương khác đều có thể sử dụng để truyền tải tế bào ATM.

TCP/IP trong mạng ATM- Classical IP over ATM

 ATM sử dụng phương thức truyền hướng kết nối ( connection – oriented) Một kết nối ATM bao gồm nhiều link, mỗi link có một số hiệu nhận dạng không đổi trong suốt quá trình hoạt động của kết nối Tuy nhiên , cũng có một số giao thức dành cho phương thức truyền không hướng kết nối.

 Các thông tin báo hiệu của một kết nối sẽ sử dụng một kênh truyền khác với kênh truyền thông tin dữ liệu thật sự Kênh này sẽ có báo hiệu nhận dạng riêng gọi là báo hiệu ngoài băng.

Đặc tính kĩ thuật

 ATM đáp ứng các yêu cầu về băng thông và tốc độ cũng như sự đa dạng của thông tin người sử dụng.

 Khả năng cung ứng của ATM : dải tốc độ lớn bắt đầu từ T1-TDM cho đến

622 Mb/s và có thể cao hơn.

 ATM có thể cung cấp băng thông sử dụng cho người dùng một cách linh động ở các hình thức :

Băng thông có tốc độ truyền thay đổi và tăng cao đột ngột , băng thông cố định Băng thông có thể vượt quá lưu lượng cho phép ban đầu bởi việc sử dụng băng thông còn trống

 Cơ chế hoạt động của ATM được thực hiện bởi các kĩ thuật:

Ghép kênh thống kê Chuyển mạch các kết nối ảo Điều khiển luồng tốc độ cơ bản

Với yêu cầu hỗ trợ chất lượng dịch vụ QoS, các ứng dụng thời gian thực có thể được thực hiện thông qua một số dịch vụ trong ATM Thế giới truyền thông công cộng sẽ không bị giới hạn trong các dịch vụ mang tính tương tác, các dịch vụ thoại truyền thống mà nó còn có thể hiện ở các loại dịch vụ phong phú hơn như video, các gói tin mang dữ liệu thoại, hình ảnh có tính thời gian thực rất cao.

2.CẤU TRÚC PHÂN LỚP TRONG MẠNG ATM

Hình 2.1: Một topo điển hình của mạng ATM

Hình vẽ trên đây minh họa một topo điển hình của mạng ATM trong đó, một public UNI xác định giao diện giữa một mạng ATM công cộng và một chuyển mạch

TCP/IP trong mạng ATM- Classical IP over ATM

ATM dùng riêng; một Private UNI xác định giao diện giữa một người sử dụng đầu cuối với một ATM chuyển mạch dùng riêng Hình 2.2 thể hiện mô hình kiến trúc phân tầng của mạng ATM

Người sử dụng Người sử dụng

Hình 2.2: Mô hình kiến trúc phân tầng của mạng ATM

Lưu ý rằng không có sự tương ứng hoàn toàn giữa các tầng của mạng ATM với các tầng trong mô hình OSI Tầng ATM thực hiện các chức năng thường gặp trong các tầng hai và ba, còn tầng AAL có các chức năng tương tự như trong các tầng bốn, năm và bẩy trong mô hình OSI Tầng vật lý của mạng ATM có thể dùng công nghệ khác như DS1, DS2 hoặc FDDI Hình 2.3 thể hiện một cách chi tiết hơn các tầng ATM.

Broadband Connection – oriented Connectionless Voice,

Private Network services(e.g.X25) services(e.g.LAN) Video, Audio

Hình 2.3: Chi tiết hoá các tầng ATM

Khuyến nghị I.321 của ITU-T đã định nghĩa chức năng của các lớp như trong bảng 2.1 trang bên Bắt đầu từ dưới bảng, lớp vật lý có hai lớp con: lớp hội tụ truyền dẫn

SDH/SONET/FDDI, DS1, DS3 (PHY)

(TC) và môi trường vật lý (PM) Lớp con PM giao tiếp với môi trường vật lý thực tế và chuyển luồng bit đã được khôi phục đến lớp con TC Lớp con TC lấy ra và đưa các tế bào vào các khung được ghép kênh phân chia theo thời gian TDM(PDH hay SDH) rồi chuyển hoặc lấy chúng đến từ lớp ATM Lớp ATM thực hiện ghép, chuyển mạch và các hoạt động điều khiển trên cơ sở thông tin ở phần header của tế bào và chuyển tới hoặc nhận các khối số liệu giao thức PDU tới các lớp cao hơn Các PDU có thể có chiều dài thay đổi hoặc có thể có chiều dài cố định khác với chiều dài tế bào ATM

Tên lớp Các chức năng thực hiện

Dịch vụ đặc thù (SS) SAR Phân đoạn và tái lắp ráp ATM Điều khiển luồng chung Tạo/tách tiêu đề (header) Dịch vụ VCI/VPI

Ghép/tách tế bào Vật lý

TC Phối hợp tốc độ

Thích ứng khung truyền dẫn Tạo/ khôi phục khung truyền dẫn

PM Môi trường vật lý Bảng 2.1:Chức năng các lớp ATM

Lớp vật lý

2.1.1.LỚP CON MÔI TRƯỜNG VẬT LÝ PM

Chức năng của lớp PM phụ thuộc vào chính môi trường truyền dẫn PM cung cấp khả năng truyền dẫn bit, mã hóa dòng bit theo mã đường truyền, đồng bộ bit.

Tùy theo giao diện đường truyền là quang hay điện mà người ta sử dụng mã đường truyền tương ứng Chẳng hạn mã đường truyền dùng cho giao diện truyền dẫn điện 155,52 Mb/s là CMI hay mã đường truyền dùng cho giao diện truyền dẫn quang 155,52 Mb/s và 622,08 Mb/s là NRZ.

2.1.2.LỚP CON HỘI TỤ TRUYỀN DẪN TC

Lớp này có các chức năng cơ bản:

 Thêm vào hoặc lấy ra các tế bào trống ( thích ứng khung truyền dẫn)

TCP/IP trong mạng ATM- Classical IP over ATM

Khi tại mức vật lý không có các tế bào chứa thông tin hữu ích hay tế bào không xác định thì các tế bào trống sẽ chèn vào với mục đích đảm bảo cho luồng thông tin được truyền với tốc độ của đường truyền.

 Tạo và kiểm tra mã HEC

Giá trị của HEC được tính thông qua 4 bytes đầu trong phần header của tế bào ATM và sử dụng đa thức sinh x 8 +x 2 +x +1 Giá trị của HEC chính là phân của phép chia

Module 2 của tích 4 bytes đầu với x 8 cho đa thức sinh này.

 Quá trình phát hiện và sửa lỗi: phƯơng thức sửa lỗi phƯơng thức sửa lỗi phát hiện đa lỗi

(loại bỏ tế bào) không phát hiện lỗi

(không xử lý) phát hiện lỗi đơn

(Sửa lỗi) phát hiện lỗi (loại bỏ tế bào) không phát hiện lỗi

Hình 2.4: Cơ chế phát hiện và sửa lỗi HEC

Bình thường , đầu thu được đặt ở chế độ sửa sai Khi phát hiện thấy một lỗi đơn thì lỗi này sẽ được sửa Nếu phát hiện thấy đa lỗi thì tế bào đó sẽ bị hủy bỏ Sau khi sửa lỗi , hệ thống tự động chuyển sang chế độ phát hiện lỗi

Nếu hệ thống tiếp tục phát hiện ra lỗi dù là lỗi đơn hay đa lỗi thì tế bào cũng vẫn bị hủy bỏ Ngay khi không tiếp tục phát hiện ra lỗi, hệ thống lại chuyển về chế độ sửa sai.

 Nhận biết giới hạn tế bào để thực hiện phân tách:

Chức năng này cho phép đầu thu nhận biết được giới hạn của các tế bào Việc nhận biết dựa vào các bit trong phần header. Ở trạng thái “tìm kiếm” hệ thống thực hiện kiểm tra từng bit một trong phần header của tế bào Nếu không phát hiện ra lỗi thì hệ thống tự động chuyển sang trạng thái tiền đồng bộ.

4 2 Ở trạng thái “ tiền đồng bộ” hệ thống thực hiện kiểm tra cho  tế bào tiếp theo Nếu phát hiện ra lỗi thì tự động chuyển về trạng thái “tìm kiếm”.

Các tham số  và  được chọn phải thỏa mãn các yêu cầu về độ an toàn và tính hoạt động của quá trình. trạng thái tìm kiÕm trạng thái tiền đồng bộ hec đúng hec sai trạng thái đồng bộ hec sai liên tiếp a lần hec đúng liên tiếp d lần theo tõng bit theo tõng tÕ bào

Hình 2.5: Quá trình nhận biết giới hạn tế bào

Lớp ATM

Lớp ATM đóng vai trò quan trọng nhất trong việc truyền tải thông tin qua mạng ATM Nó sử dụng các kết nối ảo cho việc truyền tải các thông tin và các kết nối này được chia làm hai mức : mức đường ảo VP và mức kênh ảo VC Việc phân chia hai mức để truyền tải tín hiệu là một trong những đặc tính quan trọng nhất của ATM.

Chức năng của lớp ATM như trong bảng 2.1 mô tả , gồm bốn chức năng cơ bản và các chức năng này đều do mào đầu tế bào cung cấp:

 Điều khiển luồng chung GFC

 Tạo và tách phần header của tế bào ATM

 Đọc và thay đổi giá trị VPI/VCI

 Ghép / tách kênh các tế bào

Chức năng điều khiển luồng chung GFC: chỉ thực hiện trên giao diện UNI Nó có tác dụng điều khiển luồng dữ liệu giữa các cuộc nối trên giao diện UNI và chống tắc nghẽn dữ liệu.

TCP/IP trong mạng ATM- Classical IP over ATM

Tạo và tách trường header; việc này được thực hiện ở 2 trạm đầu cuối Trạm phát sẽ làm nhiệm vụ ghép phần header với phần dữ liệu 48 bytes nhận được từ lớp thích ứng AAL Trạm thu thực hiện việc tách header khỏi tế bào và phần dữ liệu 48 bytes đến lớp thích ứng AAL. Đọc và thay đổi giá trị VPI/VCI: chức năng này được thực hiện ở các nút chuyển mạch và các nút nối xuyên trong mạng Tại nút chuyển mạch, cả VPI và VCI đều bị thay đổi, còn lại nút nối xuyên thì chỉ có giá trị của VPI bị thay đổi.

Ghép/ tách kênh các tế bào: việc ghép kênh được thực hiện ở trạm phát còn tách kênh thực hiện ở trạm thu.

Tại trạm phát, tất cả các tế bào thuộc về kênh ảo và đường ảo khác nhau được hợp thành lại để truyền dưới dạng một dòng tế bào duy nhất Tại trạm thu , dòng tế bào này lại được tách ra để truyền trên các kênh ảo và đường ảo khác nhau đến các thiết bị thu.

2.2.1.CẤU TRÚC TẾ BÀO ATM

Như đã đề cập , tế bào ATM có kích thước nhỏ, chiều dài cố định 53 bytes ( ở kích thước giữa 32 bytes - đối tượng truyền thông là tiếng nói và 64 bytes- đối tượng truyền thông là dữ liệu) Sự lựa chọn này phụ thuộc vào 3 thông số: hiệu suất băng truyền, trễ (trễ tạo gói , trễ hàng đợi , độ thay đổi trễ, trễ tháo gói ) và độ phức tạp khi thực hiện.

Các nước châu Âu muốn sử dụng tế bào có trường số liệu dài 32 bytes, trong khi

Mỹ và Nhật lại yêu cầu sử dụng với trường số liệu 64 bytes Cuối cùng ITU- T chọn giải pháp tế bào ATM có độ dài 53 bytes trong đó trường số liệu dài 48 bytes, phần mào đầu dài 5 bytes, mà đầu tế bào chiếm khoảng 10% dung lượng truyền dẫn, được dùng để định tuyến tế bào và cập nhật các giá trị nhận dạng mới tại các nút mạng chuyển mạch Trường thông tin được truyền suốt qua mạng , không hề bị thay đổi trong quá trình truyền tải.

Có hai dạng thức tế bào được định nghĩa tại giao tiếp người sử dụng và mạng UNI hay giao tiếp giữa mạng với mạng NNI Do đó có hai kiểu mào đầu tế bào:

ATMHEADER Trường tải tin

Giao diện mạng - người sử dụng (UNI)

ATM và mào đầu của nó.

NNI: Network Network Interface GFC: Generic Flow Control VPI: Virtual Path Identifier VCI: Virtual Channel Identifier PT: Payload Type

CLP: Cell Loss Priority HEC: Header Error Control

 Trường điều khiển luồng chung (GFC) : gồm 4 bits trong đó 2 bits dùng cho điều khiển , 2 bits dùng làm tham số GFC chỉ áp dụng đối với giao diện.

 UNI trong cấu hình điểm điểm và tham gia việc điều khiển lưu lượng theo hướng khách hàng về phía mạng Cơ cấu sử dụng 4 bits GFC đã được tiêu chuẩn hóa.

 Trường định tuyến (VPI/VCI) : đối với UNI gồm 24 bits (8 bits VPI và 16 bits VCI) và đối với NNI - gồm 28 bits (12 bits VPI và 16 bits VCI) Đặc tính cơ bản của ATM là chuyển mạch xảy ra trên cơ sở giá trị trường định tuyến của tế bào Nếu chuyển mạch chỉ dựa trên giá trị VPI thì được gọi là kết nối đường ảo, nếu chuyển mạch dựa trên cả hai giá trị VPI/VCI thì được gọi là kết nối kênh ảo.

 Trường tải thông tin (PT) gồm 3 bits dùng để chỉ thị thông tin được truyền tải là thông tin khách hàng hay thông tin mạng Khi PT mang các thông tin mạng ( ví dụ khi xảy ra tắc nghẽn ) , mạng sẽ có xử lý đối với trường thông tin của tế bào.

 Trường ưu tiên tổn thất tế bào (CLP): 1 bit , giá trị bit này có thể được xác lập bởi khách hàng hoặc nhà cung cấp dịch vụ, dùng cho mục đích điều khiển tắc nghẽn Các tế bào trong đó CLP =0 có mức ưu tiên cao và CLP = 1 có mức ưu tiên thấp hơn Các tế bào có CLP = 1 sẽ bị loại bỏ khi xảy ra tắc nghẽn trong mạng.

 Trường điều khiển lỗi mào đầu (HEC) :gồm 8 bits Trường này được xử lý ở lớp vật lý và có thể được dùng để sửa các lỗi bị một lỗi bit hoặc để phát hiện các lỗi bị nhiều lỗi bit.

TCP/IP trong mạng ATM- Classical IP over ATM

Như quan sát trong hình 2.6 , sự khác nhau của hai dạng tế bào tại giao diện UNI và giao diện NNI chủ yếu là ở 4 bits được sử dụng cho GFC trong UNI thay vì VPI trong NNI Điểm khác nhau này xuất phát từ tính chất không có quá trình điều khiển luồng ở giao diện NNI Mặt khác , tại giao diện NNI có nhiều hơn rất nhiều số các đường ảo có thể có để cung cấp cho các kết nối trong mạng ATM.

2.2.2 CÁC KẾT NỐI ẢO TRONG ATM

Kết nối ảo trong ATM là một kết nối trong suốt mà lớp ATM cung cấp cho lớp cao hơn để truyền dữ liệu giữa các đầu cuối hệ thống Kết nối này có thể là cố định PVC (Permament Virtual Connection ) hay ngẫu nhiên SVC (Switehed Virtual

Kết nối cố định PVC được xem là trạng thái ổn định của bất kì một kết nối nào vì nó chỉ có duy nhất một lần thiết lập kết nối khi được cài đặt cấu hình ban đầu Khi mạch có sự cố , các kết cấu nối ảo này cần được khởi động và thiết lập lại dựa vào một số tham số đã được cấu hình trước đó thông qua hợp đồng khách hàng Thời gian ở trạng thái tích cực (kết nối luôn hữu hiệu) của loại kết nối PVC kéo dài và chỉ bị reset nếu có hư hỏng trên kết nối này.

Lớp tương thích ATM

AAL là lớp cao trong kiến trúc mạng ATM Nó có chức năng tạo ra sự tương thích giữa các dịch vụ được cung cấp bởi lớp ATM với các ứng dụng ở lớp cao hơn Thông qua AAL, các đơn vị dữ liệu ở lớp cao (PDUs) sẽ được phân mảnh đưa vào trường thông tin dữ liệu cho các tế bào ATM và sẽ được hoàn thành tiếp bởi các lớp dưới. Như trong hình vẽ 2.10 ta nhận thấy lớp AAL được phân chia thành hai lớp con:

 Lớp con phân tách và tổ hợp (SAR- Segmentation and Reasembly):tại lớp này các PDU thuộc lớp cao sẽ được phân nhỏ thành các phần tương ứng 48 bytes dữ liệu của tế bào tại đầu phát Tại đầu thu, SAR lấy thông tin trong trường dữ liệu của tế bào khôi phục tại PDU ban đầu.

 Lớp con hội tụ (CS- Convergence Sublayer): lớp này có tính chất phụ thuộc dịch vụ Nó cung cấp dịch vụ của lớp AAL cho các lớp cao hơn thông qua các điểm truy cập dịch vụ SAP (Service Access Point) Điểm đặc biệt được đề cập ở đây chính là sự đa dạng của các ứng dụng ở lớp cao so với các đặc tính truyền thông cũng như một số yêu cầu phải được đáp ứng như tính thời gian thực (Real – time) , độ trễ cho phép, tốc độ truyền cố định hay thay đổi (CBR hay ABR) và băng thông sử dụng cũng như phương thức truyền có hay không có các kết nối sẽ khiến cho giao thức hoạt động và điều khiển của mạng ATM rất phức tạp Chính vì vậy, ITU- T đã thống nhất chia AAL thành 4 loại dựa vào 3 tham số chủ yếu: mối quan hệ về mặt thời gian, tốc độ bit và kiểu liên kết như trong bảng 2.2.

Giữa CS và SAR không có SAP

Hình 2.10: Quá trình hình thành đơn vị dữ liệu trên các lớp mạng ATM

Tính chất Loại dịch vụ

Quan hệ thời gian đích, nguồn Yêu cầu Không yêu cầu

Tốc độ Cố định Biến đổi

TCP/IP trong mạng ATM- Classical IP over ATM

Phần đầu Thông tin CS- PDU Kết cuối

Phần đầu Thông tin Kết cuối

SAR-PDU CS- PDU SAR- PDU

Mào đầu Trường thông tin tế bào Kết cuối

Kiểu kết nối Có kết nối Không kết nối

Loại AAL AAL1 AAL2 AAL3/4 AAL5,AALL3/

Bảng 2.2: Phân nhóm hoạt động trong AAL

2.3.1.LỚP TƯƠNG THÍCH ATM KIỂU 1( AAL 1)

AAL1 là nhóm sử dụng cho các dịch vụ có tốc độ bit cố định, có những yêu cầu về thời gian thực, tốc độ truyền dữ liệu không thay đổi và kiểu truyền hướng liên kết.

AAL1 cung cấp các dịch vụ cho khách hàng sử dụng AAL lớp bậc cao:

 Truyền tải và phân phát các khối SDU với tốc độ bit cố định

 Truyền tải những thông tin về nhịp giữa phần phát và phần thu.

 Truyền tải cấu trúc thông tin giữa phần phát và phần thu.

Khi cần thiết , chỉ thị các thông tin bị mất hoặc lỗi mà AAL1 không có khả năng sửa

Ngoài ra , AAL1 có thể thực hiện một số chức năng khác liên quan đến các dịch vụ được lớp ATM cung cấp như:

 Phân tách và tái tạo các thông tin khách hàng

 Xử lý độ trễ tế bào

 Xử lý trễ tổ hợp thông tin tải tế bào

 Xử lý các tế bào mất và nhầm địa chỉ

 Tái tạo nhịp phát lại phần thu

 Tái tạo cấu trúc số liệu phát tại đầu thu

 Kiểm tra và xử lý thông tin điều khiển giao thức AAL (PCI) dùng cho các lỗi bit

 Kiểm tra và có thể xử lý các lỗi bit của trường thông tin

1 2 3 4 1 2 3 4 SN: Số thứ tự SC: Đếm kí tự

SNP: Bảo vệ số thứ tự EPB:Kiểm tra bit chẵn

CSI: Chỉ thị lớp phụ hội tụ CRC:Các bit kiểm tra Đơn vị dữ liệu giao thức SAR- PDU gồm 48 bytes: 1 byte dành cho phần thông tin điều khiển , còn lại 47 bytes dùng để chứa phần dữ liệu

Phần thông tin điều khiển giao thức PCI gồm 4 bits trường số thứ tự SN( Sequence Number) và 4 bits trường bảo vệ số thứ tự SNP( Sequence Number Protection) cho SN.

Trường số thứ tự dùng để đánh số thứ tự các khối SAR- PDU và nó gồm có hai phần : 1 bit chỉ thị lớp con hội tụ CSI , có giá trị ngầm định là 0 Bit CSI còn được sử dụng liên quan đến khái niệm tái tạo xung nhịp , 3 bits tiếp theo là các bits chỉ thị thứ tự tế bào dùng để phát hiện tế bào mất hoặc chỉ thị chèn nhầm.

Trường bảo vệ số thứ tự SNP dùng để bảo vệ trường SN Trường này cũng được chia thành nhóm 3 bits và 1 bit Nhóm 3 bits hình thành một tổ hợp CRC với đa thức sinh x 2 +x +1 có tác dụng xử lý 1 bit lỗi , phát hiện 2 bits lỗi Bit cuối cùng dùng để kiểm tra thuộc tính chẵn lẻ của 7 bits đầu của PCI.

Chức năng của lớp con CS phụ thuộc vào loại dịch vụ, nó gồm các chức năng cơ bản

 Xử lý các giá trị trễ tế bào: Các giá trị trễ khác nhau được xử lý thông qua một bộ đệm Nếu bộ đệm rỗng thì hệ thống tự động chèn vào một số bit Ngược lại , nếu bộ đệm bị tràn thì một số bit sẽ bị hủy.

 Xử lý các tế bào bị mất hoặc chèn nhầm

 Khôi phục tín hiệu đồng bộ

 Truyền các thông tin về cấu trúc dữ liệu giữa nguồn và đích rong trường hợp dữ liệu truyền có dạng cấu trúc

TCP/IP trong mạng ATM- Classical IP over ATM

Mào đầu SN SNP Thông tin SAR- PDU

 Sửa lỗi trước FEC (Forward Error Connection) để đảm bảo chất lượng dịch vụ cao cho một số ứng dụng Video và Audio.

2.3.2.LỚP TƯƠNG THÍCH ATM KIỂU 2 (AAL2)

AAL2 sử dụng cho các dịch vụ có tốc độ bit thay đổi như dịch vụ nén âm thanh và hình ảnh Hơn nữa , quan hệ thời gian giữa nguồn và đích cũng được truyền đi vì nguồn đưa ra tốc độ thay đổi nên có thể các tế bào không lấp đầy hoàn toàn và do đó lớp con SAR sẽ có nhiều chức năng hơn.

Hiện nay các tiêu chuẩn về AAL 2 vẫn đang được ITU-T hoàn thiện và SAR cũng đã đề cập với một số cấu trúc số liệu:

 Trường bit SN: chỉ thị số thứ tự như trong AAL1

 Trường IT: sử dụng để chỉ ra việc bắt đầu, tiếp tục truyền hay kết thúc một bức điện Ngoài ra nó được dùng để phân biệt các loại hình dịch vụ.

 Trường bit LI: chỉ thị số lượng các byte có ích trong các tế bào lấp đầy một phần

 Trường CRC: cho phép SAR sửa một số lỗi bit trong đơn vị dữ liệu của nó SAR-SDU là đơn vị dữ liệu dịch vụ của SAR

 Lớp này thực hiện một số chức năng:

 Hồi phục đồng hồ qua việc tách và ghép thông tin về thời gian

 Xử lý các tế bào bị mất hay bị truyền nhầm

 Sửa lỗi trước (FEC) cho các dịch vụ hình ảnh và âm thanh

2.3.3.3.LỚP TƯƠNG THÍCH ATM KIỂU ắ (AAL ắ)

Trong quá trình tiêu chuẩn hóa, do có nhiều điểm trùng hợp nên 2 giao thức AAL3 và AAL4 được gộp lại thành một

Hai phương thức dịch vụ được sử dụng trong giao thức AAL ắ là: message và streaming Trong phương thức message, khối số liệu dịch vụ (SDU) AAL chuyển tải qua giao diện AAL có kích thước chính bằng khối số liệu giao diện AAL Dịch vụ này có thể truyền tải các khối số liệu dịch vụ với kích thước cố định và thay đổi Trong phương thức streaming , SDU- AAL chuyển tải qua giao diện AAL có kích thước bằng một hoặc bội số khối số liệu giao diện AAL có thể xảy ra tại nhiều thời điểm khác nhau và do vậy, dịch vụ này truyền tải các SDU với kích thước thay đổi Trong phương thức này có dịch vụ loại bỏ, có khả năng loại bỏ một phần số liệu dịch vụ được vận chuyển qua giao diện AAL.

Hai phương thức hoạt động trên được mô tả trong hình vẽ sau:

SSCS- PDU a) Dịch vụ theo phương thức Message

SSCS- PDU b) Dịch vụ theo phương thức Streaming

Hình 2.12: Cấu trúc của SSCS- PDU theo phương thức truyền tải

Cấu trúc này phụ thuộc vào các yêu cầu của dịch vụ

Hoạt động có chống lỗi : ở đây, mọi SDU được chuyển giao mà không có bất kì sự thay đổi nào về nội dung do các lỗi gây ra Bất kì một CS- PDU nào bị mất hay bị sai sẽ được phát lại Thêm vào đó , chức năng điều khiển luồng sẽ được đưa ra giữa hai đầu cuối.

Hoạt động không có chống lỗi: Trong trường hợp này, một SDU có thể được truyền đi chính xác hoặc không chính xác Các CS- PDU bị mất hay sai sẽ không được phát lại Việc có cung cấp chức năng điều khiển luồng hay không hoàn toàn tùy chọn.

TCP/IP trong mạng ATM- Classical IP over ATM

AAL- IDU Kết cuối Kết cuối

AAL-IDU AAL- IDU AAL-IDU AAL- IDU

Các chức năng chủ yếu của SAR là hỗ trợ cho việc phân chia và tác hợp thông tin thành các đơn vị dữ liệu giao thức có chiều dài thay đổi của CS hoặc ngược lại nhờ việc đưa ra một chỉ báo về kiểu tế bào ( đầu , giữa , cuối hay là một đoạn duy nhất) của CS-PDU và một chỉ báo về số lượng các bytes có ích Chỉ báo này chỉ có giá trị đối với tế bào cuối cùng hoặc tế bào của một đoạn duy nhất Chức năng này do hai trường bit đưa ra:

Chuyển mạch có phương tiện dùng chung

BUS chung Bộ nhớ cổng ra

S/P: Bộ chuyển đổi nối tiếp song song

P/S: Bộ chuyển đổi song song nối tiếp

AF: Bộ lọc theo địa chỉ

FIFO:Bộ đệm vào trước ra trước

Hình 2.18: Nguyên lý chuyển mạch BUS chung

Trong loại cấu trúc này , các tế bào được ghép lại trong môi trường chung là BUS hoặc RING Tốc độ của môi trường chung thường lớn hơn hoặc bằng giá trị tổng của tốc độ các luồng tín hiệu đến Cấu trúc này chỉ cần một bộ nhớ đệm có dung lượng nhỏ đủ để giữ một số lượng ít các tế bào khi chung truy nhập vào môi trường chung Tranh chấp đầu ra đối với cấu trúc này là không xảy ra vì không có trường hợp hai tế bào cùng đến cổng ra trong cùng một thời điểm Tuy nhiên, tốc độ tế bào tại một thời điểm và do vậy cần phải sử dụng các bộ nhớ đệm đầu ra để lưu giữ tế bào.

Cấu trúc chuyển mạch có phương tiện dùng chung thích hợp cho việc cung cấp các dịch vụ nhân phiên bản/ quảng bá và hoạt động có hiệu quả khi tốc độ môi trường chung lớn hơn hoặc bằng tổng tốc độ của các tuyến nối đến Tuy nhiên cấu trúc này chỉ phù hợp với số lượng cổng nhỏ hoặc được sử dụng như là các thành phần của một hệ thống chuyển mạch lớn.

Chuyển mạch có bộ nhớ chung

Chuyển mạch có bộ nhớ chung bao gồm một khối cổng kép dùng chung cho tất cả các cổng vào và cổng ra Các tín hiệu đến được ghép vào một luồng duy nhất và viết vào bộ nhớ chung Bộ nhớ được cấu trúc thành các hàng logic , mỗi hàng tương ứng với một cổng ra Tế bào tại các hàng ra cũng được ghép lại thành một luồng tế bào chung, được đọc, tách kênh và sau đó được gửi tới các tuyến đi Nhược điểm của cấu trúc này là hạn chế về thời gian truy nhập bộ nhớ đối với tất cả lưu lượng đến và lưu lượng đi.

Ghép luồng MUX Tách luồng DEMUX

Hình 2.19: Nguyên lý chuyển mạch có bộ nhớ chung

Cấu trúc chuyển mạch có bộ nhớ chung được áp dụng tương đối rộng rãi do các ưu điểm trong kĩ thuật nhân phiên bản và do những tiến bộ trong công nghệ bộ nhớ dẫn tới khả năng dễ dàng giải quyết các hạn chế về tốc độ truy nhập bộ nhớ.

Chuyển mạch phân chia không gian

Trong chuyển mạch phân chia không gian, tế bào tổng hợp từ các cổng vào khác nhau có thể được truyền tải đồng thời đến các tuyến nối Việc truyền tải mỗi tế bào đòi hỏi sự thiết lập đường truyền vật lý riêng trong phần tử chuyển mạch để nối tuyến nối đến và tuyến nối đi Các phần tử chuyển mạch này cũng yêu cầu có sự phân chia điều khiển bên trong, do vậy làm giảm độ phức tạp trong thiết kế Chuyển mạch phân chia không gian được tổ chức giống như chuyển mạch ngang dọc.

Dưới đây là một cấu trúc chuyển mạch ngang dọc 8x8 , trong đó mỗi ô vuông tương ứng với một điểm nối chéo, khối chuyển mạch cơ bản trong cấu trúc chuyển mạch phân chia không gian hoạt động theo sự điều khiển của khối điều khiển Mỗi điểm nối chéo bao gồm hai đầu vào và hai đầu ra và cho phép hai đường nối hoạt động đồng thời.

TCP/IP trong mạng ATM- Classical IP over ATM Điều khiển

1 2 3 4 5 6 7 8 Cổng ra Hình 2.20: Chuyển mạch ngang dọc 8x8

Trong một điểm nối chéo , tranh chấp xảy ra khi hai đầu vào yêu cầu kết nối với cùng một đầu ra Khi đó chỉ có một đầu vào được kết nối, tế bào của đầu ra còn lại sẽ bị loại bỏ hoặc được lưu giữ trong bộ nhớ cho đến khi đầu ra không bị chiếm giữ Tuy nhiên , việc sử dụng bộ nhớ vẫn không giải quyết hết được vấn đề tranh chấp đầu ra do kích thước bộ nhớ có giới hạn Ngoài ra, có thể xảy ra trường hợp đầy bộ nhớ gây ra việc loại bỏ tế bào do không còn khả năng lưu giữ các tế bào đến sau. Đầu vào Đầu vào Đầu ra Đầu ra Đấu chéo Đấu thẳng

Hình 2.21: Điểm nối chéo và hình thức đấu nối

Cấu trúc chuyển mạch phân chia không gian thích hợp với các dịch vụ nhân phiên bản/ quảng bá nhưng có một nhựơc điểm như tốc độ chuyển mạch thấp, điều khiển ưu tiên không linh hoạt và tỷ lệ sử dụng bộ nhớ thấp.

4.BÁO HIỆU VÀ CẤU TRÚC ĐỊA CHỈ ATM

Cấu trúc địa chỉ ATM

Trước khi một kênh ảo được thiết lập giữa hai đầu cuối sử dụng ATM, một chuỗi các thông điệp được trao đổi với các thông tin về băng thông, chất lượng dịch vụ cùng các thông số đặc trưng cho một kết nối Tuy vậy, điều này chỉ xảy ra khi thông điệp được định tuyến thành công giữa hai đầu cuối này mà điều căn bản là mỗi đầu cuối ATM phải có một địa chỉ duy nhất.

 Một số đặc tính điển hình của cấu trúc địa chỉ ATM:

Sự riêng biệt và duy nhất đối với bất kì giao thức lớp cao nào cung không gian địa chỉ của chúng khi sử dụng mạng ATM Cụ thể trong địa chỉ IP 32 bits với giao thức TCP/IP không có sự liên quan nào với địa chỉ ATM được chỉ định theo NIC Tuy nhiên , thông qua một số các giao thức đặc biệt , vấn đề tham chiếu địa chỉ giữa IP và ATM được giải quyết cũng giống như đối với địa chỉ IP và địa chỉ vật lý MAC-AAD , qua đó cho phép liên kết hoạt động các mạng với nhau.

 Có các kiểu định dạng địa chỉ khác nhau cho cả mạng ATM riêng lẫn mạng công cộng Đây là một thực tế cho thấy sự giống nhau trong mạng ATM công cộng với công ty điện thoại qua địa chỉ và cơ chế định tuyến nội bộ Cũng giống vậy , một mạng ATM dùng riêng cũng cần có một sự mềm dẻo trong phân định địa chỉ, phụ thuộc vào quyền phân cấp nội bộ , hai cấu trúc này sẽ cùng hoạt động với nhau.

 Cấu trúc phân cấp trong địa chỉ ATM đã làm giảm đáng kể sự phức tạp trong cơ chế định tuyến cuộc gọi, trong thi hành và quản trị cuộc gọi cũng như trong xử lý overhead.

 Khả năng cung cấp dung lượng địa chỉ trong ATM rất lớn bởi việc sử dụng 20 bytes địa chỉ ATM.

 Cấu trúc địa chỉ ATM(ITU-T)

ATM Forum đã định nghĩa dạng thức địa chỉ để nhận diện duy nhất đầu cuối sử dụng ATM truyền thông qua giao tiếp UNI.

Cấu trúc địa chỉ ATM như mô tả trong hình 2.22 dưới đây gồm hai phần IDP và DSP:

TCP/IP trong mạng ATM- Classical IP over ATM

 IDP( Initial Domain Identifier) : phần khởi đầu địa chỉ gồm hai phần con: +AFI (Authority Format Indentifier) là thông tin nhận dạng một trong ba địa chỉ Bảng dưới đây sẽ giới thiệu giá trị AFI cho ba loại tương ứng.

Giá trị AFI IDI tương ứng Ý nghĩa IDI

Bảng 2.2: Bảng nhận dạng và giá trị AFI

+IDI (Innitial Domain Identifier): thông tin này với 2 bytes nhận dạng tuỳ vào AFI sẽ mang ý nghĩa khác nhau.

IDP DSP a) b) c) a) Địa chỉ ATM dạng DCC b) Địa chỉ ATM dạng ICD c) Địa chỉ ATM dạng NSAP chuẩn E.164

Hình 2.22: Các khuôn dạng địa chỉ ATM

 DSP(Domain Specific Part) : phần đặc trưng miền địa chỉ , quyết định địa chỉ bởi nhà quản lý mạng Nội dung DSP thay đổi tuỳ theo AFI, trong đó DFI là nhận dạng miền đặc trưng bao hàm cú pháp và các khía cạnh liên quan đến miền.

 HO- DSP( High Oder DSP) là phần thông tin kết hợp giữa định tuyến miền và nhận dạng vùng Trường thông tin này dùng để tạo cấu trúc địa chỉ nhiều lớp dựa vào ứng dụng mặt nạ bởi các bit đầu của địa chỉ.

 ESI (End System Identifier) nhận dạng duy nhất hệ thống đầu cuối với 48 bits cho một mạng con ATM Với chiều dài này, địa chỉ hoàn toàn phù hợp với địa chỉ vật lý MAC trong mạng LAN Ethernet hay Token ring.

 SEL( Selector): không sử dụng trong lớp mạng ATM , nó thường sử dụng để nhận dạng loại giao thức sử dụng lớp cao Thông thường SEL chứa SAP.

 ESI và SEL cho biết phần địa chỉ người sử dụng

4.2 ĐĂNG KÝ ĐỊA CHỈ QUA MẠNG ATM

Việc chỉ định và phân cấu hình 20 bytes địa chỉ cho đầu cuối sử dụng ATM có thể dẫn đến các sai sót và ngộ nhận không lường được Do đó ATM Forum đã đưa ra kỹ thuật đăng kí địa chỉ tự động thông qua giao tiếp UNI Kỹ thuật đăng kí này với giao thức quản trị mạng SNMP và giao thức ILMT để trao đổi thông tin địa chỉ giữa mạng ATM và đầu cuối ATM bằng việc đầu cuối ATM sẽ thông báo với mạng địa chỉ ESI của nó , sau đó sẽ nhận địa chỉ đầu với nhận dạng riêng của mạng con ATM mà đầu cuối sử dụng kết nối vào thông qua UNI.

Việc đăng kí địa chỉ tự động qua giao diện sẽ cho phép nhiều thuê bao ATM có thể thực hiện đồng thời Kể từ ngay sau khi hoàn tất việc đăng kí địa chỉ đã có thông tin mới về địa chỉ ATM của các thuê bao mới Đây là cơ sở để giao thức định tuyến cho các tế bào đi từ chuyển mạch này đến chuyển mạch khác, định tuyến thích hợp các kênh ảo động SVC từ đầu cuối ATM gửi đến đầu cuối ATM nhận.

4.3.BÁO HIỆU TRONG MẠNG ATM

Báo hiệu trong ATM thực hiện trong các kênh báo hiệu tách biệt với các kênh đối tượng sử dụng Một số lớn các dịch vụ dải rộng yêu cầu độ linh động và do đó quá trình báo hiệu trở nên phức tạp.

Báo hiệu sử dụng giao thức trao đổi các thông điệp giữa đầu cuối người dùng ATM và mạng qua giao diện UNI Các thủ tục này được qui định trong khuyến nghị ITU-T Q.2931 và chức năng chính của nó được định nghĩa trong khuyến nghị là:

 Thiết lập và giải phóng kết nối điểm - điểm

 Chọn và ấn định VPI/ VCI

 Yêu cầu chế độ chất lượng dịch vụ QoS

 Nhận dạng phía chủ gọi

 Xử lý lỗi cơ sở

 Thông báo các thông tin đặc thù ở yêu cầu thiết lập

 Hỗ trợ địa chỉ con

 Định nghĩa thông số lưu lượng tốc độ tế bào đỉnh PCR

TCP/IP trong mạng ATM- Classical IP over ATM

Ngoài ra , ATM Forum cũng định nghĩa một số khả năng bổ sung cho ITU-T Q2931 và đưa ra các thông số cơ bản cho các bản tin báo hiệu chính từ Q2931 này:

 Điều khiển kết nối điểm - điểm

 Các bản tin thiết lập cuộc gọi

CALL PROCEDING (Tiến hành gọi) CONNECT ACKNOWLEDGE( Công nhận kết nối) SETUP( Thiết lập)

 Các bản tin xoá cuộc gọi

RELEASE(Giải phóng) RELEASE COMPLETE (Hoàn toàn giải phóng)

 Các bản tin trạng thái

STATUS ENQUIRE (Yêu cầu trạng thái)

 Các bản tin liên quan đến tham khảo cuộc gọi toàn thể

RESTART (ALL) ( Khởi động lại tất cả) RESTART ACKNOWLEDGE( Công nhận khởi động lại) STATUS( Trạng thái)

 Điều khiển kết nối điểm – đa điểm

ADD PARTY( Bổ sung phía tham dự) ADD PARTY ACKNOWLEDGE (Công nhận bổ sung phía tham dự)

DROP PARTY( Bỏ bớt phía tham dự) DROP PARTY ACKNOWLEDGE( Công nhận bỏ bớt phía tham dự)

Tương ứng các chức năng báo hiệu , có hai loại bản tin được trao đổi:

 Bản tin điều khiển cuộc gọi( Thiết lập và xoá)

 Bản tin điều khiển nối thông cuộc gọi (bổ sung / loại bỏ các đấu nối , bổ sung / loại bỏ các nơi nhận ở một cuộc gọi điểm – đa điểm)

Hình 2.23: Khuôn dạng bản tin báo hiệu

Mỗi bản tin báo hiệu gồm hai phần: phần chung header có độ dài 9 bytes gồm trường phân loại giao thức, tham khảo cuộc gọi , kiểu bản tin và độ dài bản tin; phần đặc thù hay phần tử thông tin IE mang thông tin đặc thù cho từng bản tin Hình vẽ sau

6 8 đây cho ta thấy được khuôn dạng của một bản tin và quá trình trao đổi các bản tin cho thủ tục thiết lập – xoá bỏ cuộc gọi giữa hai đầu cuối sử dụng ở giao tiếp UNI và NNI.

SETUP Đang tiến hành gọi

Báo chuông CONNECT ADDRESS COMPLETE CONNECT

CONNECT ACK ANSWER CONNECT ACK

Hình 2.24: Lưu đồ báo hiệu trao đổi ở các giao tiếp người sử dụng mạng (UNI) và mạng- mạng (NNI)

TCP/IP trong mạng ATM- Classical IP over ATM

Thiết bị đầu cuối băng rộng

Thiết bị đầu cuối băng

TCP / IP TRONG MẠNG ATM- CLASSICAL IP

Báo hiệu trong mạng ATM

Báo hiệu trong ATM thực hiện trong các kênh báo hiệu tách biệt với các kênh đối tượng sử dụng Một số lớn các dịch vụ dải rộng yêu cầu độ linh động và do đó quá trình báo hiệu trở nên phức tạp.

Báo hiệu sử dụng giao thức trao đổi các thông điệp giữa đầu cuối người dùng ATM và mạng qua giao diện UNI Các thủ tục này được qui định trong khuyến nghị ITU-T Q.2931 và chức năng chính của nó được định nghĩa trong khuyến nghị là:

 Thiết lập và giải phóng kết nối điểm - điểm

 Chọn và ấn định VPI/ VCI

 Yêu cầu chế độ chất lượng dịch vụ QoS

 Nhận dạng phía chủ gọi

 Xử lý lỗi cơ sở

 Thông báo các thông tin đặc thù ở yêu cầu thiết lập

 Hỗ trợ địa chỉ con

 Định nghĩa thông số lưu lượng tốc độ tế bào đỉnh PCR

TCP/IP trong mạng ATM- Classical IP over ATM

Ngoài ra , ATM Forum cũng định nghĩa một số khả năng bổ sung cho ITU-T Q2931 và đưa ra các thông số cơ bản cho các bản tin báo hiệu chính từ Q2931 này:

 Điều khiển kết nối điểm - điểm

 Các bản tin thiết lập cuộc gọi

CALL PROCEDING (Tiến hành gọi) CONNECT ACKNOWLEDGE( Công nhận kết nối) SETUP( Thiết lập)

 Các bản tin xoá cuộc gọi

RELEASE(Giải phóng) RELEASE COMPLETE (Hoàn toàn giải phóng)

 Các bản tin trạng thái

STATUS ENQUIRE (Yêu cầu trạng thái)

 Các bản tin liên quan đến tham khảo cuộc gọi toàn thể

RESTART (ALL) ( Khởi động lại tất cả) RESTART ACKNOWLEDGE( Công nhận khởi động lại) STATUS( Trạng thái)

 Điều khiển kết nối điểm – đa điểm

ADD PARTY( Bổ sung phía tham dự) ADD PARTY ACKNOWLEDGE (Công nhận bổ sung phía tham dự)

DROP PARTY( Bỏ bớt phía tham dự) DROP PARTY ACKNOWLEDGE( Công nhận bỏ bớt phía tham dự)

Tương ứng các chức năng báo hiệu , có hai loại bản tin được trao đổi:

 Bản tin điều khiển cuộc gọi( Thiết lập và xoá)

 Bản tin điều khiển nối thông cuộc gọi (bổ sung / loại bỏ các đấu nối , bổ sung / loại bỏ các nơi nhận ở một cuộc gọi điểm – đa điểm)

Hình 2.23: Khuôn dạng bản tin báo hiệu

Mỗi bản tin báo hiệu gồm hai phần: phần chung header có độ dài 9 bytes gồm trường phân loại giao thức, tham khảo cuộc gọi , kiểu bản tin và độ dài bản tin; phần đặc thù hay phần tử thông tin IE mang thông tin đặc thù cho từng bản tin Hình vẽ sau

6 8 đây cho ta thấy được khuôn dạng của một bản tin và quá trình trao đổi các bản tin cho thủ tục thiết lập – xoá bỏ cuộc gọi giữa hai đầu cuối sử dụng ở giao tiếp UNI và NNI.

SETUP Đang tiến hành gọi

Báo chuông CONNECT ADDRESS COMPLETE CONNECT

CONNECT ACK ANSWER CONNECT ACK

Hình 2.24: Lưu đồ báo hiệu trao đổi ở các giao tiếp người sử dụng mạng (UNI) và mạng- mạng (NNI)

TCP/IP trong mạng ATM- Classical IP over ATM

Thiết bị đầu cuối băng rộng

Thiết bị đầu cuối băng

TCP / IP TRONG MẠNG ATM- CLASSICAL IP

TCP/IP là họ giao thức được thiết kế để truyền gói dữ liệu qua từng host cơ sở hoàn toàn độc lập với môi trường vật lý Trong đó giao thức Internet (IP) hỗ trợ mọi thiết bị mạng và hầu như được chấp nhận như là một giao thức tối ưu cho việc truyền thông dữ liệu bởi sự mềm dẻo , linh động và tính thời gian thực thông qua cơ chế định tuyến năng động với giao thức cập nhật thông tin định tuyến chính xác và hữu hiệu Thực tế cho thấy cơ chế hoạt động chính trong TCP/IP không thay đổi nhiều từ khi hình thành cho đến nay, điều này chứng tỏ khả năng tương thích hoàn toàn với bất kì mạng truyền dẫn nào.

Nhược điểm tồn tại của TCP/IP là chỉ hoàn hảo cho việc truyền thông dữ liệu , đối với một số dịch vụ mang tính giá trị gia tăng như thoại hay video , cao hơn nữa là các dịch vụ đa phương tiện đòi hỏi sự đáp ứng linh động về băng thông và tốc độ truyền

7 0 theo yêu cầu sử dụng cũng như độ trễ thấp nhất thì mạng Internet đơn thuần không thể đáp ứng được Một số giải pháp đã được đưa ra nhằm cải thiện yếu điểm này như giao thức dự trữ tài nguyên mạng RSVP( Resource Reservation Protocol ) ra đời bởi tổ chức IETF hay kế hoạch thay thế IP phiên bản 4 (IPv4) bằng IP phiên bản 6 (IPv6) để giải quyết sự thiếu hụt về dung lượng địa chỉ sử dụng cũng như nhận diện loại lưu lượng dữ liệu truyền tải cho phép mạng cấp phát tài nguyên thích hợp với ứng dụng Các giải pháp trên tuy khắc phục được phần nào nhược điểm của mạng Internet nhưng lại thêm các giao thức phải sử dụng kèm làm tăng độ phức tạp trong điều khiển truyền cũng như đòi hỏi quá trình ổn định cho sự tương thích với các hệ thống và giao thức phụ trợ khác.

Trong khi đó mạng truyền thông không đồng bộ ATM cũng như các mạng vật lý truyền thống nhưng với kiến trúc mạng phân cấp cho phép chọn kiểu lớp tương thích ATM thích hợp với loại lưu lượng lớp cao cũng như qua thủ tục báo hiệu đặc biệt cho phép phân luồng dữ liệu nhận từ lớp cao thành các tế bào để truyền qua các mạch ảo ATM tương ứng với yêu cầu chất lượng dịch vụ mà người sử dụng đăng kí.

Tuy nhiên khi kết nối TCP/IP qua mạng ATM có một số yếu tố làm phức tạp vấn đề này:

 Hướng kết nối và hướng không kết nối:

ATM cung cấp các dịch vụ hướng kết nối để truyền dữ liệu , nghĩa là kết nối phải được thiết lập trước khi dữ liệu được truyền đi Trong khi đó giao thức IP lại sử dụng cách tiếp cận không hướng kết nối - điều này có nghĩa là nếu một thành viên trong mạng cần truyền dữ liệu nó có thể truyền bất cứ lúc nào mà không cần phải thiết lập kết nối.

Chất lượng dịch vụ là một ưu điểm quan trọng của mạng ATM , các tham số về chất lượng kết nối như băng thông , độ trễ được xác định bằng các thủ tục của mạng ATM khi thiết lập kết nối Giao thức IPv4 không có các tham số tương tự như vậy, các gói tin được truyền đi theo kiểu Best Effort Để có thể tận dụng được những ưu điểm hỗ trợ QoS của mạng ATM , giao thức IP cần được sửa đổi để sử dụng các tham số như độ trễ cho phép khi truyền , tốc độ truyền tối đa tương tự như của ATM.

Kế thừa và phát triển các nguyên lý hoạt động , điều khiển khi thực hiện kết nối TCP/IP với các mạng truyền thống như Ethernet , Token ring vào hoạt động của TCP/IP trong mạng ATM được thể hiện qua các thủ tục điều khiển:

 Kỹ thuật bao đóng gói ( Encapsolution ) để chèn thông tin nhận dạng lớp cao tại lớp tương thích ATM.

 Phân giải địa chỉ sử dụng ATMARP , cơ sở cho hoạt động báo hiệu trong ATM

TCP/IP trong mạng ATM- Classical IP over ATM

Sau đây ta sẽ đi vào các phần cơ bản khi thực hiện kết nối TCP/IP vào mạng truyền không đồng bộ ATM.

1.CÁC MÔ HÌNH THỰC HIỆN VIỆC ỨNG DỤNG TCP/IP VÀO ATM

Mô hình hàng ngang

Để sử dụng giao thức IP vào mạng ATM , ta cần xem xét mối quan hệ giữa các lớp của họ giao thức TCP/IP vào các lớp ATM Mô hình hàng ngang coi như các lớp của ATM ngang hàng với các lớp của IP và sử dụng địa chỉ IP cho các thiết bị kết nối đầu cuối ATM Yêu cầu báo hiệu của ATM chứa các địa chỉ IP và các tổng đài ATM trung gian sẽ chuyển đến các yêu cầu này dựa vào các giao thức định tuyến hiện nay như OSPF Mô hình này đã bị loại bỏ vì mặc dù nó đơn giản hoá việc đánh địa chỉ cho các hệ thống cuối nhưng lại làm phức tạp hoá các tổng đài ATM bằng việc gắn cho nó tất cả các chức năng của Router.Hơn nữa , mỗi khi tổng đài ATM hỗ trợ một giao thức nào đó như Apple Talk hay IPX thì nó phải hỗ trợ tất cả các giao thức định tuyến của họ giao thức này.

Mô hình Overlay

Mô hình này coi các lớp của ATM như Data Link qua đó có thể sử dụng để truyền dữ liệu Trong mô hình Overlay , mạng ATM sẽ có địa chỉ riêng, độc lập với địa chỉ của giao thức lớp trên , không có một ánh xạ định trước nào có thể xác định một địa chỉ khi biết địa chỉ kia Vì vậy , để biết được địa chỉ kia khi biết địa chỉ này cần phải thông qua các giao thức hỏi đáp địa chỉ.

Với mô hình này, có hai cách chính để chuyển gói tin IP qua mạng ATM :

 Cách thứ nhất, coi mạng ATM như mạng cục bộ và do đó phân chia nó thành các Subnet một cách logic (LIS) Mỗi Subnet bao gồm một hệ thống cuối với cùng một địa chỉ IP subnet Cách này có tên là Classical IP over ATM Trong cách này , mỗi hệ thống cuối khi muốn truyền số liệu cho các thiết bị khác trong cùng một LIS nó sẽ sử dụng kết nối trực tiếp giữa hai máy Khi một hệ thống cuối ở LIS này muốn truyền dữ liệu đến một máy ở một LIS khác cần sử dụng Router Để có thể thiết lập được kết nối cần biết địa chỉ ATM của hệ thống cuối Khi một hệ thống muốn truyền dữ liệu đến một máy có địa chỉ IP trong cùng LIS với nó , nó cần biết địa chỉ ATM của máy kia thông qua ARP server , server này có nhiệm vụ trả lời các hỏi đáp địa chỉ đó Tuy nhiên lưu thông giữa hệ thống cuối trong các LIS khác nhau phải đi qua Router là điều không hay lắm bởi vì: trong mạng ATM , bất cứ một máy nào cũng có thể thiết lập kết nối đến một máy khác mà không cần phải qua thiết bị trung gian nào, hơn nữa Router có thể trở thành nhân tố quyết định hiệu năng của mạng

Chính vì vậy mà một giao thức mới đã được phát triển để giải quyết nhược điểm của Classical IP over ATM đó là giao thức NHRP Giao thức này cho phép các hệ thống cuối của LIS này có thể biết được địa chỉ ATM của một hệ thống cuố ở LIS khác do đó có thể thiết lập kết nối trực tiếp giữa chúng.

 Cách thứ hai, sử dụng mạng ATM để giả lập các giao thức LAN thông thường như Ethernet hay Token ring IP chạy qua mạng ATM giống như trong mạng LAN thông thường Các ứng dụng không hề nhận biết được là nó được truyền qua mạng ATM Cách tiếp cận này có tên là LAN Emulation – LANE LANE sẽ đẩy nhanh quá trình triển khai mạng ATM Tuy nhiên cũng giống như cách tiếp cận trên, lưu thông giữa hai hệ thống cuối ở hai LANE khác nhau sẽ phải đi qua thiết bị trung gian là Router Kết hợp các mô hình này (LANE, NHRP, MPOA) sẽ giải quyết được vấn đề sử dụng Router cho lưu thông giữa hai LANE bằng cách cho phép các kết nối trực tiếp giữa chúng Hơn nữa, việc sử dụng MPOA sẽ dẫn đến một khái niệm mới , khái niệm Router ảo.

Tuy nhiên , còn một sự khác biệt nữa giữa hai cách tiếp cận này đó là việc hỗ trợ QoS Giao thức LANE với mục đích giả lập chính xác các mạng LAN hiện nay nên không hề có cách để tận dụng ưu điểm hỗ trợ QoS của mạng ATM Trong khi đó , cách tiếp cận của Classical IP over ATM có thể kết hợp với sự sửa đổi IPv4 (thành IPv6) để có thể hỗ trợ vận chuyển gói tin IP thời gian thực.

Trong khuôn khổ đồ án tốt nghiệp, em xin trình bày các phần chủ yếu để làm rõ cách tiếp cận Classical IP over ATM.

Khái quát về mô hình Classical IP over ATM

Classical IP over ATM hay còn gọi là CLIP là một mô hình với các kĩ thuật để thực hiện việc kết nối TCP/IP qua ATM Mục đích của CLIP nhằm cung cấp cách sử dụng công nghệ ATM như một sự thay thế trực tiếp cho các LAN segment và các kết nối nội hạt Classical ở đây có ý nghĩa là chúng hỗ trợ cho các dịch vụ và các hoạt động IP truyền thống với sự trong suốt cho các ứng dụng chạy trên chúng.

Kiến trúc của các công nghệ Classical IP over ATM bao gồm các host IP cùng các bộ định tuyến dùng chung tiền tố địa chỉ (address prefix) được nhóm vào các mạng con (subnet) gắn với một cơ sở hạ tầng ATM vật lý IP là giao thức lớp mạng cung cấp một dịch vụ chuyển gửi từng chặng không hướng liên kết cho các gói chảy qua các biên giới mạng Các bộ định tuyến duy trì các bảng chuyển gửi dựa trên sự trao

TCP/IP trong mạng ATM- Classical IP over ATM đổi các thông báo cập nhật định tuyến và chuyển gửi các gói từ một mạng này đến một mạng khác Các thiế bị IP trên cùng mạng con liên lạc trực tiếp bằng cách sử dụng các kênh ảo VC( Virtual Channel) của ATM.

Tại lớp ATM, các giao thức ATM Forum duy trì một topo mạng ATM nhất quán và hỗ trợ việc thiết lập các kết nối ảo cố định PVC (Permanent Virtual Connection) và các kết nối động SVC (Swithched Virtual Connection ) giữa các điểm đầu cuối ATM Các host IP và các bộ định tuyến được gán các địa chỉ ATM Do cả hai địa chỉ topo

IP và ATM là riêng biệt nên giao thức Classical IP over ATM sử dụng việc định vị riêng lẻ Thực tế ATM được coi là cách truyền tải lớp 2 giữa các trạm IP liên lạc trên cùng một mạng.

Tuy nhiên, có những thích nghi mà IP phải tạo ra để liên lạc trên mạng ATM Đầu tiên các IP datagram phải được thích nghi tại lớp AAL để phân đoạn ở trạm nguồn và tái lắp ráp ở trạm đích Do đó cần có một kĩ thuật chuẩn để bao đóng các IP datagram thành các khung AAL Thứ hai, ATM sử dụng hoặc các PVC được cấu hình trước hoặc SVC được thiết lập động để truyền tải dữ liệu từ nguồn đến đích Trong trường hợp sử dụng SVC, trạm nguồn phải biết địa chỉ ATM của trạm đích trên một SVC thì trước khi thiết lập kết nối cần phân giải địa chỉ IP trạm đích thành địa chỉ ATM Trong môi trường một mạng LAN, trạm cuối IP nguồn phát ra các thông báo quảng bá ARP, trạm cuối IP đích nhận thông báo này sẽ trả lời bằng một thông báo có chứa địa chỉ MAC của nó ATM không phải là một môi trường quảng bá, vì thế cần có một số kĩ thuật khác phân giải địa chỉ.

Mọi giao thức Classical IP over ATM đều sử dụng một máy chủ phân giải địa chỉ (ATMARP server) khi kiểu liên lạc là các SVC của ATM Chức năng của một Server là duy trì một bảng hay cache các địa chỉ IP và ATM liên quan đồng thời trả lời cho các yêu cầu từ thiết bị IP nguồn muốn phân giải một địa chỉ IP thành một địa chỉ ATM Server này có thể được mở rộng thông qua việc cấu hình dùng việc đăng kí hoặc bằng cách xem xét một cách thụ động các gói dữ liệu hay các gói điều khiển chứa các ràng buộc địa chỉ IP/ATM Các thiết bị IP sẽ duy trì một VC điều khiển với server này và có thể thiết lập một hay nhiều SVC với các thiết bị IP khác để trao đổi dữ liệu Tất nhiên, nếu các PVC được sử dụng , việc phân giải địa chỉ động không yêu cầu và việc sử dụng một server là không bắt buộc.

Kiến trúc tổng quát của CLIP được minh hoạ trong hình 3.1 Lớp ứng dụng và lớp TCP/IP nằm trên lớp AAL và ATM Các thiết bị nguồn và đích (host, router) được cấu hình bằng cả hai địa chỉ IP và ATM.

PVC/SPC Dữ liệu mạng

Hình 3.1:Kiến trúc Classical IP over ATM

2.1.2.CÁC THÀNH PHẦN CỦA MẠNG HỖ TRỢ CLIP

Các thành phần của một mạng hỗ trợ việc kết nối CLIP bao gồm:

 LIS ( Logical IP Subnet - Mạng con IP logic ) : là một tập hợp các host IP và router được kết nối đến một mạng ATM vật lý dùng chung một tiền tố địa chỉ

IP hay số của mạng con Bất kì hai trạm nào trên một LIS đều có thể liên lạc trực tiếp trên một PVC hay SVC của ATM Các trạm thuộc các LIS khác nhau phải liên lạc thông qua router Một router có thể được gắn vào một hay nhiều LIS của ATM và các mạng con chứa các môi trường khác như Ethernet.

 ATMARP/ InATMARP (ATM Address Resolution Protocol / ATM Invert Address Resolution Protocol- các giao thức phân giải địa chỉ) Thành phần này định nghĩa giao thức phân giải địa chỉ và các hình thức thông báo được sử dụng giữa phân giải địa chỉ và các hình thức thông báo được sử dụng giữa client và server ATMARP ATMARP tương tự ngoại trừ nó đã được sửa đổi để mang các địa chỉ ATM và làm việc trên một mạng ATM có nối thông Hơn nữa , do không có hỗ trợ quảng bá (broadcast) tự nhiên cho ATM nên chức năng phân giải địa chỉ được thực hiện thông qua ATMARP server.

 ATMARP server (máy chủ phân giải địa chỉ ATM ) là server thực hiện chức năng phân giải địa cho các thành viên trong LIS ATMARP server có trách nhiệm duy trì một bảng các ràng buộc địa chỉ IP/ATM của các thành viên thuộc LIS, trả lời các yêu cầu cho mỗi LIS Chức năng ATMARP server không chuyển bất kì dữ liệu nào , nó chỉ xử lý dữ liệu điều khiển.

TCP/IP trong mạng ATM- Classical IP over ATM Ứng dụng

IP AAL ATM Chuyển mạch

 ATMARP client ( máy khách hàng phân giải địa chỉ ATM): Client này nằm trong mỗi thành viên của LIS muốn thiết lập một SVC với một thành viên khác trong cùng LIS đó ATMARP client tiếp xúc với ATMARP server và trao đổi các thông báo ATMARP để phân giải các ánh xạ địa chỉ IP/ATM.

2.1.3.MỘT SỐ TÍNH NĂNG CỦA CLIP

Các IP datagram được truyền qua mạng ATM sử dụng lớp ứng dụng ATM AAL-5 và đơn vị truyền dữ liệu lớn nhất MTU sử dụng cho tất cả các kênh ảo trong một LIS được thống nhất theo tiêu chuẩn NFS:9810 byte

Trong quá trình bao đóng gói (LLC/ SNAR Encapsolution ) , phần thông tin nhận dạng mặc nhiên được thêm vào IP datagram

Kiến trúc định tuyến IP từ đầu cuối đến đầu cuối (end-to-end) được sử dụng như nhau cho các trạm IP trong mạng bởi cơ chế định tuyến của mạng Internet Địa chỉ IP được tham chiếu đến địa chỉ ATM bằng dịch vụ ATMARP trong LIS bởi ARP Client trong LIS đó Một Server ARP cho các LIS- client nối với nhau qua mạng ATM Ở góc độ một client , kiến trúc ATMARP hoàn toàn tương tự với ARP trong TCP/IP đối với mạng LAN.

Một mạng con IP logic được dùng cho nhiều host IP và một router Mỗi mạch ảo kết nối trực tiếp hai đầu cuối IP trong cùng LIS

Mạng con IP logic

Như đã đề cập ở trên, Classical IP over ATM luôn đi liền với mô hình con IP logic Do vậy trước khi đi tìm hiểu một số vấn đề liên quan đến hoạt động của CLIP ta cần xem xét qua về LIS

Hình 3.2: Mô hình các LIS trong mạng ATM

A,B,C,D kết hợp với ATM network hình thành 1 LIS

E,F,G,H kết hợp với ATM network hình thành 1 LIS khác

Các nút này mang địa chỉ IP và địa chỉ ATM

Hình 3.2 trên đây mô tả mô hình mạng ATM dựa trên giải pháp Classical IP over ATM Như đã đề cập , giải pháp này coi mạng ATM như là một số mạng con IP nào đó liên kết với nhau qua các router Các mạng con IP đó được gọi là mạng con IP logic (LIS) Như vậy , LIS được cấu hình bởi các host IP và router IP Các host trong các LIS này hoàn toàn độc lập với nhau Sự truyền thông được thực hiện thông qua các router IP , các router IP này được cấu hình như một điểm đầu cuối (End- point) của mạng ATM (có một địa chỉ ATM riêng) và là các thiết bị kết nối đến cho một mạng ATM hay đến một LIS khác.

Các LIS khác nhau có thể hoạt động cùng nhau qua mạng ATM Tuy nhiên, RFC-

1577 yêu cầu các host IP thuộc các LIS khác nhau sẽ truyền thông với nhau thông qua môi trường trung gian là các router,ngay cả khi nó có thể mở một kết nối ảo trực tiếp qua mạng ATM Điều này đúng cho cả khi thiết lập trực tiếp các kết nối giữa hai thành phần IP trong cùng một LIS qua mạng trực tiếp các kết nối ảo giữa hai thành phần IP trong cùng một LIS qua mạng ATM Đặc điểm này của LIS rất giống các mạng con IP truyền thống nhưng mạng con IP truyền thống là mạng biệt lập hoàn toàn được kết nối với nhau thông qua router còn các LIS thực ra là ở cùng trong mạng ATM Đây cũng là lý do tại sao gọi mạng con như vậy là mạng logic, bởi các host là thành viên của LIS được xác định một cách logic chứ không phải là vật lý, đồng thời nó cũng chỉ ra rằng việc kết nối giữa các LIS bắt buộc phải đi qua router là không hợp lý.

2.2.1.THAM SỐ CÀI ĐẶT CHO MỖI HOST IP THÀNH VIÊN TRONG LIS

Mỗi host IP kết nối vào mạng ATM phải được cấu hình với địa chỉ ATM , địa chỉ ATM riêng biệt cho mỗi trạm IP Địa chỉ này cũng phục vụ cho yêu cầu địa chỉ ATMARP

Nên nhớ rằng host IP này cũng đã được phân định một địa chỉ IP Địa chỉ trong gói yêu cầu phân giải địa chỉ ATMARP- Req gửi từ host IP sẽ mang trong đó địa chỉ ATM của ATMARP server Đây là địa chỉ ATM riêng cho Server này.

Như vậy , trong một môi trường kết nối ảo ATM, các host IP trong LIS luôn được cấu hình thông tin về địa chỉ của ATMARP server để có thể gửi các yêu cầu phân giải địa chỉ đến server cho việc truy vấn địa chỉ ATM của đầu cuối bên kia.

TCP/IP trong mạng ATM- Classical IP over ATM

2.2.2.CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN ĐỐI VỚI HOST VÀ

 Tất cả các thành viên trong LIS (host IP và router IP) phải được kết nối trực tiếp vào mạng ATM

 Tất cả các thành viên trong LIS khác nhau muốn truyền thông cho nhau phải truy xuất qua router

 Mọi thành viên của LIS đều có thể phân giải địa chỉ IP/ATM thông qua giao thức ATMARP/In ATMARP.

 Các thành viên trong cùng một LIS hay khác LIS có thể truyền thông với nhau qua mạng ATM mà các LIS này kết nối vào.

 Khi sử dụng kết nối ảo PVC, việc phân giải địa chỉ sẽ dùng giao thức

InATMARP còn khi sử dụng kết nối ảo SVC, việc phân giải địa chỉ sẽ dùng giao thức ATMARP.

 Tất cả các hoạt động phải được hỗ trợ bởi thủ tục bao đóng gói IEEE 802LLC/ SNAP theo RFC 1483.

 Kích thước tối đa của đơn vị dữ liệu (MTU) truyền cho IP thành viên trong LIS là 9180 octets.Do tiêu đề LLC/SNAP gồm 8 octets và đơn vị dữ liệu mặc định cho ATM AAL5 là 9188 bytes (tuy vậy vẫn có thể thương lượng để có MTU lên đến 65.535 octets)

 Địa chỉ ATM của một host IP được ATMARP server tìm thấy trong LIS thông qua việc tìm đến địa chỉ ATM của router trong LIS thông qua việc tìm đến địa chỉ ATM của router trong LIS đó Điều này có nghĩa là ATMARP server có khả năng giải quyết yêu cầu ATMARP cho tất cả các host IP trong LIS

Vấn đề gói tin tại lớp tương thích ATM

2.3.1 ĐỊNH CỠ MTU CHO IP QUA ATM

Khi TCP/IP gửi dữ liệu thông qua mạng ATM nó chuyển toàn bộ dữ liệu bằng cách dùng AAL5 Như chúng ta đã biết AAL5 có thể nhập và chuyển các gói chứa tối đa 65 Kbyte Giao thức NFS sử dụng gói tin có kích thước mặc định là 8192 byte hay

8 Kbyte Giao thức NFS sử dụng gói tin có kích thước mặc định là 8192 byte hay 8 Kbyte và nó được sử dụng thông dụng Giao thức này cho phép phần header thay đổi trong một giới hạn xác định (RSC, UDP, IP và LLC/ SNAP) và ước tính con số 8300

7 8 bytes là hợp lý Mặt khác , với SMDS thì IP MTU được xác định là có kích thước

9180 byte, con số này gần với 8300 và IETF cho rằng không có lý do nào để ATM MTU khác đi do đó kích thước chuẩn được giới hạn tối đa là 9180 byte- nghĩa là IP giới hạn mỗi đơn vị dữ liệu truyền cực đại MTU trên mạng ATM là 9180 byte

Khi đơn vị dữ liệu được truyền có kích thước lớn hơn MTU, IP sẽ phân đoạn đơn vị dữ liệu đó rồi chuyển các đoạn qua AAL-5

2.3.2.BAO ĐÓNG GÓI TIN (Encapsulation)

“Encapsulation” là thuật ngữ liên quan đến quá trình chèn thêm vào dữ liệu ban đầu các thông tin điều khiển, quản lý hoạt động truyền thông của đơn vị dữ liệu (PDU) qua một mạng truyền thông nào đó được thể hiện bởi giao thức đặc trưng của mạng đó.

Một số mạng truyền thông mà các PDU có thể chuyển qua LAN- Ethernet, mạng chuyển mạch gói với chế độ có kết nối X25, mạng chuyển mạch nhanh Frame Relay, ATM Khi các PDU lưu thông qua mạng chuyển tiếp có giao thức hoạt động khác nhau, các PDU phải được chuyển đổi giao thức hoạt động tại bộ liên kết mạng

(Internetworking Unit) thông qua kĩ thuật đóng gói (Encapsulation)

Trở lại với mạng ATM, lớp tương thích AAL5 có thể được sử dụng để bao đóng một IP Datagram và truyền nó qua mạng ATM Quá trình truyền được thực hiện : nơi gửi thiết lập một kênh ảo đến trạm đích là nơi nhận dữ liệu qua mạng ATM Kênh ảo này có thể là kênh ảo cố định PVC hay kênh ảo chuyển mạch SVC Nơi gửi sẽ “mô tả” rằng kênh ảo này sử dụng AAL5 Sau khi thiết lập một kênh ảo thì nơi gửi đã có thể chuyển IP Datagram đến AAL5 để truyền qua kênh ảo đã được thiết lập AAL5 sau đó tạo ra một trailer chia datagram thành các tế bào và chuyển các tế bào qua mạng Tại nơi nhận , AAL5 lại tiến hành tái lắp ráp cho datagram , nó kiểm tra thông tin trong phần trailer để đảm bảo rằng không có bit dữ liệu nào bị mất hoặc truyền quẩn và cuối cùng là chuyển dữ liệu cho IP ở trạm đích Như vậy, khi một kênh liên kết được thiết lập giữa hai trạm trên mạng để chuyển IP datagram qua môi trường ATM thì việc bao đóng gói tin đòi hỏi phải đáp ứng được nhu cầu có thể bao đóng gói được gói tin của nhiều loại giao thức lớp 3 khác nhau trên cùng một kết nối để tiết kiệm thời gian Ngoài ra, nếu giao thức lớp 3 yêu cầu hỗ trợ QoS thì buộc phải thiết lập một kết nối mới , do đó có hai phương pháp để bao đóng gói tin:

 Bao đóng gói LLC/SNAP (Logical Link Control / SubNetwork Attachment Point): trong cách này, gói tin của nhiều loại giao thức có thể sử dụng chung một kết nối ảo với một trường phân loại gói tin bao gói ở phần header theo tiêu chuẩn LLC/SNAP Trường thông tin này cho phép máy thu sử dụng để xác định xem giao thức nào sẽ thu gói nào.

Hình 3.3 dưới đây sẽ minh hoạ cho khái niệm bao đóng gói LLC/SNAP

TCP/IP trong mạng ATM- Classical IP over ATM

Hình 3.3: Bao đóng gói LLC/SNAP

 Dồn kênh ảo( Multipexing): là cách sử dụng bản thân ATM VCC để dồn kênh các giao thức khác nhau Với cách này ta chỉ có thể sử dụng một giao thức duy nhất trên từng kết nối Loại giao thức được xác định khi thiết lập kết nối vì vậy không cần thiết phải có một trường chỉ ra loại của gói tin được bao gói.

Khái niệm dồn kênh ảo được minh hoạ trong hình dưới đây:

Hình 3.4: Bao đóng gói dồn kênh ảo Ở cả hai trường hợp, các datagram được bao đóng gói trong AAL5 PDU Khi sử dụng việc dồn kênh , có một sự thuận lợi là không cần chứa thêm thông tin mô tả kiểu của gói tin, song mỗi kênh ảo chỉ được sử dụng cho một giao thức nào đó nên phải thiết lập nhiều kênh ảo cho các giao thức tương ứng giữa hai trạm Do vậy, cách này được sử dụng khi một số lượng lớn các kết nối có thể được thiết lập nhanh chóng và kinh tế, nghĩa là thực hiện mục đích hỗ trợ QoS

Trên thực tế, việc bao đóng gói LLC/SNAP được sử dụng thường xuyên hơn để tiết kiệm về mặt thời gian nhưng vì chỉ sử dụng một kênh duy nhất nên các gói tin được truyền cần phải dành ra một vùng dữ liệu để mô tả kiểu của giao thức và tất cả các gói tin từ các giao thức đều được truyền với cùng một độ trễ và cùng một mức ưu tiên.

Các chuẩn TCP/IP cho phép các trạm có thể lựa chọn một trong hai cách trên, nghĩa là nơi gửi và nơi nhận phải thoả thuận xem kênh ảo sẽ được sử dụng như thế nào Tuy nhiên LLC/SNAP encapsulation vẫn được khuyến cáo là mặc nhiên và hầu hết các phương pháp kĩ thuật khác đều tập trung hỗ trợ cho loại này Vì vậy trong phần liên quan của đồ án sẽ đi theo hướng giải quyết chung của khuyến cáo.

 Kỹ thuật bao đóng gói LLC/SNAP

Bao đóng gói LLC/SNAP qui định mỗi kết nối ảo trong ATM tương ứng cho mỗi giao thức sử dụng trong PDU trước khi được đưa vào mạng ATM Ở hai đầu cuối ATM sẽ trao đổi với nhau dòng dữ liệu là các PDU hoạt động theo kiểu không hướng kết nối qua mạng trung gian Như vậy sự lựa chọn cách ghép luồng các PDU này vào các kênh ảo ATM có thể thông qua các kết nối cố định PVC hay kết nối động SVC

 Khuôn dạng khung AAL5 để nhận PDU từ lớp ứng dụng bên trên

Không phân biệt cách thức ghép luồng các PDU và các kết nối ảo ATM , ở đây các PDUs được bắc cầu hay định tuyến đều được bao đóng gói trong từng trường dữ liệu (payload) của AAL5 CPCS-PDU và khuôn dạng của AAL5 CPCS- PDU được chỉ ra trong hình phía dưới

TCP/IP trong mạng ATM- Classical IP over ATM

 PAYLOAD: Trường dữ liệu , gồm từ 1 đến 216 octets và chứa thông tin người sử dụng nhận từ lớp ứng dụng qua lớp con SSCS (Specified Services

 PAD: trường đệm được chọn để toàn bộ CPCS- PDU là bối số của 48 để có thể trực tiếp phân đoạn cho nó vào tải trọng của tế bào.

 CPCS-UU: thông tin người sử dụng với người sử dụng được truyền trong suốt giữa các khách hàng đầu cuối qua mạng ATM

 CPI: chỉ thị phần chung làm đồng chuẩn đuôi để đạt được 64 bits

 LENGTH: trường độ dài để chỉ thị độ dài của tải trọng CPCS- PDU

 CRC: dùng để kiểm tra lỗi của toàn bộ CPCS- PDU

Hình 3.5:Dạng thức của AAL5 CPCS- PD

 Bao đóng gói LLC/ SNAP tại lớp AAL5

LLC/SNAP Encapsulation là kĩ thuật bao đóng gói tại lớp tương thích ATM AAL

5 , thực hiện việc chèn thêm các thông tin điều khiển cần thiết vào các PDU khi đưa vào PAYLOAD của CPCS- AAL5 Các thông tin này là các nhận dạng giao thức sử dụng trong PDUs được bắc cầu hay định tuyến từ lớp cao đưa xuống và sẽ sử dụng các kết nối ảo ATM làm phương tiện chuyển tiếp Dựa vào các nhận dạng giao thức này mà đầu thu có thể tiến hành các xử lý thích hợp và chuẩn được đề nghị dùng cho việc này là IEEE 802

Theo chuẩn IEEE802 kĩ thuật bao đóng gói LLC gồm 2 loại:

 Bao đóng gói LLC cho các giao thức định tuyền

 Bao đóng gói LLC cho các giao thức bắc cầu

Trong phạm vi đề tài , ta chỉ xét đến kĩ thuật bao đóng gói cho các giao tiếp định tuyến nghĩa là chỉ xét dòng các datagram (các PDU đã được định tuyến, Router PDUs) Ta có định dạng đơn vị dữ liệu tại lớp AAL5

LLC/SNAP –header(8 octets) PAYLOAD (12 16 octets) PAD (0 47 octets) TRAILER (8 octets)

Hình 3.6: Định dạng đơn vị dữ liệu tại lớp AAL5 (AAL-PDU)

Gói dữ liệu này chia thành 4 phần cơ bản:

 Header: Chứa thông tin nhận dạng giao thức

 Payload: Chứa thông tin người sử dụng

 Trailer: Thông tin điều khiển thêm vào

Phần header của AAL5 –PDU gồm 8 octets chia làm 2 phần:

 Trường điều khiển liên kết logic LLC gồm 3 octets

 Trường điểm truy nhập mạng con SNAP gồm 5 octets

DSAP SSAP Ctrl OUT PID

Hình 3.7: Thành phần của header trong AAL5 – PDU

Vấn đề địa chỉ

Khi hai host IP trong cùng một LIS trao đổi dữ liệu cho nhau và sử dụng phương tiện vận chuyển ATM ở lớp thấp thì mỗi host thành viên đều phải được phân định địa chỉ IP , địa chỉ ATM và do đó mạng vận chuyển ATM sẽ cung cấp một kết nối ảo thích hợp cho đáp ứng này.Kết nối ảo ATM(VCs) có thể ở dạng cố định PVC hay dạng động SVC Vấn đề được xét đến như sau:

Trường hợp sử dụng một kết nối ảo cố định PVC giữa hai host IP nguồn và đích , một yêu cầu phân giải địa chỉ từ địa chỉ IP host đích xác định giá trị VCI của kết nối ảo được đặt ra Yêu cầu này đưa ra hai vấn đề:

Bản thân mỗi host phải có cơ sở dữ liệu về thông tin các kết nối ảo PVCs (cache) mà host sử dụng để nối đến các host khác

Phải có một máy chủ (server) đặc biệt chứa các cơ sở dữ liệu thông tin về các kết nối ảo PVCs từ một host thuộc phạm vi quản lý của server đến các host khác Như vậy , máy này sẽ đáp ứng khi một host có yêu cầu cung cấp thông tin về PVC đến một host nào đó.

Cả hai vấn đề đều được thoả mãn khi ứng dụng TCP/IP qua mạng ATM thông qua thủ tục In- ATM ARP và sự tồn tại của máy chủ phân giải địa chỉ (ATMARP- server) cũng như sự hiện diện bảng cache chứa thông tin địa chỉ tại các host Ở đó các giá trị VCIs cấu hình cho các host đã xác định trước, nghĩa là các địa chỉ ATM tương ứng của từng host đã biết Trên cơ sở này , các datagram sẽ được chuyển tiếp về tới đích.

Trường hợp sử dụng kết nối ảo động SVC sẽ khắc phục được sự hạn chế của nguồn tài nguyên PVC tại một cổng ATM qua đó mạng ATM sẽ có thể mềm dẻo luân chuyển sử dụng các kênh ảo cho các host theo từng thời điểm Như vậy giữa hai host

IP cần truyền thông phải xác định một kết nối ảo bằng cách gửi một yêu cầu đến nút chuyển mạch ATM, nhưng chuyển mạch ATM chỉ được xử lý được với một địa chỉ IP của host đích phải phân giải ra một địa chỉ ATM tương ứng của nó.l

Cũng như cách giải quyết trong trường hợp sử dụng PVC , với SVC cũng sử dụng máy chủ phân giải địa chỉ ATMARP server) như đã đề cập ở trên nhưng thủ tục phân giải ở đây là ATMARP Thủ tục ATMARP ngược với InATMARP bởi việc cung cấp thông tin địa chỉ ATM của một host khi nhận địa chỉ IP của nó qua gói yêu cầu ATMARP –Request được gửi từ host IP nguồn

Hình 3.10:Mô hình mạng con LIS với sự hỗ trợ của ATMARP server

Trở lạ với việc trao đổi dữ liệu giữa các host IP , trường hợp 2 host trao đổi dữ liệu cho nhau nằm ở các LIS khác nhau Khi đó , mỗi host IP với cơ chế định tuyến đặc trưng ,từng IP datagram sẽ có một đường đi qua xác định qua một số router nào đó Các router này cũng như các trạm IP đều được kết nối vào mạng ATM, do đó điều cần quan tâm tiếp theo chính là mạng truyền thông ATM cung cấp một kết nối ảo để datagram đến được các router chuyển tiếp và trạm đích Thực tế , các host IP luôn có bảng cache lưu giữ các thông tin cần thiết về địa chỉ ATM và địa chỉ IP của router thuộc LIS chứa nó cũng như một số điểm truy nhập (entry ) khác về ATMARP của các lần liên lạc trước đó để có thể sử dụng về sau Tuy nhiên, các điểm truy nhập này cũng chỉ có giá trị hợp lệ trong thời gian xác định 15 phút rồi bị reset lại Trong mô hình này , một ATMARP server tồn tại cùng các LIS với các bộ liên kết mạng làm nhiệm vụ ATMARP client là các router IP Hình 3.11 dưới đây sẽ minh hoạ cho mô hình này.

TCP/IP trong mạng ATM- Classical IP over ATM

Host 2 IP- addr-2 ATM-addr-2 Chuyển mạch

Hình 3.11: Mô hình liên mạng các LIS với sự hỗ trợ của ATMARP server

2.4.1.PHÂN GIẢI ĐỊA CHỈ TRONG MÔI TRƯỜNG KẾT NỐI ẢO CỐ ĐỊNH PVC CỦA ATM

Mỗi trạm IP phải có cấu hình ban đầu để xác định PVC mà nó có được và cụ thể hơn , PVC đó được cấp phát để sử dụng cho hoạt động bao đóng gói tại AAL5 ( LLC/ SNAP Encapsulation)

Tất cả các thành viên IP được hỗ trợ bởi PVC như đề cập ở trên sẽ sử dụng giao thức phân giải địa chỉ InATMARP trên những kết nối ảo này ( kết nối được sử dụng cho các tế bào xuất phát từ quá trình bao đóng gói AAL5) Trong môi trường PVC , trạm đích phải suy ra được kênh ảo tương ứng từ kênh ảo vừa nhận thông báo yêu cầu phân giải địa chỉ InATMARP- Request hay thông báo trả lời InATMARP – Reply.

Khi địa chỉ ATM của bên gửi hay bên nhận không được biết, chiều dài địa chỉ tương ứng với nó trong gói InATMARP sẽ để trống bằng cách đưa về giá trị 0 Ngược lại, nếu biết được địa chỉ này thì nó sẽ được điền vào vùng địa chỉ đang cần biết và cả chiều dài của nó.

Khi một trạm đã gửi đi yêu cầu InATMARP –Request sau đó nhận được trả lời InATMARP – Reply , thì việc cập nhật thông tin địa chỉ vào bảng ATMARP khi đó sẽ được thực hiện Việc cập nhật này có thể là mới cũng có thể chỉ nhằm mục đích làm tươi để tránh sự lạc hậu về thông tin nhận được qua InATMARP trong một số trường hợp Điều này cho thấy, các trạm IP được hỗ trợ bởi PVC phải cập nhật thường xuyên các địa chỉ vào bảng thông tin này.

2.4.2.PHÂN GIẢI ĐỊA CHỈ TRONG MÔI TRƯỜNG KẾT NỐI KÊNH ẢO ĐỘNG ( KÊNH ẢO CHUYỂN MẠCH- SVC)

ATM SVC là kênh ảo động được thiết lập để hỗ trợ cho giao thức ATMARP trong môi trường kết nối điểm - điểm mà mạng ATM hiện đang cung cấp Kết nối này sẽ được thiết lập nhờ vào các tham số cung cấp từ chức năng báo hiệu của các chuyển mạch mạng ATM.

Giao thức ATMARP được cung cấp bởi máy chủ phân giải địa chỉ ( single

ATMARP server ) định vị trong mỗi mạng con logic IP- LIS Server này có nhiệm vụ xử lý các yêu cầu phân giải địa chỉ ATMARP- Request cho các thành viên IP trong LIS Tuy nhiên , với mô hình liên kết các LIS qua mạng ATM thì ATMARP server trong mỗi LIS sẽ đóng vai trò như một ATMARP client Còn ATMARP server làm

8 8 nhiệm vụ phân giải địa chỉ chung cho liên mạng các LISs và tồn tại song song cùng các LIS thành viên như mô tả trong hình 3.11.

Thực tế , ATMARP server không tham gia trực tiếp vào quá trình thiết lập kết nối ảo giữa các trạm IP thành phần nhưng khi một host nào đó trong LIS khởi đầu thủ tục đăng kí ATMARP , ATMARP server sẽ quản lý thông tin kết nối này Ngoài ra khi một client kết nối đến Server qua kết nối ảo dạng điểm- điểm , ATMARP server sẽ truyền đi gói yêu cầu trả lời địa chỉ IP(ATMARP- Request) cho client khi hoàn tất hoạt động của một kết nối ảo sử dụng cho các tế bào xuất phát từ quá trình bao đóng gói tại AAL5 từ Client này Gói trả lời ATMARP –Reply từ Client sẽ cung cấp cho

ATMARP server các thông tin để cập nhật hay làm tươi điểm truy nhập trong bảng

ATMARP (ATMARP Table Cache) Cac thông tin này là nguồn dữ liệu cơ sở cho phép đáp ứng được các ATMARP – Request nhận từ các thành viên trong LIS.

2.4.3.HOẠT ĐỘNG PHÂN GIẢI ĐỊA CHỈ DỰA VÀO

ATMARP SERVER VÀ ATMARP CLIENT

Báo hiệu cho hoạt động của giao thức Internet trong mạng ATM

Trong môi trường kết nối ảo động ( kết nối ảo chuyển mạch SVC) , các kết nối kênh ảo này được thiết lập và giải phóng một cách ngẫu nhiên, không có số hiệu kênh nhất định Việc thiết lập nên các SVC này được hoàn tất bởi các giao thức báo hiệu điều khiển kết nối ATM giữa hệ thống đầu cuối ATM và mạng qua giao diện UNI Thủ tục báo hiệu bao gồm việc sử dụng địa chỉ để định vị hệ thống đầu cuối và chỉ định tài nguyên mạng dành cho kết nối( VCIs, VPIs) Ngoài ra thủ tục báo hiệu còn chỉ báo và đàm phán giữa các hệ thống đầu cuối cho việc lựa chọn giao thức cũng như tham số liên quan.

Trong hoạt động báo hiệu này có một số điều cần lưu ý qua các phần tử thông tin ( Information Element –IE) trong bản tin báo hiệu:

 Phần tử về tham số loại AAL được sử dụng với IP là AAL5

 Kích thước đơn vị dữ liệu truyền MTU, với IP là 65535 octets cho cả hai hướng truyền Tuy nhiên có thể khác đi qua thương lượng cho phép.

 Phần tử về lớp dưới băng rộng (Broadband Low Layer IE- BLLI) để chỉ định việc bao đóng gói LLC/SNAP

 Phần tử mô tả lưu lượng dữ liệu (ATM Traffic Description IE) để chỉ định đặc tính về loại lưu lượng dữ liệu cần truyền tải qua mạng ATM, qua đó mạng có thể cung cấp tài nguyên thích hợp về tốc độ cũng như khả năng tối đa có thể về băng thông.

 Phần tử về khả năng truyền tải băng rộng (Broadband Bearer Capability IE) để chỉ rõ loại lưu lượng cũng như các tính chất hỗ trợ QoS được đề cập.

 Phần tử địa chỉ IP và ATM của các host tham gia

2.5.1.THIẾT LẬP KẾT NỐI ẢO

Kết nối ảo được thiết lập trong một số trường hợp :

 Một hệ thống đầu kết cuối ATM có thể thiết lập một kết nối ảo mới khi có datagram cần gửi đi.

 Chủ sở hữu một kết nối ảo đang tồn tại là một thực thể trong hệ thống đầu cuối ATM đang có kết nối tồn tại Tuy vậy nó không chọn kết nối này để gửi datagram đi mà lại muốn thiết lập một kết nối khác đáp ứng với tính chất dịch vụ nào đó hay đáp ứng các yêu cầu chia sẻ tài nguyên đặc biệt.

TCP/IP trong mạng ATM- Classical IP over ATM

Từ các trường hợp dẫn đến yêu cầu thiết lập kết nối ảo , ta nhận thấy có khả năng xảy ra hiện tượng : nhiều kết nối được thiết lập với cùng một đầu cuối Để tránh trường hợp này, hệ thống được gọi có thể kết hợp với địa chỉ của bên gọi trong bản tin SETUP để thiết lập kết nối Kênh ảo này được dùng để truyền gói dữ liệu đến đích mong muốn mà nó được xác định trong quá trình phân giải địa chỉ ATMARP ( trong quá trình này , điạ chỉ ATM tìm được giống bởi địa chỉ bên gọi được kết hợp)

Ta có các bản tin thiết lập cuộc gọi sử dụng tại giao diện UNI:

Khi điểm kết cuối ATM bắt đầu yêu cầu cuộc gọi, nó gửi một bản tin SETUP đến mạng , lúc này mạng sẽ tiến hành xử lý yêu cầu để quyết định có hay không một giá trị VPI/VCI đầu tiên được cấp cho cuộc gọi thông qua bản tin CALL PROCEEDING hay CONNECT cùng xác nhận cuộc gọi thành công CONNECT ACKNOWLEDGE từ mạng và từ đầu cuối nhận CONNECT COMPLETE trở lại điểm đầu cuối khởi xướng cuộc gọi nếu không bị từ chối bởi mạng hay bởi đầu cuối nhận Còn nếu cuộc gọi không được chấp nhận, nó sẽ nhận được bản tin RELEASE COMPLETE từ mạng

Một bản tin thiết lập cuộc gọi bao gồm hai phần :bắt buộc (Mandatory) và tuỳ chọn (Option) Với IP hoạt động trong môi trường ATM , phần bắt buộc bao gồm phần tử thông tin về tham số lớp AAL để cho phép thương lượng về địa chỉ thông tin lớp thấp nhất băng tần rộng để xác định kiểu bao đóng gói tin và một số phần tử khác sẽ được đề cập đến ở phần sau.

Một trong hai hệ thống đầu cuối của kết nối hiện hành có thể chủ động yêu cầu huỷ bỏ kết nối khi cần thiết Trong trường hợp đó , các datagram nếu còn đang trên đường truyền có thể bị mất mặc dù nửa kết nối kia vẫn đang hiện hữu Ở đây tồn tại một tham số Hold Time cho phép kết nối có thể kết thúc trễ hơn Thời gian này được mặc định là 60s Tuy nhiên trong mạng công cộng, do có sự khan hiếm tài nguyên mạng cũng như đặc tính đặc thù riêng biệt của từng loại dịch vụ mà theo đó đầu cuối sử dụng Trong thực tế hệ thống định thời của mạng thường sử dụng giá trị Hold Time nằm trong khoảng giữa lớn nhất và nhỏ nhất có thể chấp nhận được và khi đó thời gian trễ trước khi kết nối được huỷ bỏ thật sự là 120s

Bản tin giải phóng kết nối tại giao diện UNI:

Khi một đầu cuối ATM yêu cầu giải phóng cuộc gọi , nó sẽ gửi đi một bản tin RELEASE đến mạng và nhận được bản tin RELEASE COMPLETE từ mạng hay từ đầu cuối bên kia Lúc này mạng sẽ giải phóng toàn bộ tài nguyên cấp phát cho kết nối.

2.5.3 SƠ LƯỢC CÁC PHẦN TỬ THÔNG TIN TRONG BẢN TIN BÁO HIỆU

Như đã đề cập trong phần 2.5.1, một bản tin báo hiệu cấu trúc bao gồm hai phần : bắt buộc và tuỳ chọn Các phần tử trong mỗi phần này được phân thành nhóm gồm nhiều octets gọi là trường (Field) gồm các phần tử thông tin liên quan đến các loại tài nguyên mà mạng cung cấp cho cuộc gọi hay các phần tử tham gia vào cuộc gọi.

Ví dụ về bản tin SETUP để thiết lập kết nối ATM sử dụng cho IP và các cuộc gọi kết nối đa giao thức

Thông số AAL Dung lượng truyền tải băng rộng Thông tin lớp thấp băng rộng Tham số QoS

Số thành phần đầu cuối tiếp nhận cuộc gọi

Số thành phần đầu cuối gọi đến

 Phần tuỳ chọn: Địa chỉ con tham gia gọi đến Địa chỉ con tiếp nhận cuộc gọi Lựa chọn mạng truyền phát

Sau đây ta sẽ đi tham khảo một số phần tử thông tin trong các bản tin bao hiệu SETUP và CONNECT

 Các thành phần trong bản tin báo hiệu SETUP

AAL type 5 AAL5 fwd-max-sdu-size-ident 140 Nhận dạng kích thước lớn nhất của một

AAL- SDU trong hướng đi tới fwd-max-sdu-size 65535 Kích thước lớn nhất của AAL- SDU được gửi đi giá trị mặc định là 9188 bwd-max-sdu-size-ident 129 Nhận dạng kích thước lớn nhất của AAL-

TCP/IP trong mạng ATM- Classical IP over ATM

SDU trong hướng về bwd-max-sdu-size 65535 Kích thước lớn nhất của AAL- SDU trong hướng nhận sscs-type identifier 132 Nhận dạng kiểu SSCS sscs-type 0 Null sscs

Tốc độ tế bào người sử dụng fwd-peak-cell-rate-0-1-ident 132 Nhận dạng tốc độ cell định hướng đi fwd-peak-cell-rate-0-1 Tốc độ cell định hướng đi( link rate) bwd-peak-cell-rate-0-1-ident 133 Nhận dạng tốc độ cell định hướng về bwd-peak-cell-rate-0-1 Tốc độ cell định hướng về( link rate) best – effort- indication Chỉ thị khả năng tối đa

Dung lượng truyền tải băng rộng

Bearer class 16 Lớp vật mang

Traffic type 0 Kiểu chuyển vận (lưu thông ) ( không chỉ thị)

Timing Reqs 0 Yêu cầu định thời ( không chỉ thị)

Susceptibility to clipping 0 Độ cảm đối với clipping

User plane configuration 0 Cấu hình mặt phẳng người sử dụng ( point to point) Thông tin lớp thấp băng rộng

Layer –2-id 2 Nhận dạng lớp 2

User information layer 12 Lớp thông tin người sử dụng( LAN

LLC/ISO 802.2) Tham số QoS

QoS class- fwd 0 Yêu cầu QoS hướng đi

QoS – class- bwd 0 Yêu cầu QoS hướng về

Số thành phần tiếp nhận cuộc gọi type of number 0 Kiểu của số( số quốc tế, không biết)

Addr – plan- ident 0 Nhận dạng kiểu địa chỉ (ISDN/ điều chỉnh hệ thống ATM)

Số thành phần gọi đến

Type of number Kiểu của số( số quốc tế/ không biết)

Addr – plan- ident Nhận dạng kiểu địa chỉ (ISDN/ điều chỉnh

1 0 0 hệ thống ATM) Presentation – indic Chỉ thị cách thể hiện (cho phép thể hiện)

Screening – indic Chỉ thị cách bọc (người sử dụng cung cấp cách thực hiện và chuyển)

 Các thành phần cơ bản trong bản tin CONNECT

AAL- type 5 AAL5 fwd-max- sdu- size- ident 140 Nhận dạng kích thước lớn nhất của một

AAL –SDU trong hướng đi tới fwd-max –sdu- size 65535 Kích thước lớn nhất của AAL- SDU được gửi đi giá trị mặc định là 9188 bwd-max-sdu-size-ident 129 Nhận dạng kích thước lớn nhất của một

AAL- SDU trong hướng về bwd- max- sdu- size 65535 Kích thước lớn nhất của AAL- SDU trong hướng nhận sscs- type- identifier 132 Nhận dạng kiểu SSCS

TCP/IP trong mạng ATM- Classical IP over ATM sscs- type 0 (Null sscs)

Thông tin lớp thấp băng rộng

Layer –2-id 2 Nhận dạng lớp 2

User –information- layer 12 Lớp thông tin người sử dụng (LAN-

Vp-assol- signaling 1 Báo hiệu kết nối VP( chỉ thị rõ về VPCI)

Preferred exclusive 0 Loại trừ VPCI/VCI

Vpci Nhận dạng VPC được gán bởi mạng

Vci Nhận dạng VC được gán bởi mạng

Các giao thức hỗ trợ cho Classical IP over ATM

Classical IP over ATM là một trong những cách tiếp cận để ứng dụng TCP/IP vào mạng ATM Hoạt động của phương thức này khá đơn giản song có nhiều nhược điểm Để khắc phục những nhược điểm đó, có một số giao thức đã được đặt ra.

2.6.1.GIAO THỨC HỎI ĐÁP BƯỚC CHUYỂN TIẾP THEO NHRP

Classical IP over ATM có nhược điểm lớn nhất là việc liên lạc giữa các host thuộc các LIS khác nhau phải qua router, đây là nhược điểm của CLIP không những chỉ có trong mạng ATM nói riêng mà còn có trong các mạng NBMA (Non- Broadcast Multi Access) như ATM Frame Relay , X 25 nói chung Trong các mạng này việc kết nối trực tiếp giữa các máy là điều luôn có thể thực hiện được Hơn nữa do việc truyền dữ liệu cũng loại bỏ luôn khả năng thiết lập kết nối trực tiếp với chất lượng dịch vụ nhất định giữa hai host. Để khắc phục nhược điểm này, nhóm làm việc ROLC (Routing Over Large

Clounds) của IETF đã đề xuất ra một giao thức mới có tên là NHRP sử dụng NHRP server (NHs) Trong mỗi NHS có lưu giữ một bảng dữ liệu ánh xạ địa chỉ IP và ATM với NHS khi trạm khởi tạo.

NHS có thể hoạt động ở hai chế độ Ở chế độ “server” mỗi NHS trong LIS được cấu hình với các địa chỉ IP của các trạm và địa chỉ của NHS khác để có thể trả lời yêu cầu ánh xạ địa chỉ IP Cách hoạt động này chỉ thích hợp cho các mạng nhỏ. Ở chế độ “fabric” , NHS tự tìm hiểu các địa chỉ IP mà các NHS khác có thể trả lời được thông qua các giao thức định tuyến intradomain và interdomain Để bớt phức tạp, NHS giả định rằng các NHS có thể trả lời địa chỉ ánh xạ ATM từ IP sẽ nằm trên đường định tuyến gói tin tới đích Điều này có nghĩa là tất cả các router ở lối ra của mạng phải đóng vai trò là NHS cho tất cả các trạm không thuộc LIS chứa nó Giao thức sẽ hoạt động như sau: Khi một trạm trong LIS muốn chuyển gói tin đến một trạm trực thuộc LIS khác, nó sẽ tạo một gói tin yêu cầu NHRP Request theo khuôn dạng đinh trước và sử dụng thực thể NHC (NHRP Client ) để gửi cho NHS thuộc LIS chứa nó Sau khi nhận được yêu cầu này, NHS tiến hành kiểm tra và gửi trở lại cho trạm nguồn một NHRP- Reply nếu nó biết được địa chỉ ATM mà trạm nguồn yêu cầu Trường hợp ngược lại , nếu NHS này không biết, khi đó NHS sẽ căn cứ vào bảng định tuyến của nó để xác định NHS tiếp theo phải gửi gói tin yêu cầu này đến Tại NHS tiếp theo quá trình được lặp lại cho đến khi có một NHS nào đó biết được địa chỉ ATM của trạm đích Khi đó gói tin NHRP- Reply sẽ được truyền trở lại và đi qua tất cả các NHS mà gói tin yêu cầu đã được gửi qua với mục đích để các NHS có thể biết thêm được một ánh xạ IP- ATM mới NHRP-Reply về đến trạm nguồn , trạm này tiếp nhận và một kết nối được thiết lập trực tiếp giữa trạm nguồn và trạm đích Hình 3.16 dưới đây sẽ minh hoạ cho quá trình xác định địa chỉ với giao thức NHRP.

Tuy nhiên, trong quá trình đợi NHRP- Reply , trạm nguồn có thể tiếp tục gửi gói tin cho router mặc định của mình để giảm trễ cho đến khi biết được địa chỉ ATM của trạm đích thông qua NHS và nó sẽ sử dụng kết nối trực tiếp để truyền dữ liệu Trong đặc tả của giao thức NHRP không nói đến việc thứ tự các gói tin có thể bị lẫn lộn do

TCP/IP trong mạng ATM- Classical IP over ATM việc các gói tin truyền qua router đến sau các gói tin truyền qua kết nối trực tiếp Việc giải quyết lẫn lộn đó do các giao thức tầng mạng của trạm đích đảm nhiệm.

Hình 3.16: Hoạt động của NHRP

Ngoài khả năng cung cấp hoạt động theo chế độ “fabric” ra , NHS còn cung cấp thêm một số Option như ghi lại đường đi để xác định vòng lặp hay NHS có thể gửi trực tiếp các gói tin của trạm nguồn cho trạm đích trong trường hợp host đích không chấp nhận một kết nối trực tiếp với host nguồn Một Option khác nữa là NHS có thể trả về không những địa chỉ ATM tương ứng với địa chỉ IP biết trước mà còn cả subnet mask của nó Khi đó các NHS trên đường truyền có thể dễ dàng trả lời các yêu cầu hỏi địa chỉ hơn Ngoài ra còn có cơ chế Timer và làm tươi sao cho các ánh xạ địa chỉ trong bảng lưu trữ luôn phản ánh đúng thực tế.

Một vấn đề được đặt ra khi sử dụng giao thức NHRP đó là khi kết nối hai trạm là router , việc sử dụng NHRP có thể dẫn tới trường hợp vòng lặp do khi sử dụng NHRP cho router ta đã vi phạm giả thiết các router sẽ truyền dẫn các gói tin để làm tươi bảng định tuyến cho tất cả các router kề nó Tuy nhiên , hiện nay ATM sử dụng chủ yếu cho mạng backbone, hơn thế để xảy ra trường hợp vòng lặp trạm phải là dạng multihome (ngoài đường truyền với trạm đích qua mạng ATM, nó còn có đường truyền khác cũng có thể đến được trạm đích), khả năng này hiếm khi xảy ra.

ATM Network LIS4 LIS3 LIS2 LIS1

Tuy nhiên, nhóm RDLC đã bàn đến một giải pháp có thể khắc phục được hạn chế này, đó là khi một NHS hiện ra sự thay đổi về tình trạng mạng có thể dẫn tới lặp, nó sẽ gửi gói tin tới tất cả các trạm và lưu giữ các thông tin về ánh xạ địa chỉ nhận được để làm tươi bảng lưu giữ của mình.

2.6.2.GIAO THỨC HỖ TRỢ MULTICAST

Qua quá trình phân tích ở trên, ta nhận thấy phương thức của Classical IP over ATM chỉ hỗ trợ gửi gói tin unicast mà không hỗ trợ gửi gói tin multicast Do vậy, để hỗ trợ multicast cần giải quyết hai vấn đề:

 Phải có giao thức phân giải địa chỉ để có thể biết được danh sách địa chỉ ATM ứng với địa chỉ IP multicast Vấn đề này được giải quyết qua Multicast

 Việc chuyển dữ liệu multicast được thực hiện như thế nào? Có hai cách để truyền dữ liệu multicast này là qua kết nối VC đầy đủ (VC mesh) hoặc sử dụng multicast server (MCS) MARC là server phân giải địa chỉ trong hoạt động multicast Đây là một mở rộng của ARP trong TCP/IP và ATMARP trong ATM với việc tham chiếu địa chỉ đa truyền thông (multicast) ở mạng Internet cho một hay nhiều địa chỉ ATM Các bản tin về tham chiếu này gọi là host map, gồm địa chỉ IP multicast (gọi đến hay gọi đi từ một địa chỉ ATM) Cấu hình MARS cho thấy ở hình 3.17 , ở đó server và client truyền thông cho nhau qua mạch ảo ATM hai hướng đồng thời nối điểm.

Kết nối ảo điểm -điểm

Kết nối ảo điểm- đa

TCP/IP trong mạng ATM- Classical IP over ATM

MSC là server đa truyền thông dùng để quản lý các client thông qua cluster và sử dụng tại các giao tiếp ATM Hình 3.18 phía dưới cho ta thấy được mô hình MCS và server MARS

Kết nối ảo điểm- đa điểm điều khiển giữa MARS và MCS

Kết nối ảo điểm – đa điểm giữa client sử dụng multicast với MCS

Kết nối ảo điểm – đa điểm giữa MCS và các thành viên trong nhóm multicast

Hình 3.18: Mô hình server và MAR

Khi một client cần gửi gói tin đến một địa chỉ multicast nào đó, nó sẽ thiết lập kết nối với MARS và gửi yêu cầu MARS- Request để có được địa chỉ ATM cuối cùng Nếu chưa có client nào đăng kí vào địa chỉ đó trong bảng lưu trữ , nói cách khác MARS không mapping được địa chỉ multicast Khi đó nó sẽ gửi MARS- NAK để client nguồn biêt mà không gửi gói tin nữa Ngược lại nó sẽ gửi địa chỉ của các MCS hay danh sách địa chỉ ATM của các client trong địa chỉ multicast đó tuỳ thuộc vào cách truyền dữ liệu multicast là VC mesh hay MSC.

Nếu sử dụng VC mesh , client nguồn sẽ thiết lập kết nối điểm –đa điểm tới tất cả các client trong nhóm multicast và gửi dữ liệu.

Nếu sử dụng MCS , MARS sẽ gửi lại cho client nguồn bản tin MARS- multicast báo rằng đã tìm ra host map và cung cấp địa chỉ MCSs phục vụ cho nhóm multicast đó Sau đó client nguồn sẽ thiết lập kết nối điểm – đa điểm, hoặc điểm - điểm tuỳ thuộc vào số địa chỉ MCS nhận được và gửi gói tin multicast qua các kết nối này MCS có trách nhiệm chuyển tiếp các gói tin tới các client đã đăng kí với MCS địa chỉ của multicast đó.