Điều khiển lưu lượng và tắc nghẽn trong mạng ATM, chương 3 ppt

Chương 3: Các loại tế bào ATM Thuật ngữ tế bào chỉ được sữ dụng tại lớp vật lý và lớp ATM. Có các loại tế bào sau đây: a) Tế bào tại lớp vật lý: + Tế bào trống (Idle Cell): lá tế bào do lớp vat lý chèn vào hoặc tách ra từ dòng tế bào của lớp ATM để phù hợp với tốc độ vật lý của môi trường truyền dẫn. + Tế bào hợp lệ (Valid Cell) : là tế bào có phần mào đầu không có lỗi hoặc đã được sữa lỗi. Tế bào này sẽ được truyền đi trên mạng. + Tế bào không hợp lệ (Invalid Cell): là tế bào có phần header bò lỗi mà không sửa được. Tế bào này sẽ bò loại bỏ bởi lớp vật lý. b) Tế bào ở lớp ATM: + Tế bào được chỉ đònh (Assigned Cell): là tế bào có mang thông tin dòch vụ của lớp ATM. Hình mô tả nguyên lý chuyển mạch VP và VC. + Tế bào không chỉ đònh (Unassigned Cell): là tế bào không mang thông tin dòch vụ của lớp ATM . Tế bào này được đưa xuống lớp vật lý khi lớp ATM không có dữ liệu truyền. Như vậy ta thấy có sự trùng lắp về chức năng giữa tế bào trống và tế bào không chỉ đònh.Cả hai loại tế bào này đều được dùng để phối hợp tốc độ giữa dòng tế bào và kênh truyền dẫn khi không có dữ liệu ATM. ITU_T trong khuyến nghò I.321 đặt chức năng phồi hợp tốc độ ở lớp vật lý và dùng tế bào trống. Trong khi đó ATM Forum lại đặt chức nang này tại lớp ATM và VPI7 VCI1 VCI2 VCI3 VCI4 Chuyển mạch VPI5 VPI1 VPI6 VCI4 VCI3 VCI1 VCI2 VPI8 VPI9 VPI10 VCI1 VCI2 VCI1 VCI2 VCI1 VCI2 VCI1 VCI2 Chuyển mạch VPI2 VPI3 VPI4 Chuyển mạch dùng tế bào không chỉ đònh. Đây là một trong những điểm không tương thích mức thấp giữa hai hai thống chuẩn hóa. 2.1.2 Mô hình giao thức chuẩn cho ATM: Việc xây dựng mô hình giao thức chuẩn cho B-ISDN nói chung và ATM nói riêng dựa theo mô hình bảy lớp OSI. Cấu trúc của nó như hình sau: Mô hình giao thức chuẩn cho ATM Ở đây mô hình sữ dụng khái niệm của các mặt phẳng để thể hiện các nhóm yêu cầu cần đề cập tới,bao gồm ba loại mặt phẳng: MẶT PHẲNG ĐIỀU KHIỂN MẶT PHẲNG NGƯỜI SỬ DỤNG MẶT PHẲNG QUẢN LÝ QUẢN LÝ MẶT PHẲNG QUẢN LÝ LỚP LỚP BẬC CAO LỚP BẬC CAO LỚP TƯƠNG THÍCH ATM(AAL) LỚP ATM LỚP VẬT LÝ + Mặt phẳng quản lý (Management Plane): có hai chức năng chính là quản lý lớp và quản lý mặt phẳng.Tất cả các chức năng liên quan đến toàn bộ hệ thống bao gồm cả việc phối hợp các mặt phẳng được thực hiện bởi chức năng quản lý mặt phẳng. Chức năng này không có cấu trúc phân lớp. Quản lý lớp có cấu trúc phân lớp có cấu trúc phân lớp tương ứng với các lớp trong mặt phẳng người sữ dụng. Chức năng này có nhiệm vụ quản lý các thực thể trên các lớp và thực hiện các dòch vụ vận hành, quản lý và bảo dưỡng (OAM). + Mặt phẳng người sữ dụng (User Plane): có chức năng truyền các thông tin của người sử dụng và các thủ tục có liên quan như điều khiển luồng, điều khiển tắc nghẽn và khắc phục lỗi. +Mặt phẳng điều khiển (Control Plane): thực hiện các chức năng điều khiển, thiết lập và quản lý kết nối thông qua các thủ tục báo hiệu . Mặt phẳng người sử dụng và mặt phẳng điều khiển được cấu trúc thành các lớp .Trong đó, ba lớp dưới là các lớp. Trong đó,ba lớp dưới là các lớp: lớp vật lý , lớp ATM và lớp tương thích ATM (AAL-ATM Adaption Layer). Lớp dưới cùng là lớp vật ly,ù lớp này chủ yếu liên quan đến việc truyền tải các thông tin dưới dạng bit và tế bào. Lớp tiếp theo là lớp ATM, có chức năng xử lý các tế bào như: chuyển mạch/đònh tuyến và tách/ghép kênh. Lớp ALL thực hiện các chức năng phụ thuộc dòch vụ, đồng thời thực hiện sự liên kết lớp ALL với lớp bậc cao. Lớp bậc cao bao gồm các chức năng không có ở các lớp phía dưới. Lớp ATM và lớp vật lý lại được chia thành các lớp phụ, với các chức năng được tóm tắt trong bảng chức năng các lớp sau: Tiếp theo sẽ giải thích cụ thể chức năng của các lớp. 2.1.2.1 Lớp ATM: Các chức năng của lớp ATM liên quan chặt chẽ đến các trường điều khiển trong phần tiêu đề của các tế bào ATM. Do vậy trước hết ta đề cập đến cấu trúc của tế bào ATM. ATM VẬT LÝ TC PM SAR LỚP PHÂN LỚP CHỨC NĂNG LỚP BẬC CAO CS AAL Mô tả thuộc tính dòch vụ Phân tách và tổ hợp tế bào Điều khiển luồng chung(GFC) Tạo & tách Header Thông dòch giá trò VPI/VCI Ghép và tách tế bào Các chức năng lớp bậc cao Phối hợp tốc độ Thích ứng với khung truyền dẫn Tạo và khôi phục khung truyền dẫn Môi trường vật lý Ta đã biết rằng tế bào ATM có kích thước nhỏ, chiều dài cố đònh gồm 53 bytes trong đó 48 bytes dữ liệu và 5bytes tiêu đề. Kích thước nhỏ có tác dụng giảm thời gian trễ tại các bộ đệm và chiều dài cố đònh làm tăng hiệu quả chuyển mạch; điều này có ý nghóa lớn vì ATM là mạng có tốc độ cao. Phần mào đầu dùng để đònh tuyến tế bào và được cập nhật bằng các giá trò nhận dạng mới tại các nút chuyển mạch. Trường thông tin được truyền thông suốt qua mạng và không hề thay đổi trong quá trình truyền tải. Có hai cấu trúc tế bào ATM: một dùng cho UNI và một dùng cho NNI. Hai cấu trúc này giống nhau hoàn toàn ở vùng dữ liệu, chỉ khác nhau ở một số trường trong phần tiêu đề như hình sau : Trong đó : + GFC_Generic flow Control: điều khiển luồng chung gồm 4 bit : 2 bit dùng cho điều khiển và 2 bit dùng làm tham số. GFC chỉ áp dụng cho UNI trong cấu hình điểm-điểm và tham gia vào việc điều khiển lưu lượng theo hướng từ khách hàng về phía mạng. + VPI/VCI_ Vitual Path /Chanel Identifier: nhận diện đường / kênh ảo gồm 24 bit (8 bit VPI và 16 bit VCI) đối với UNI và 28 bit (12 bit VPI và 16 bit VCI) đối với NNI. Đặc tính cơ bản của ATM là chuyển mạch xảy ra trên cơ sở giá trò VPI/VCI của các tế bào, khi chuyển mạch dựa trên giá trò VPI GFC VPI VPI VCI VCI VCI PT CLP HEC Bit 8 Bit 1 Byte 1 Byte 5 VPI VCI VCI VCI PT CLP HEC VPI Bit 8 Bit 1 Byte 1 Byte 5 CẤU TRÚC HEADER TẠI UNI CẤU TRÚC HEADER TẠI NNI thì được gọi là kết nối đường ảo và khi dựa trên cả hai giá trò VPI/VCI thì gọi là kết nối kênh ảo. + PT_Payload- Type: Kiểu thông tin gồm 3 bit dùng để chỉ thò thông tin được truyền là thông tin khách hàng hay thôn g tin mạng. Nếu bit đầu tiên bằng 0 cho biết tế bào mang thông tin của người sử dụng, bằng 1 cho biết tế bào mang thông tin khai thác và bảo dưỡng (OAM) ở lớp ATM. Bit thứ 2 để chỉ thi tắc nghẽn hướng đi EFCI (Explicit Forward Congestiom Indication). Bit thứ 3 được dùng bởi AAL5 để đánh dấu tế bào cuối cùng của thông điệp (message). Các giá trò và ý nghóa của 3 bit PT được liệt kê trong bảnh sau : + CLP_Cell Loss Priosity: ưu tiên tổn thất tế bào gồm 1 bit. Các tế bào có CLP=0 có mức ưu tiên cao và CLP=1 có mức ưu tiên thấp hơn. Các tế bào có CLP=1 sẽ bò loại bỏ khi tắc nghẽn trong mạng. + HEC _ Header Error Check: kiểm tra lỗi tiêu đề gồm 8 bit. Trường này được xử lý ở lớp vật lý và có thể được dùng để sửa các lỗi bò 1 lỗi bit hoặc để phát hiện các lỗi bò nhiều lỗi bit. Giải thuật để xác đònh giá trò của HEC như sau: 4 byte header được viết dưới dạng đa thức theo biến x rồi nhân với x 8 sau đó chia cho đa thức sinh G(x)=x 8 +x 2 +x+1; phần đa thức dư sẽ được 000 Thông tin của người sử dụng,EFCI=0,AAL5=0 001 Thông tin của người sử dụng,EFCI=0,AAL5=1 010 Thông tin của người sử dụng,EFCI=1,AAL5=0 011 Thông tin của người sử dụng,EFCI=1,AAL5=1 100 Thông tin OAM trên từng đoạn 101 Thông tin OAM đầu cuối-đầu cuối 110 Tế bào cấp phát tài nguyên. 111 Dành riêng Giá trò PT Ý nghóa chuyển về chuỗi 8 bit, thực hiện cộng modul2 chuỗi này với 01010101 ta sẽ được gia trò của HEC. Tiếp theo là các chức năng cơ bản của lớp ATM. Tất cả các chức năng này đều do phần header cung cấp. + Ghép và tách tế bào: Tại phần phát chức năng ghép tế bào sẽ thực hiện việc tổ hợp các tế bào từ các đường ảo (VP) và các kênh ảo (VC) khác nhau thành một luồng tế bào. Tại phần thu, chức năng tách tế bào sẽ thực hiện phân chia các tế bào về các đường ảo và các kênh ảo phù hợp. + Thông dòch giá trò nhận dạng đường ảo (VPI) và nhận dạng kêng ảo (VCI) của tế bào: Mỗi một VP và VC có một giá trò nhận dạng khác nhau dùng để phân biệt với các VP và VC khác. Các nút chuyển mạch sẽ sử dụng những giá trò này để xác đònh các kết nối và đồng thời sử dụng các thông tin đònh tuyến tại thời điểm thiết lập kết nối để đònh hướng các tế bào đến các cổng ra thích hợp. Các nút chuyển mạch thay đổi các giá trò VPI và VCI bằng các giá trò mới phù hợp với kết nối đầu ra. Trong thực tế còn xảy ra trường hợp gia trò VPI thay đổi và VCI không đổi. Sơ đồ miêu tả chức năng của các giá trò VPI và VCI tại nút chuyển mạch như sau: + Tạo và tách mào đầu tế bào: các chức năng này được thực hiện tại những điểm có kết cuối của lớp ATM. Tại phía phát chức năng tạo mào đầu sẽ được thực hiện sau khi nhận trường dữ liệu tế bào từ lớp AAL để tạo ra mào đầu tế bào tương ứng, riêng giá trò điều khiển lỗi mào đầu (HEC) được tính toán và chèn vào ở lớp vật lý. Mào đầu kết hợp với trường thông tin tạo thành tế bào ATM. Tại phía thu, chức năng tách mào đầu được thực hiện để tách phần mào đầu tế bào ra khỏi tế bào ATM và gửi trường thông tin của tế bào cho lớp AAL. + Điều khiển luồng chung (GFC): chức năng điều khiển luồng chung chỉ có tại giao diện người sử dụng và mạng (UNI) nó phục vụ việc điều khiển luồng tín hiệu từ người sử dụng vào mạng. Chức năng này cho phép khách hàng có thể tham gia vào việc điều khiển lưu lượng tùy thuộc vào các loại chất lượng dòch vụ (QOS) khác nhau theo hướng từ người sử dụng về phía mạng nhưng không tham gia được theo hướng ngược lại. Thông tin GFC không được truyền tải qua tất cả các thành phần mạng. Đối với mạng riêng của người sử dụng, GFC có thể được dùng để phân chia dung lượng giữa các thiết bò đầu cuối và đã được áp dụng trong các mạng LAN sử dụng công nghệ ATM. 2.1.2.2 Lớp vật lý: Đầu vào Đầu ra Cổng VPI VCI N a b Thông tin đònh tuyến Cổng VPI VCI M x y Cổng ra M Cổng vào N VPIa, VCIb VPIx, VCIy Lớp vật lý chia thành hai lớp TC (Transmission Convergence)- phân lơp hội tụ truyền dẫn, PM (Physical Medium)-phân lớp môi trường vật lý. 2.1.2.2.1 Phân lớp PM: Phân lớp PM có chức năng về môi trường truyền tải và dung lượng truyền dẫn bao gồm cả việc truyền tải bit và đồng bộ bit, mã hóa đường truyền và biến đổi điện- quang. Trong lớp PM giao diện truyền dẫn điệm có tốc độ 155,52 Mbit/s sử dụng mã CMI, giao diện truyền dẫn quang có tốc độ từ 155,52Mbit/s đến 622,08Mbit/s. 2.1.2.2.2 Phân lớp TC: TC thực hiện các chức năng liên quan đến việc biến đổi luồng thông tin tế bào ATM sang luồng thông tin các khối số liệu dưới dạng bit để có thể thực hiện phát và thu tín hiệu trong môi trường vật lý, gồm các công việc: thích ứng khung truyền dẫn, đồng bộ tế bào, kiểm tra header, chèn và tách tế bào trống. +Thích ứng với khung truyền dẫn: có hai phương thức để truyền tế bào trên mạng ATM là sử dụng các khung truyền dẫn hiện có và truyền tế bào trực tiếp; các chức năng này chỉ cần thiết khi sử dụng cấu trúc khung. - Truyền tế bào trên các khung truyền dẫn hiện có: tế bào ATM có thể truyền trên bất kỳ hệ thống truyền dẫn nào (SDH và PHD) bằng cách ánh xạ từng byte của tế bào ATM vào vùng Payload của khung truyền dẫn. Thường thì kích thước của khung không phù hợp với kích thước tế bào nên trong phương thức truyền này không thể đồng bộ ở mức tế bào. - Truyền trực tiếp tế bào: phương thứ này dùng một luồng tế bào liên tục không có cấu trúc khung. Các thông tin vận hành bảo dưỡng OAM mức vật lý có thể được truyền đi trên cùng một luồng bằng cách dùng các tế bào có header đặc biệt. Các tế bào [...]... trìng chuyển sanh trạng thái đồng bộ và xem như đã đồng bộ Nếu không tìm được a tế bào liên tục đúng thì quay về trạng thái HUNT và tiến hành tìm lại Sau khi đã tìm được đồng bộ nếu phát hiện liên tiếp b tế bào có HEC sai thì được xem là mất đồng bộ và phải quay về trạng thái HUNT để đồng bộ lại Thông thường a được chọn là 6 và b được chọn là 7 Trên thực tế, với a=6 và giao tiếp ở tố độ 155 Mbit/s hệ... chèn vào luồng tế bào bằng nhiều cách; một cách điển hình là tạo thành khung theo đó cứ 26 tế bào mang thông tin thì đến một tế bào OAM Nếu tốc độ vật lý là 155 Mbit/s, thì tốc độ dữ liệu sẽ là: (155x26)/(26+1)= 147,60 Mbit/s Ngoài ra, tế bào OAM cũng có thể được chèn vào luồng thông tin khi có yêu cầu + Chèn và tách tế bào trống: Khi không có tế bào thông tin hoặc OAM cần truyền, TC sẽ chèn vào các... chế độ sửa lỗi, khi phát hiện 1 lỗi đơn thì lỗi này sẽ được sửa và sau đó chuyển sang chế độ phát hiện lỗi Ở chế độ phát hiện lỗi tất cả các tế bào mà mào đầu bò lỗi sẽ bò hủy bỏ; còn khi kiểm tra mào đầu mà không có lỗi phần thu sẽ tự động chuyển sang chế độ sửa lỗi Chức năng sửa lỗi và phát hiện lỗi có tác dụng tránh được các lỗi bit đơn và làm giảm xác suất gửi các tế bào có lỗi ở mào đầu ... trạng thái HUNT để đồng bộ lại Thông thường a được chọn là 6 và b được chọn là 7 Trên thực tế, với a=6 và giao tiếp ở tố độ 155 Mbit/s hệ thống sẽ ở trạng thái SYNCH trên một năm ngay cả khi BER=10-4 và chất lượng đường truyền ở mức lỗi như trên thì hệ thống cần khoảng 10 tế bào (cỡ 28 s) để đồng bộ lại + Kiểm tra lỗi tiêu đề: chức năng này có nhiệm vụ kiểm tra lỗi cho 4 byte đầu của header dùng mã CRC... các tế bào trống sẽ được tách bỏ Các tế bào trống có phần header là cố đònh (các bit VPI, VCI và PT bằng 0, CLP=1), còn vùng thông tin chứa chuỗi 01101010 liên tục + Đồng bộ tế bào (cell delineation): chức năng này được thực hiện trên trường HEC dùng để phân biệt ranh giới của các tế bào (đồng bộ tế bào) dựa vào quy luật mã hóa của trường CRC Quy trình đồng bộ như sau: Kiểm tra từng bit Tìm kiếm (HUNT) . sử dụng và các thủ tục có liên quan như điều khiển luồng, điều khiển tắc nghẽn và khắc phục lỗi. +Mặt phẳng điều khiển (Control Plane): thực hiện các chức năng điều khiển, thiết lập và quản. dụng vào mạng. Chức năng này cho phép khách hàng có thể tham gia vào việc điều khiển lưu lượng tùy thuộc vào các loại chất lượng dòch vụ (QOS) khác nhau theo hướng từ người sử dụng về phía mạng. ATM và gửi trường thông tin của tế bào cho lớp AAL. + Điều khiển luồng chung (GFC): chức năng điều khiển luồng chung chỉ có tại giao diện người sử dụng và mạng (UNI) nó phục vụ việc điều khiển