Kỹ thuật mạng atm

Lời nói đầu Nhu cầu giao tiếp trao đổi thông tin loài ng ời trỏ nên thiếu sống hàng ngày nhu cầu ngày tăng với phát triển cao trí tuệ loài ngời Bắt đâu từ máy điện thoại, nhảy vọt lớn thông tin loài ngời, ngời tiến tới việc truyền liệu chữ, truyền số liệu từ điểm tới điểm khác tiếp việc truyền hình ảnh làm ngời gắn bó với ngời ta muốn dùng tất loại thông tin khác nh tiếng nói, hình ¶nh, sè liƯu cïng mét lóc( nh cÇu trun hình) truyền từ điểm đến nhiều điểm từ điểm đến điểm Cứ lần nh vậy, với tiến thông tin, hệ thèng th«ng tin cïng víi sù cung cÊp cho nã ngày lớn dần lên, đà đặt thách thức mặt quản lý cho ngời Mạng dịch vụ tổ hợp số băng hẹp N - ISDN đời vào đầu năm 80 nh cứu cánh cho phát triển Nã cho phÐp mét m¹ng cã thĨ cung cÊp tÊt dịch vụ có Tuy nhiên, phát triển mạnh mẽ công nghệ thông tin nhu cầu trao đổi thông tin ngày tăng nhanhvà đa dạng hoá xà hội đòi hỏi phải cấp bách dịch vụ truyền ảnh bao gồm ảnh tĩnh ảnh động chất lợng cao truyền số liệu, truyền file tốc độ siêu cao mà chúng yêu cầu tốc độ bít tới vài trăm Mb/s, chí tới hàng chục Gb/s Nói chung mạng ISDN băng hẹp đáp ứng, thoả mÃn đợc yêu cầu bổ xung nêu mạng viễn thông thống đáp ứng tất loại hình dịch vụ viễn thông xử lý tin với tốc độ yêu cầu khác từ vài Kb/s đến hàng chục Gb/s, chí hàng Tb/s gọi mạng số liên kết đa dịch vụ băng rộng (B-ISDN) có B- ISDN với có khả cung cấp dịch vụ đa phơng tiện Ngày số giải pháp kỹ thuật đà đợc đề xuất nhằm cải thiện độ thực mạng viễn thông tiến tới thực B-ISDN Trong số Công nghệ thông tin khác phải kể đến công nghệ quan trọng phơng thức truyền không đồng ( Asynchronous transfer Mode ATM) ATM ứng dụng môi trờng khác nh mạng LAN, mạng WAN, mạng công cộng, mạng cáp truyền hình Do ITU-T đà định kiểu truyền không đồng ATM phơng pháp truyền cho mạng B-ISDN tơng lai đà đa khuyến nghị ATM, đặt sở cho mạng ATM nh phần lớn tham số nã T¹i ViƯt Nam hiƯn cïng víi sù phát triển nhanh chóng ngành Bu Viễn thông, công nghệ ATM đà bắt đầu đợc trọng nghiên cứu nhằm đáp ứng đợc nhu cầu ngày tăng xà hội Bản đồ án phần trình nghiên cứu, tìm tòi nhằm tiến tới nhanh chóng áp dụng công nghệ mũi nhọn Việt Nam, nội dung chủ yếu : nghiên cứu hệ thống ATM ứng dụng ATM mạng cục (ATM-LAN) Đề án gồm hai phần : Phần A: Trình bày lý thuyết chung công nghệ truyền tải không đồng ATM nh đặc điểm chung, dịch vụ, tính toán để thiết lập tham sè ATM, c¸c giao thøc ë c¸c tiÕp gi¸p kh¸c nhau, chuyển mạch truyền dẫn Phần B: Trình bày ứng dụng công nghệ ATM đặc biệt ứng dụng mạng ATM-LAN Phần cố gắng trình bày phạm vi kiến thức mạng ATM-LAN, ứng dụng quan trọng ATM mô pháng ATM-LAN B-ISDN lµ mét kü tht rÊt míi, ATM- LAN cha đợc sử dụng rộng rÃi số vấn đề cần giải quyết, đồ án không tránh khỏi số thiếu sót nhiều vấn đề cha đợc trình bày giải Vì vật mong đợc góp ý giúp đỡ thầy cô bạn Mục lục Lời nói đầu Phần I: Cơ sở lý thuyết chung công nghệ chuyển tải không đồng ATM Chơng I : ATM giải pháp cho dịch vụ viễn thông băng rộng 1.1 Giới thiệu 1.1.1 Các đặc điểm mạng viễn thông ngày 1.1.2 Sự đời hệ thống viễn thông B- ISDN 1.2 Giới thiệu ATM khả ATM 1.2.1 Khái niệm ATM 1.2.2 Các lĩnh vực công nghệ định đời phát triển ATM Chong II : Xây dựng tham số cho B-ISDN 2.1 Các tham số hệ thống 2.1.1.Tốc độ bit tự nhiên, tốc độ bit trung bình, tốc độ bit cực đại tốc đọ truyền dịch vụ mạng 2.1.2 Các tham số đặc trng cho chất lợng mạng 2.2 Lựa chọn kiểu truyền cho B-ISDN 2.2.1 chuyển mạch kênh 2.2.2.chuyển mạch kênh đa tốc độ 2.2.3 chuyển mạch kênh tốc độ cao 2.2.4 chuyển mạch gói 2.2.5 dạng truyền không đồng ATM 2.3 Tính toán tham số cho ATM 2.3.1 Độ trễ 2.3.2 Tỷ lệ lỗi 2.4 Xác định độ dại cho tế bào ATM 2.4.1 Lựa chọn hai giải pháp độ dài cố định hay thayđổi 2.4.2 Lựa chọn kích thớc tế bào ATM 2.5 Tóm tắt Chơng III : kỹ thuật mạng ATM 3.1 Mở đầu 3.2 Đặc điểm kỹ thuật B-ISDN 3.3 Kỹ thuật liên kết mạng B-ISDN 3.3.1 Mô hình xếp lớp mạng B- ISDN 3.3.2 Một số khái niệm có liên quan đến kênh ảo đờng ảo 3.3.3 Các ứng dụng nối kênh ảo đờng ảo 3.4 Cấu trúc tế bào ATM 3.4.1.Số liệu nhận dạng kênh ảo VCD đờng ảo VPI 3.4.2 Kiểu tế bào 3.4.3 CLP 3.4.4HEC 3.4.5GFC 3.5 Nguyên lý chuyển mạch báo hiệu ATM 3.5.1 Nguyên lý chuyển mạch 3.5.2 Nguyên lý báo hiệu 3.6 Cấu trúc phân lớp mạng ATM 3.6.1Tổng quan 3.6.2 C¸c líp thÊp B- ISDN 3.6.3 C¸c líp cao B-ISDN 3.7 M¹ng cđa ngêi sư dơng vấn đề thông tin liên mạng 3.7.1Đặc điểm giao diện UNI 3.7.2Mô hình mạng CN 3.8 Tóm tắt Ch¬ng IV : hƯ thèng trun dÉn ATM 4.1 Tổng quan 4.2 Các thiết bị truyền dẫn băng rông 4.2.1 Bộghép kênh SDH 4.2.2 Bộ phân kênh SDH 4.2.3 Bộ hân luồng thông tin đồng 4.2.4 Bộ tập trung dÃn ATM 4.2.5 Bộ nối xuyên ATM 4.2.6 Chuyển mạch ATM 4.2.7 Các khối dịch vụ 4.2.8 phần tử kết nối liên mạng IWU 4.3 Các chức truyền dẫn băng rộng 4.3.1 Tạo tế bào ATM từ dong thông tin lên tục 4.3.2 Truyền dẫn tế bào ATM 4.3.3 Ghép kênh tập trung dòng thông tin 4.3.4 Phân luồng trung chuyển dòng tế bào 4.4 Mạng truyền dẫn SONET/SDH 4.5 Cấu trúc truyền dẫn băng rộng 4.5.1 Cấu trúc mạng địa phơng 4.5.2 Câu trúc mạng trung kế 4.6 Tóm tắt Phần B : tổng quan mô hình cấu trúc mạng băng rộng Chơng V : tổng quan mô hình mạng ATM 5.1 Cấu trúc mạng cục 5.2 Phơng tiện truyền 5.3 Quan hệ phơng tiện truyền cấu trúc 5.4 Các giao thức điều khiển truy nhập phơng tiƯn trun 5.4.1Truy nhËp ngÉu nhiªn CSMA/CD 5.4.2Token BUS 5.4.3Token Ring 5.5 KiÕn tróc ATM - LAN 5.6 M« pháng ATM - LAN Chơng IV : Mô mạng ATM-LAN 6.1 Tỉng quan 6.2 KiÕn tróc giao thøc 6.3 M« LAN 6.3.1 Giới thiệu 6.3.2 Client Server LAN mô 6.3.3 Toàn cục mô LAN 6.3.4 Dạng khung LAN mô Chơng I : ATM giải pháp cho dịch vụ viễn thông băng rộng 1.1Giới thiệu 1.1.1.Các đặc điểm mạng viễn thông ngày Cho đến mạng viễn thông mạng chuyên dụng, ứng với loại dịch vụ thông tin lại có loại mạng viễn thông ®Ĩ phơc vơ dÞch vơ ®ã VÝ dơ ;  mạng telex : dùng để gửi điện dới dạng ký tự đà đợc mà bit ( mà Baudot) Tèc ®é trun rÊt thÊp ( tõ 75 ®Õn 300 bit/s ) Mạng điện thoại công cộng : gọi mạng POTS ( plain old telephone service ), thông tin tiếng nói đợc số hoá chuyển mạch qua hệ thống mạch điện thoại công céng PSTN ( Public switched telephone network )  M¹ng truyền số liệu bao gồm mạng truyền mạch gói để trao đổi máy tính dựa thủ tục X25 mạng truyền số liệu chuyển mạch kênh X21 Các tín hiệu truyền hình truyền theo cách : truyền sóng vô tuyến, truyền qua hệ thống mạng truyền hình CATV ( community antenna TV) cáp đồng trục qua hệ thống vệ tinh, gọi hệ thống truyền hình trực tiếp DBS ( direct broadcast system ) Trong phạm vi quan việc truyền số liệu máy tính đợc thùc hiƯn bëi m¹ng cơc bé LAN ( local area network ) mà tiếng mạng Ethernet, token bus token ring Mỗi mạng đợc thiết kế cho dịch vụ riêng biệt sử dụng cho mục đích khác Ví dụ : ta truyền hệ thống nói qua mạng truyển mạch gói X25 trễ qua mạng lớn Hậu có nhiều loại mạng khác song song tồn Mỗi mạng lại yêu cầu phơng pháp thiết kế, sản xuất, vận hành, bảo dỡng khác Nh mạng viễn thông có nhiều nhợc điểm mà quan trọng : - Chỉ truyền đợc dịch vụ độc lập tơng ứng với loại mạng - Thiếu mềm dẻo : đời thuật toán nén tiếng nói, nén ảnh tiến công nghệ VLSI ảnh hởng mÃnh mẽ tới tốc độ truyền tín hiệu Ngoài có nhiều dịch vụ truyền thông tơng lai mà cha dự đoán trớc đợc, loại dịch vụ có tốc độ truyền khác Ta dễ dàng nhận thấy hệ thống khó thích nghi yêu cầu dịch vụ khác tơng lai - Kém hiệu việc bảo dỡng, vận hành nh việc sử dụng tài nguyên Vì tài nguyên sẵn có mạng chia sẻ cho mạng khác sư dơng 1.1.2.Sù ®êi cđa hƯ thèng viƠn thông B- ISDN Nh đà nêu trên, yêu cầu có mạng viễn thông ngày trở nên thiết, chủ yếu nguyên nhân sau : - Các yêu cầu dịch vụ băng tăng lên - Các kỹ thuật xử lý tín hiệu, chuyể mạch truyền dẫn tốc độ cao ( khoảng vài trăm Mbit/s tới vài Gbit/s) đà trở thành thực - Những tiến khả xử lý ảnh số liệu - Sự phát triển mạng øng dơng phỊn mỊm lÜch vùc tin häc vµ viễn thông - Sự cần thiết phải tổ hợp dịch vụ phụ thuộc lẫn chuyển mạch kênh chuyển mạch gói vào mạng băng rộng So với mạng khác, dịch vụ tổ hợp mạng tổ hợp có nhiều u điểm mặt kinh tế, phát triển, thực vận hành bảo dỡng - Sự cần thiết phải thoả mÃn tính mền dẻo cho yêu cầu phía ngời sử dụng, nh ngời quản trị mạng ( mặt tốc độ truyền, chất lợng dịch vụ ) - Khuyến nghị ITU -T121 đa tổng quan khả B-ISDN nh sau : B-ISDN cung cÊp c¸c cuéc nèi thông qua chuyển mạch nối cố định ( parmanent ) bán cố định ( Semi parmanent ), nối từ điểm tới điểm, từ điểm tới nhiều điểm cung cấp dịch vụ theo yêu cầu cố định Cuộc nối B- ISDN phục vụ cho dịch vụ chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói theo kiểu đa phơng tiện( Multimedia ), đơn phơng tiện ( monomedia) theo kiểu hớng liên kết ( connectionless) theo cấu hình đơn hớng đa hớng B- ISDN mạch thông minh có khả cung cấp dịch vụ cải tiến, cung cấp cung cụ bảo dỡng vận hành (OAM), điều khiển quản lý mạch hiệu 1.2 Giới thiệu ATM khả ATM 1.2.1 Khái niệm ATM B-ISDN theo ITU-T dựa sở truyền không đồng ATM Nh ATM tảng B- ISDN tơng lai Hình 1.1 CÊu tróc khung thêi gian ATM Kªnh Kªnh Kªnh n Kªnh Kªnh Kªnh n Khe thêi gian Kkung thêi gian 125 H×nh 1.1 : CÊu tróc khung thêi gian STM Kªnh Kªnh Kênh1 Kênh Kênh Kênh Kênh không sử dụng Phần tiêu đề tế bào ATM Phần thông tin ngời sử dụng Hình 1.2 : cấu tróc lng th«ng tin ATM Trong kiĨu trun kh«ng đồng bộ, thuật ngữ truyền bao gồm lĩnh vực truyền dẫn chuyển mạch, dạng truyền ám chế độ truyền dẫn chuyển mạch thông tin mạng Thuật ngữ không đồng giải thích cho kiểu truyền ®ã c¸c gãi cïng mét cc nèi cã thĨ lặp lại cách bất thờng nh lúc chúng đựoc tạo theo yêu cầu cụ thể mà không theo chu kỳ Để minh hoạ, hình 1.1 1.2 biểu diễn khác dạng truyền đồng dạng truyền không đồng Trong dạng truyền đồng STM ( Synchronous transfer mode ), phần tử số liệu tơng ứng với kênh đà cho đợc nhận biết vị trí khung truyền ( Hình ) ë ATM c¸c gãi thc vỊ nối lại tơng ứng với kênh ảo cụ thể xuất vị trí ( Hình 2) ATM có hai ®Ỉc ®iĨm quan träng  Thø nhÊt : ATM sư dụng gói có kích thớc nhỏ cố định gọi tế bào ATM ( ATM cell), tế bào nhỏ với tốc độ truyền lớn cho trễ truyền biến động trễ ( delay jitter) giảm đủ nhỏ dịch vụ thời gian thực, kích thớc nhỏ tạo điều kiện cho việc hợp kênh tốc độ cao đợc dễ dàng Thứ hai : có đặc điểm quan trọng khả nhóm vài kênh ảo ( Virtual path) 1.2.2.Các lĩnh vực công nghệ định đời phát triển cđa ATM Cã hai u tè ¶nh hëng tíi ATM : - Sự phát triển nhanh chóng công nghệ bán dẫn nh công nghệ quang điện tử - Sự phát triển ý tởng kh¸i niƯm hƯ thèng 1.2.2.1 C¸c tiÕn bé vỊ mặt công nghệ Công nghệ bán dẫn : Công nghệ CMOS công nghệ có triển vọng độ tích hợp lớn, tốc độ cao ( khoảng vài trăm Mbit/s tới vài Gbit/s, độ tiêu tốn lợng thấp Công nghệ quang : Các đòng truyền dẫn quang có u điểm nh : độ suy giảm thấp ( dẫn tói khoảng cách truyền lớn), độ rộng băng truyền lớn, kích thớc nhỏ, độ mền dẻo học cao, tránh đợc nhiễu trờng điện từ, xác suất truyền lỗi thấp nhiều xuyên âm 1.2.2.2 C¸c ý tëng míi vỊ kh¸i niƯm hƯ thèng Các quan điểm vê hệ thống đựoc phát triển mạnh mẽ năm gần đây, hệ thống phải có độ mên dẻo thích hợp, độ rộng băng hệ thống tuỳ thuộc cào yuê cầu dịch vụ cụ thể, dịch vụ thời gian thực đựoc truyền theo phơng pháp truyền mạng gói Các ý tởng phải thoả mÃn hai chức mạng : - Tính suốt mỈt néi dung ( Semantic transparency ) TÝnh st nội dung chức đảm bảo việc truyền từ đàu phát tới đầu thu ( tức xác mặt nội dung ) Đầu cuối - Nút chuyển mạch Điều khiẻn lỗi đầy đủ 3 Đầu cuôi Điều khiển lỗi đầy ®ñ 2 1