Điều khiển lưu lượng và tắc nghẽn trong mạng ATM, chương 2 potx

CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT ATM VÀ MẠNG ATM 2.1 Kỹ thuật ATM : 2.1.1 Các vấn đề cơ bản: 2.1.1.1 Nguyên lý ATM: ATM là phương thức truyền tải mang đặc tính của chuyển mạch gói ,sữ dụng kỹ thuât ghếp kênh phân chia không đồng bộ,bằng việc ghép các luồng tín hiệu vao ác khối có kích thước cố đònh gọi là tế bào.Khái niệm không đồng bộ trong ATM có nghóa là các gói dữ liệu(tế bào) có thể được đưa lên mạng mà không cần thỏa mãn các yêu cầu về đònh thời một cách chính xác như trong ghép kênh phân chia thời gian đồng bộ.Dữ liệu của mỗi nguồn không nhất thiết phải được sắp xếp theo một chu kỳ thời gian.Phương pháp này có ưu điểm là tối ưu hóa viêc sữ dụng kênh truyền dẫn, hỗ trợ các dòch vụ có tốc độ bit thay đổi(VBR-Variable Bit Rate) và không liên tục(bursty) một cách hiệu quả. ATM là kỹ thuật có tính liên kết,mà trong đó đường truyền sẽ được thiết lập trước khi khách hàng trao đổi thông tin với nhau.Điều này được thực hiện bởi thủ tục thiết lập kết nối tại thời điểm bắt đầu và thủ tục giải phóng kết nối tại thời điểm kết thúc.Mỗi kết nối được cung cấp một dung lượng truyền tải (băng tần) nhất đònh trong điều kiện có thể (ví dụ mạng còn đủ dung lượng đê cung cấp) phụ thuộc vào yêu cầu của khách hàng.Điều này được thực hiện bằng thủ tục thiết lập kết nối của qua trìng gọi là điều khiển chấp nhận kết nối (CAC-Connection Admission Control).Quá trìng này xử lý các tham số của kết nối được thiết lập theo các yêu cầu của khách hàng.Ngoài ra còn có quá trình xử lý khác là điều khiển tham số khách hành (UPC- User Parameter Control) dùng để giám sát kết nối và đưa ra các xử lý nếu như các kết nối có xu hướng vượt quá giới hạn của các tham số đã được chấp nhận 2.11.2 Tế bào ATM Như đã nói ở trên ATM sử dụng các tế bào có kích thước cố đònh gồm 53 bytes trong đó có 5 bytes tiêu đề và 48 bytes dữ liệu với cấu trúc như sau: 5 bytes 48 bytes Ta sẽ phân tích 2 vấn đề đặt ra đối với việcchọn tế bào ATM là: + Tại sao lại chọn kích thước cell cố đònh mà không chọn kích thước cell thay đổi. + Tại sao chọn kích thước cell là 53 bytes. a) Vấn đề chọn kích thước cell cố đònh : Trước hết việc sữ dụng kích thước cell cố đònh để đảm bảo được các yếu tố hiệu suất,độ trễ kênh truyền và đô phức tạp của chuyển mạch. Hiệu suất kênh truyền được tính theo công thức = L/( L+H),trong đó L là số byte thông tin, H là số byte header. Ta thấy rằng H càng nhỏ so với L thì hiệu suất càng lớn. Trong khi đó header của cell có độ kích thước đònh thường ngắn hơn header của cell có kích thước thay đổi vì không cần mang thông tin về đô dài và cờ báo hiệu bắt đầu và kết thúc của vùng dữ liệu. Gói có kích thước thay đồi chỉ có ưu thế hơn gói có kích thước cố đònh trong trường hợp khối dữ liệu cần truyềàn đi có kích thước lớn. Điều này thích hợp vói các ứng dụng mà dữ liệu Header Data cần truyền là các file lớn. Ngược lại nếu các file cần truyền đi không lớn dùng gói có độ dài thay đổi sẽ bắt lợi vì phải trèn thêm các byte đệm (padding) để đảm bảo kích thước quy đònh. Độ trễ kênh truyền được xác đònh theo công thức: D = Dt + Dp + Dq Trong đó: Dt : Độ trễ khi truyền trên đường truyền vật lý. Dp : Độ trễ do xử lý gói tại nút mạng và đầu cuối. Dq : Độ trễ do hàng đợi tại nút mạng. Mạng băng rộng yêu cầu tính thời gian thực nên độ trễ phải nhỏ và có thể biết trước.Khi dùng gói có kích thước lớn trễ sẽ lớn và không thích hợp với ứng dụng thoại.Mặt khác khi kích thước các gói khác nhau thì Dp và Dq của các gói cũng khác nhau dẫn đến độ trễ D sẽ không cố đònh và không thể biết trước được, điều này không thể chấp nhận đối với các ứng dụng có tính thời gian thực. Độ thức tạp tai chuyển mạch phụ thuộc vào việc xử lý header và quản lý hàng đợi. Header càng đơn giản thì việc xử lý càng đơn giản và nhanh chóng. Vùng báo độ dài hay các cờ chỉ điểm bắt đầu và kết thúc thông tin ( DF-Delimiter Flag) trong gói chính là nguyên nhân gây ra sư phức tạp trong việc xử lý header.Hơn nữa gói có kích thước thay đổi làm cho thời gian xử lý các gói khac nhau.Ngược lại gói có kích thước cố đònh sẽ đơn giản hóa việc xử lý và cho phép thực hiện xử lý song song rất hiệu quả. Quản lý hàng đợi trong chuyển mạch sẽ đơn giản nếu sữ dụng tế bào có kích thước cố đònh vì kích thước vùng nhớ cho tế bào là cố đònh nên có thể chia ra thành các ô nhớ có kích thước bằng nhau với giải thuật đơn giản,quản lý dễ dàng.Ngược lại nếu dùng gói có kích thước thay đổi sẽ dẫn đến quản lý phức tạp.Độ phức tạp tại chuyển mạch có ý nghóa rất lớn đối với hiệu suất và tốc độ mạng. Nếu chuyển mạch được thực hiện trên phần cứng thì hiệu quả mạng sẽ tăng rất nhiều. Tóm lại nếu tổng hợp các yếu tố về hiệu suất kênh truyền , độ trễ và độ phước tạp tại chuyển mạch thì đối với mạng băng rộng dùng cell có kích thước cố đònh hiệu quả hơn dùng cell có kích thước thay đổi. b) Vấn đề chọn kích thước cell: Ở đây vấn đề đặt ra là chọn tế bào có kích thước bao nhiêu là hợp lý. Việc chọn kích thước phải đảm bảo sao cho hiệu suất kênh truyền cao, độ trễ nhỏ chấp nhận được cho truyền thoại,tối thiểu hóa số bit truyền lại trong trường hợp xãy ra lỗi và tương thich với các hệ thống truyền dẫn sẵn có. Với kích thước cell là 53 bytes gồm 5bytes header và 48 bytes dữ liệu thì hiệu suất kênh truyền được xác đònh như sau:  = L/(L+H) = 48/(48+5) = 90,57  Hiệu suất đạt trên 90  được xem là cao tuy chưa phải là rất hiệu quả.Nhưng vói các hệ thống truyền dẫn có băng thông hầu như vô hạn hiện nay và trong tương lai thì xấp xỉ 10  cho phần header không con là điều quan trọng. Độ trễ được tính bằng thời gian tạo gói từ một kênh dữ liệu tốc độ 64 Kbit/s tương đương với một kênh thoại thông thường, nếu kích thước cell được chọn là 53 bytes với 48 bytes dữ liệu thì thời gian tạo gói là: (48 x 8 bit)/(64 x 10 3 bit/s) = 6x10 -3 s = 6 ms Như vậy một vòng hồi tiếp từ đầu cuối đến đầu cuối sẽ đi qua hai lần tạo gói tạo ra độ trễ tổng cộng là 12 ms, ở đây chưa kể đến các thành phần trễ khác như : trễ đường truyền và trễ xữ lý…Đây là độ trễ có thể chấp nhận được đối với dòch vụ thoại mà không cần các bộ triệt tiếng dội vì theo ITU-T I.161 thì nếu độ trễ của một vòng hồi tiếp vượt quá 25 ms thì phải dùng bộ triêt tiếng dội. Tóm lại kích thước tế bào là 53 bytes được chọn là sự quân bình giữa hai yêu cầu về độ trễ và hiệu xuất băng thông. 2.1.1.3 Các khái niệm: 2.1.1.3.1 UNI và NNI: a) NNI (Network-Network Interface): là giao diện giữa các nút mạng trong mạng ATM và giữa các mạng khác với mạng ATM. b) UNI( User-Network Interface): là giao diện giữa mạng và người sử dụng. UNI có thể là UNI riêng hay UNI công cộng. 2.1.1.3.2 Kênh ảo, đường ảo: a) Kênh ảo (VC_Virtual Chanel): là khái niệm mô tả một dòng truyền đơn hướng gồm các tế bào có cùng giá trò nhận dạng kênh ảo (VCI). VC không phải là kênh vật lý do đó không có băng thông dành riêng. Không có sự xác đònh nào về dung lượng hay tốc độ của VC và dòng tế bào di chuyển trong VC là dòng đơn hướng, bảo toàn thứ tự. Nhờ vậy, có thể thiết lập các kết nối bất đối xứng và cấp phát băng thông theo yêu cầu của từng cuộc gọi. b) Đường ảo (VP_Virtual Path) :là khái niệm mô tả môt dòng truyền đơn hướng gồm các tế bào có cùng giá trò nhận dạng đường ảo (VPI). Một đường ảo bao gồm một hoặc nhiều kênh ảo, nhiều đường ảo sẽ được ghép trong một đường vật lý. Quan hệ giữa VC, VP và đường vật lý có thề được mô tả như trong hình sau: 2.1.1.3.3 Liên kết kênh ảo, liên kết đường ảo: a) Liên kết kênh ảo (VCL_VC Link): là một kênh ảo được xác đònh giữa một điểm mà VCI được chỉ đònh và điểm mà VCI được thay đỏi hoặc tách bỏ. Thông thường VCL sẽ xác đònh một đoạn VC giữa một thiết bò đầu cuối và mộât mút nút mạng hoặc giữa hai nút mạng kề nhau. Dòng tế bào trên VCL vẫn là dòng đơn hướng. b) Liên kết đường ảo (VPL_VP Link): cũng như VCL, VPL là đường ảo xác đònh giữa một điểm mà VPI được chỉ đònh và điểm mà VPI được thay đổi hoặc tách bỏ. Mỗi VPL gồm một hoặc một số VCL . VCI và VPI là các giá trò được xác đònh trong phần mào đầu của tế bào ATM. Giá trò VCI chỉ được thay đổi hoặc tách bỏ tại thiết bò đầu cuối hoặc tại nút chuyển mạch VC. Giá trò VPI được thay đổi tại thiết bò đầu cuối, nút chuyển mạch VP và bộ nối xuyên ( hoặc bộ tập trung). Có thể mô tả nguyên lý chuyển mạch VP và VC như hình trang bên. 2.1.1.3.4 Kết nối kênh ảo, kết nối đường ảo: a) Kết nối kênh ảo (VCC_ VC Connection): là một chuỗi liên tiếp các VCL nối giữa hai điểm mà tại đó có thề truy xuất vào lớp ATM (AAL) dòng tế bào trong VCC là dòng tế bào một chiều, do vậy một cuộc gọi sẽ phải bao gồm hai VCC hoạt động theo hai chiều ngược nhau. KÊNH VẬT LÝ VP VP VP VP VP VP VC VC VC VC VC VC b) Kết nối đường ảo (VPC_ VP Connection): là sự kết nối các VCL kết thúc bằng một điểm mà tại đó giá trò VCI được hình thành, thông dòch hoặc bò loại bỏ. . UNI và NNI: a) NNI (Network-Network Interface): là giao diện giữa các nút mạng trong mạng ATM và giữa các mạng khác với mạng ATM. b) UNI( User-Network Interface): là giao diện giữa mạng và. CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT ATM VÀ MẠNG ATM 2. 1 Kỹ thuật ATM : 2. 1.1 Các vấn đề cơ bản: 2. 1.1.1 Nguyên lý ATM: ATM là phương thức truyền tải. bắt đầu và thủ tục giải phóng kết nối tại thời điểm kết thúc.Mỗi kết nối được cung cấp một dung lượng truyền tải (băng tần) nhất đònh trong điều kiện có thể (ví dụ mạng còn đủ dung lượng đê