công nghệ truyền tải không đồng bộ atm

Nội dung đồ án của em như sau:Chương 1: Các đặc điểm về công nghệ truyền tải không đồng bộ ATM.Chương 2: Cấu trúc phân lớp, nhiệm vụ & chức năng các lớp chínhtrong mô hình tham chiếu B -

LỜI NÓI ĐẦU

Vào cuối thập kỷ 80, sau một thời gian nghiên cứu ITU - T đã đưa ra kết luận sẽ triển khai một công nghệ mới, công nghệ truyền tải không đồng bộ ATM trên mạng dịch vụ băng rộng B - ISDN Mạng B - ISD /ATM ra đời ngay lập tức đã đạt được các thành công to lớn do khả năng cung cấp các dịch

vụ băng roọng khác nhau cũng như khả năng thích ứng tới với mọi công nghệ đường truyền

Mạng ATM công cộng đầu tiên trên thế giới được triển khai ở Mỹ từ năm 1993 - 1995 mang tên WILEL (nay là WORLD - COM) Mạng ATM ở Nhật mang tên JAPAN CAMPUS nối 22 trường đại học trên toàn bộ lãnh thổ Nhật đã hoàn thành vào tháng 5 - 1995 và ở Italia mang tên SOCRA nối 14 thành phố chủ chốt xây dựng năm 1995 - 1996

Hiện nay công nghệ ATM đã hoàn chỉnh đến mức mạng ATM có thể kết nối với tất cả các loại mạng hiện hữu và chuyển mạch ATM có thể thích nghi với các chủng loại tốc độ khác nhau Với việc hoàn thiện của công nghệ ATM, của truyền dẫn SDH trên cáp sợi quang thì việc xây dựng một xa lộ thông tin cung cấp dịch vụ đa phương tiện (Multimedia Service) trên mạng B - ISDN

sẽ sớm có khả năng trở thành hiện thực trong những năm đầu của thế kỷ 21

Tuy nhiên công nghệ ATM là công nghệ phức tạp cũng như đòi hỏi chi phí rất cao và chỉ được ứng dụng mạng ở các công nghiệp tiên tiến Thực tế ở Việt Nam, mạng ATM mới chỉ được ứng dụng trong mạng viễn thông quân

sự mà chưa được ứng dụng trong mạng viễn thông Việt Nam Như vậy có thể nói ATM vẫn còn là mới mẻ đối với chúng ta Nhưng với xu hướng hội nhập

và phát triển của đất nước hiên nay, chóng ta hoàn toàn có thể tin tưởng về việc xây dựng mạng ATM thực nghiêm tiến tới xây dựng một mạng ATM hoàn chỉnh ở Việt Nam là điều có thể dự báo trước trong một tương lai không xa

Nhận thức được điều này, em đã mạnh dạn dành toàn bộ thời gian thực

tập và làm luận văn tốt nghiệp để nghiên cứu đề tài “Công nghệ truyền tải

không đồng bộ ATM và khả năng ứng dụng truyền thoại có phân bố băng thông động trên ATM” Nội dung đồ án của em như sau:

Chương 1: Các đặc điểm về công nghệ truyền tải không đồng bộ ATM Chương 2: Cấu trúc phân lớp, nhiệm vụ & chức năng các lớp chính trong mô hình tham chiếu B - ISDN

Chương 3: Dịch vụ giả mạch - Nguyên lý và các yêu cầu kết nối dịch

vụ có cấu trúc Nx 64 Kb/s

Chương 4: Nghiên cứu dịch vụ giả mạch có phân bố băng thông động (DBCES)

Chương 5: Mô hình ứng dụng truyền thoại trên ATM

Do vấn đề nghiên cứu còn mới mẻ, thời gian không nhiều cho việc tìm tòi và tiếp cận với một công nghệ mới cũng như giới hạn của bản thân, đồ án này chắc chắn không thể tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong có được ý kiến đóng góp của các thầy, cô giáo, các anh chị đồng nghiệp, các bạn bè gần

xa để đồ án có thể hoàn thiện hơn

Cuối cùng em xin gửi lời cám ơn chân thành tới thầy giáo hướng dẫn Đại tá Th.s Nguyễn Duy Chuyên, Trung uý Ks Đoàn Minh Tân cùng toàn thể các anh trong phòng kỹ thuật - Truyền số liệu của trung tâm kỹ thuật công nghệ cao (Bé TLTT), những người đã giúp đỡ em rất nhiều trong suốt thời gian em làm đồ án

Hà nội, tháng năm 2003

Sinh viên Nguyễn Việt Hùng

CHƯƠNG 1 CÁC ĐẶC ĐIỂM VỀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN TẢI

KHÔNG ĐỒNG BỘ ATM 1.1 Sù ra đời của công nghệ ATM

Mạng viễn thông trước đây có đặc điểm chung là chúng tồn tại riêng rẽ, ứng với mỗi loại dịch vụ thông tin lại có Ýt nhất một loại mạng viễn thông riêng biệt để phục vụ dịch vụ đó Ví dụ như:

 Mạng Telex: dùng để gửi các bức điện dưới dạng ký tự đã được

mã hoá Tốc độ truyền rất thấp (75 - 300bps)

 Mạng điện thoại công cộng: thông tin tiếng nói được số hoá và chuyển mạch quan hệ thông chuyển mạch điện thoại công cộng Tốc độ tối đa

64 kbps

 Mạng truyền số liệu bao gồm: Mạng truyền mạch gói để trao đổi thông tin giữa các máy tính và mạng truyền số liệu chuyển mạch kênh

 Hệ thống truyền hình quảng bá: sử dụng sóng vô tuyến truyền qua vệ tinh

 Mạng cục bộ LAN: thực hiện truyền số liệu trong phạm vi hẹp, tốc độ rất cao (vài chục đến vài trăm Mbps)

 Mạng Internet: thực hiện truyền số liệu trên phạm vi toàn thế giới, tốc độ nhỏ (từ vài trăm đến vài nghìn bps)

Chính điều này đã gây ra rất nhiều khó khăn trong việc thiết kế, vận hành, bảo dưỡng hệ thống như không thuận tiện cho khách hàng để đăng ký các dịch vụ mong muốn sử dụng Bên cạnh đó xuất hiện các nhu cầu ngày càng tăng về các dịch vụ băng rộng như: Dịch vụ điện thoại truyền hình, điện thoại hội nghị, video theo yêu cầu (VOD), truyền hình số, truyền hình có độ phân giải cao (HDTV), dịch vụ truyền số liệu tốc độ cao Vì vậy dẫn đến yêu cầu ra đời một mạng liên kết đa dịch vụ có khả năng cung cấp dịch vụ đa phương tiện (Multimedia Service) thoả mãn mọi nhu cầu của xã hội thông tin

hiện nay và trong kỷ nguyên thông tin sắp tới Đó chính là mạng liên kết da dịch vụ băng rộng B - ISDN (Broadband - Intergrated Service Digital Network)

Sù ra đời của B - ISDN mà cơ sở của nó là một công nghệ mới Công nghệ này có khả năng tương thích với đường truyền công nghệ cao từ vài Mbps đến vài Gbps do đó có thể chấp nhận mọi thách thức của nhu cầu dịch

vụ cũng như sự phát triển của công nghệ đường truyền Đồng thời, nó có khả năng tương thích các loại dịch vụ từ truyền tiếng nói, hình ảnh với yêu cầu thời gian thực, độ trễ nhỏ đến các dịch vụ truyền số liệu tốc độ cao yêu cầu tổn thất đường truyền nhỏ Đó chính là công nghệ truyền tải không đồng bộ ATM

1.2 Định nghĩa ATM

ATM là công nghệ thiết kế cho việc truyền tải tốc độ cao của tiếng nói (voice), truyền hình (video), dữ liệu (data) thông qua mạng riêng và mạng công cộng sử dụng công nghệ chuyển tiếp tế bào Các nghiên cứu về ATM được bắt đầu từ những năm 1980 Các chuẩn B - ISDN /ATM được công bố đầu tiên năm 1988 bởi ITU - T và từ đó đến nay ngày càng được hoàn thiện

Có 2 tổ chức cùng song song nghiên cứu trao đổi lẫn nhau để đưa ra các chuẩn hoá về ATM là ITU - T và ATM Forum Những tiêu chuẩn mở của ATM được đưa ra chủ yếu bởi ATM Forum, đây là tổ chức được Cisco, NET /ADAPTIVE, Northern Telecom và Sprint lập ra năm 1991

ATM là viết tắt của từ Asynchronous Transfer Mode là phương thức

truyền tải không đồng bộ, trong đó thuật ngữ “không đồng bộ” có nghĩa là

tốc độ dữ lỉệu được truyền đi không nhất thiết ứng với một băng thông nhất định, điều này nói lên rằng việc truyền dẫn chỉ được thực hiện nếu như có dữ

liệu thực được truyền đi, “Khồng đồng bộ” cũng để nói đến tính chất các

thông tin xuất hiện trong hệ thống (các gói được truyền đi) có thể lặp lại bất thường không có chu kỳ Ở đầu vào, các thông tin sẽ được nạp vào bộ đệm sau đó được cắt nhỏ thành các tế bào và được truyển tải qua mạng

Là công nghệ ghép kênh và chuyển mạch tế bào, ATM kết hợp được những ưu điểm của cả chuyển mạch kênh (trễ truyền dẫn không đổi, tốc độ bảo đảm) và chuyển mạch gói (linh hoạt, hiệu quả cao với những lưu lượng biến thiên) ATM có các đặc điểm quan trọng sau đây

 ATM sử dụng các gói có kích thước nhỏ cố định gọi là tế bào (Cell), các tế bào nhỏ cùng với tốc độ truyền dẫn lớn làm cho trễ truyền và biến động trễ giảm đủ nhỏ đối với các dịch vụ yêu cầu thời gian thực, ngoài ra kích thước nhỏ và cố định cho phép thực hiện chuyển mạch ở phần cứng hiệu quả hơn so với những gói có kích thước thay đổi và tạo điều kiện cho việc kết hợp kênh ở tốc độ cao được dễ dàng

 Dịch vụ kết nối trong ATM là có liên kết (connection - oriented service), cho phép định tuyến các tế bào thông qua mạng ATM dựa trên các kết nối ảo sử dụng các nhận dạng kết nối đơn giản ( khả năng nhóm một vài kênh ảo thành một đường ảo giúp cho việc định tuyến dễ dàng )

 Ghép kênh không đồng bộ cho phép sử dụng hiệu quả băng thông và ghép / tách dữ liệu với độ ưu tiên và kích thước khác nhau

 Sự kết hợp của những đặc điểm trên cho phép ATM cung cấp các dịch vụ khác nhau cho các yêu cầu giữ liệu khác nhau và thiết lập dịch vụ yêu cầu tại thời điểm kết nối được thiết lập Điều này có nghĩa là một kênh ảo của dịch vụ đưa ra có thể được đảm bảo ở một băng thống nhất định cũng như các tham số lưu lượng khác phục vụ cho kết nối này

Thực chất công nghệ ATM là một bước phát triển tiếp theo của công nghệ mạch gói (Packet Switching) Tuy nhiên có 2 đặc điểm khác nhau cơ bản giữa ATM và chuyển mạch gói

 Thứ nhất: đối với chuyển mạch gói thông tin người sử dụng được chứa trong các gói có độ dài thay đổi (hiện nay kích thước các gói thường là 64/128 bytes) ATM sử dụng các tế bào in có độ dài cố định là 53 bytes

 Thứ hai: Chuyển mạch gói sử dụng phương thức kết nối thông tin không định hướng (Connectionless-oriented) Do đó chuyển mạch gói không

có thể đảm bảo việc truyền tải các dịch vụ theo các yêu cầu về chất lượng của dịch vụ đó (QoS - Quality of Service) Trong khi đó ATM sử dụng phương thức kết nối truyền tải thông tin có hướng (Connection - oriented) nên các kết nối trong mạng ATM đảm bảo duy trì các trị số QoS tuỳ theo yêu cầu dịch vụ

1.3 Nguyên lý ATM

Trong mục này chúng ta sẽ tìm hiểu nguyên lý chung của ATM Như chúng ta biết, một cách quản lý tốt các luồng thông tin lớn là cắt thông tin thành các gói càng nhỏ càng tốt để thuận lợi hơn cho quản lý ATM không quan tâm thông tin là gì hoặc khuôn dạng của nó ra sao Nó chỉ đơn giản là cắt thông tin thành các gói có độ dài bằng nhau còn gọi là các tế bào có gán tiêu đề để gói có thể được định tuyến tới tích của nó Các tiêu đề trong ATM

có chức năng chính là định tuyến và do vậy chúng có thể chuyển qua mạng

mà không cần nhiều thao tác xử lý

Hình 1.1 miêu tả nguyên tắc trong ATM, tất cả các loại thông tin như

dữ liệu (data), âm thanh (sound), hình ảnh động (moving pictures) hoặc ảnh tĩnh (still image) đều có thể được phân chia thành các gói nhỏ có kích thước

cố định (các cell) và được chuyển đi không qua tâm tới nội dung của gói đó

Hình 1-1: Nguyên lý ATM.

Như vậy trong ATM các luồng dữ liệu của các dịch vụ khác nhau cũng như các luồng dữ liệu đầu vào có tốc độ khác nhau (64 Kbps, 2Mbps, 34Mbps ) đều được cắt thành các gói đều nhau - tế bào Các tế bào từ các nguồn khác nhau đó sẽ được trộn theo cách sao cho truyền dẫn tối ưu nhất cũng như đáp ứng được mọi yêu cầu của tất cả dịch vụ trong đó có cả các dịch

vụ yêu cầu thời gian thực như thoại, truyền hình hội nghị

Một điều cần lưu ý là nếu 2 nguồn có băng thông tương ứng là x bit/s

và y bit/s thì bằng thông hiệu dụng thông thường sẽ là (x + y) bit/s Còn trong ATM, băng thông hiệu dụng z < (x + y) bit /s vì mọi thông tin trong các bit

được phân gói trong các tế bào zero hay các tế bào không hợp lệ Do vậy băng thông hiệu dụng giảm Ngoài ra một điều rất quan trọng trong ATM đó là khả năng cấp phát băng thông động: cấp phát băng thông cho thuê bao có yêu cầu (các cell ATM được tạo ra chỉ khi có yêu cầu), nếu không có yêu cầu thì băng thông này sẽ được giải phóng hoặc cung cấp cho người sử dụng khác Đồng thời nếu không có tải trọng (phần mang thông tin) cần truyền đi trên một phần đường truyền xác định trong mét chu kỳ thời gian, các cell trống sẽ được tạo

ra vì thế băng thông hiệu dụng có thể được sử dụng một cách linh hoạt đáp ứng các yêu cầu thay đổi

1.4 Các khái niệm tổng quan về ATM

Trong phần này chúng ta sẽ tìm hiểu các khái niệm cơ sở có liên quan đến công nghệ truyền tải không đồng bộ ATM

1.4.1 Các loại thiết bị ATM

Một mạng ATM được tạo ra từ một hoặc nhiều thiết bị chuyển mạch ATM và các thiết bị kết cuối ATM Một đầu cuối (hay hệ thống đầu cuối) ATM chứa một giao diện tương thích mạng ATM Các trạm làm việc, các bộ định tuyến, các đơn vị dịch vụ số liệu (DSUS), các chuyển mạch LAN, các bộ

mã hoá và giải mã video (CODECS) là các ví dụ về hệ thống đầu cuối ATM (hình 1.2) Ta có thể nhận thấy rằng chúng đều có một giao diện ATM để kết nối với thiết bị chuyển mạch ATM, sau đó qua mạng ATM tới thiết bị chuyển mạch khác ở phía đầu xa

Hình 1.2: Các thiết bị mạng ATM.

1.4.2 Các kiểu giao diện mạng ATM

Có hai kiểu giao diện liên kết các thiết bị ATM trên các kết nối điểm

-điểm: giao diện Người sử dụng - Mạng (UNI) và giao diện Mạng - Mạng (NNI), hay còn gọi là giao diện Nút - Mạng UNI kết nối một hệ thống đầu

cuối ATM (phía người sử dụng) với một chuyển mạch ATM (phía mạng) NNI kết nối hai chuyển mạch ATM với nhau, trong trường hợp này cả hai phía đều là mạng

UNI và NNI đều được chia nhá ra thành các UNI và NNI riêng và công cộng, tuỳ thuộc vào vị trí của chuyển mạch ATM và ý muốn của người thực hiện Hình 1.3 cho thấy một UNI riêng kết nối một đầu cuối ATM với một chuyển mạch ATM riêng, còn UNI công cộng kết nối một đầu cuối ATM hoặc mọt chuyển mạch riêng với một chuyển mạch công cộng

NNI riêng kết nối hai chuyển mạch ATM với nhau trong cùng một mạng riêng NNI công cộng kết nối hai chuyển mạch ATM với nhau trong cùng một mạng công cộng Loại giao diện thứ ba là giao diện truyền tải băng rộng (BICIK) kết nối hai thiết bị chuyển mạch công cộng ở hai mạng công cộng khác nhau

Hình 1.3: Các giao diện ATM.

Hình 1.3 còng cho ta thấy một bộ định tuyến với thiết bị xử lý giao diện ATM (AIP) có thể được kết nối một cách trực tiếp tới chuyển mạch ATM, còn những bộ định tuyến không có giao diện ATM thì phải kết nối qua một thiết bị dịch vụ số liệu ATM (ADSU) sau đó mới kết nối tới chuyển mạch ATM

1.4.3 Tế bào ATM

Đơn vị cơ sở thông tin sử dụng cho ATM có độ dài cố định là 53 byte (53 octet) Trong đó 5 byte đầu chứa thông tin cho phần tiêu đề (header) trong khi 48 byte tải trọng) Kích thước nhỏ có tác dụng giảm thời gian trễ và kích thước cố định làm tăng hiệu quả chuyển mạch Điều này có tác dụng rất lớn vì mạng ATM có độ linh động rất cao Phần tiêu đề có nhiệm vụ chính là định tuyến tế bào và thay đổi tại mỗi nút chuyển mạch Dữ liệu được truyền thông suốt qua mạng và không thay đổi trong suốt quá trình truyền

- Header: 5 byte (5 octet) Thông tin chứa trong Header có nhiệm vụ chính là giúp cho việc định tuyến (routing) của các cell ATM trong mạng ATM Do mạng ATM hoạt động theo cách kết nối thông tin có định hướng

(connection - oriented) nên các cell chỉ có thể luân chuyển qua các vùng mà các kết nối tồn tại

Hình 1.4: Cấu trúc cơ bản tế bào ATM

- Payload: 48 byte (48 octet) Chứa thong tin hữu Ých của các loại ứng dụng khác nhau như: thoại (speech), tín hiệu truyền hình (video), dữ liệu (data), và các thông tin điều khiển cũng được thêm vào để bảo vệ các ứng dụng tương ứng dụng tương ứng Sau khi thu đủ các tế bào của thông tin phát

đi, bên phần thu sẽ tổ chức lại các luồng dữ liệu, gói dữ liệu để khôi phục lại thông tin như đã phát đi Chú ý rằng ATM chỉ có trách nhiệm truyền dẫn phần tải trọng, nó không liên quan đến phần điều khiển và bảo vệ nội dung cho phần tải trọng Việc đảm bảo an toàn cho phần tải trọng được thực hiện ở thiết

bị đầu cuối

Tuỳ thuộc vào giao diện, phần Header có thể là dụng UNI (User -Network Interface) hoặc NNI (-Network - -Network Interface) Trong đó UNI

là cấu trúc phần tiêu đề của các tế bào truyền trên giao diện giữa người sử dụng và mạng NNI là cấu trúc phần tiêu đề của các tế bào truyền trên giao diện giữa mạng với mạng Cấu trúc của hai loại này như sau:

GF

C

4

VPI

8

VCI 16

PT 3

CL P 1

HEC 8

48

53 Octets ATM Cell