các lớp vật lý, atm, aal

Líp: Tin học công nghiệp-KSCLC-K45 Các lớp Vật lý, ATM, AAL. GIỚI THIỆU CHUNG Đến cuối những năm 80, chóng ta được chứng kiến sự bùng nổ trong lĩnh vực điện tử, đặc biệt là trong tin học. Những điều này đã ảnh hưởng mạnh mẽ đến công nghệ viễn thông. Các mạng viễn thông ngày nay đang phát triển nhanh chóng. Phải kế đến đầu tiên là sự ra đời của mạng tổ hợp dịch vụ số băng hẹp (N-ISDN) vào đầu thập kỷ 80 và sự ứng dụng rộng rãi của nó vào cuối những năm 80. Tuy vậy, tính chất đột phá của N-ISDN vẫn chưa đủ khả năng đáp ứng những nhu cầu dịch vụ mới. Các ứng dụng này sẽ được thoả mãn trong nay mai cùng với sự ra đời của mạng tổ hợp dịch vụ số băng rộng (Broadband ISDN hay B-ISDN). B-ISDN có khả năng truyền các thông tin liên quan đến nhiều ứng dụng khác nhau nh truyền hình số, truyền hình độ phân giải cao, điện thoại truyền hình, các dịch vụ truyền số liệu khác Để thiết lập cơ sở cho các mạng băng rộng, hiệp hội viễn thông quốc tế ITU-T đã đưa ra các chuẩn truyền dẫn băng rộng đầu tiên dựa trên khái niệm mạng phân cấp số đồng bộ SDH (Synchronous Digital Hierarchy). SDH là kiểu truyền dẫn rất mềm dẻo, nó có thể ứng dụng cho cả mạng thông tin hiện tại. 1 Líp: Tin học công nghiệp-KSCLC-K45 Vào năm 1988 mới chỉ có rất Ýt các khuyến nghị liên quan tới B- ISDN. Tuy vậy, ITU-T đã quyết định lấy kiểu truyền không đồng bộ ATM (Asynchronous Transfer Mode) sẽ là phương pháp truyền cho mạng B-ISDN trong tương lai. PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG ATM CHƯƠNG I: CÁC MỤC TIÊU CỦA ATM. Chế độ truyền dẫn dị bộ (ATM) là công nghệ ghép kênh và chuyển mạch theo các tế bào được thiết kế cho mục đích chung, đây là một chế độ truyền áp dụng cho nhiều loại dịch vụ. ATM có thể xử lý cả lưu lượng kết nối theo kiểu nối thông một cách trực tiếp hay thông qua các lớp thích ứng. Nối thông ảo ATM có thể làm việc ở tốc độ bit không đổi (CBR) hay ở tốc độ bit thay đổi (VBR). Mỗi tế bào ATM được gửi vào mạng chứa thông tin địa chỉ cho phép thiết lập kết nối ảo từ nơi phát đến nơi nhận. Sau đó, các tế bào được truyền lần lượt ở các kết nối ảo này. ATM đảm bảo cả nối thông vĩnh viễn hay nối thông chuyển mạch ảo (PVC và SVC). ATM là dị bộ vì các tế bào không được phát định kỳ như ở các khe thời gian dành cho số liệu trong chế độ truyền đồng bộ (STM). ATM tạo điều kiện tốt nhất cho việc tiêu chuẩn hoá cấu trúc mạng khi định nghĩa các phương pháp ghép kênh và chuyển mạch với SONET/STM làm nền tảng cho việc truyền dẫn ở tốc độ rất cao. ATM cung cấp nhiều chế 2 Líp: Tin học công nghiệp-KSCLC-K45 độ chất lượng dịch vụ (QoS) để đáp ứng các yêu cầu khác nhau về độ trễ và khả năng tổn thất. Như vậy, ý tưởng của ATM là toàn bộ mạng có thể được xây dựng bằng cách sử dụng ATM và các lớp ứng dụng của nó, để cung cấp các dịch vụ như: - Tiếng nói. - Số liệu gói. - Video. - Hình ảnh. - Bằng cách sử dụng các kết nối chuyển mạch ảo (VAC) ATM cung cấp các dịch vụ theo yêu cầu độ rộng băng (bandwidth on demand) và cả thâm nhập kiểu LAN đến độ rộng băng có sẵn. I.1. Tế bào ATM và truyền dẫn. Đơn vị cơ bản của ATM là tế bào (cell). Phần này sẽ trình bày cơ sở của tế bào ATM. I.1.1. Tế bào ATM. Các tiêu chuẩn ATM định nghĩa một tế bào có độ dài cố định gồm 53 byte trong đó 5 byte tiêu đề và 48 byte tải trọng, xem hình I.1. Các bit bên trong tế bào được truyền trên đường truyền dẫn theo thứ tự từ trái qua phải. Các tế bào được sắp xếp trên đường truyền dẫn vật lý PDH/SDH: DS1, DS3 hay SONET của Bắc Mỹ, E1, E3 và E4 hay STM của ETSI. 3 Lớp: Tin hc cụng nghip-KSCLC-K45 Ton b thụng tin c ghộp kờnh v chuyn mch trong mng ATM cỏc t bo cú di c nh ny. Tiờu ca t bo xỏc nh ni nhn, kiu t bo v mc u tiờn. Nhn dng ng dn o (VPI) v nhn dng kờnh o (VCI) xỏc nh ni nhn. Trng iu khin lu lng chung 4 Tiêu đề Tải trọng GPC VPI VCI PT CLP HEC H P H P H P H P H P Đờng truyền dẫn ảo GFC: Điều khiển lu lợng chung VPI: Nhận dạng đờng dẫn VCI: Nhận dạng kênh ảo CLP: u tiên tổn thất tế bào HEC: Kiểm tra lỗi tiêu đề PT: Dạng tải trọng Hình I.1: Khuôn dạng và truyền dẫn tế bào ATM Líp: Tin học công nghiệp-KSCLC-K45 (GFC) cho phép máy ghép kênh điều khiển tốc độ của thiết bị đầu cuối ATM. Kiểu tải trọng (PT) chỉ thị tế bào chứa số liệu của người sử dụng, số liệu báo hiệu hay thông tin bảo dưỡng. Trong các khoảng thời gian tắc nghẽn, các tế bào có mức ưu tiên thấp hơn bị loại bỏ trước các tế bào có mức ưu tiên cao hơn. Do tiêu đề quan trọng hơn nên kiểm tra lỗi tiêu đề (HEC) thực hiện kiểm tra và sửa lỗi của phần này. Trường tải trọng được truyền qua mạng nguyên vẹn không được kiểm tra và sửa lỗi. ATM dựa trên các giao thức lớp cao hơn để kiểm tra và sửa lỗi cho phần này. Kích thước cố định của các tế bào cho phép đơn giản việc thực hiện chuyển mạch và ghép kênh ATM ở tốc độ cao. Khi sử dụng ATM, các gói dài không gây trễ các gói nhỏ vì chúng được cắt mảnh thành các gói nhỏ. Nhờ vậy, ATM có thể truyền tải lưu lượng tốc độ bit cố định (CBR) cho tiếng và video cùng với các lưu lượng thay đổi (VBR) mặc dù lưu lượng này có các gói rất dài trong cùng một mạng. I.1.2. Ví dụ chia đoạn tế bào. Các chuyển mạch ATM nhận số liệu của người sử dụng, tiếng thoại, video và cắt mảnh chúng thành các tế bào có độ dài cố định rồi ghép chúng thành một luồng chung rồi truyền chúng trên một môi trường truyền dẫn vật lý. Một ví dụ của truyền thông đa phương tiện là một người muốn gửi bản thảo cuốn truyện mình cho toà soạn. Đồng thời, anh ta cũng muốn thể hiện niềm sung sướng của mình vì nhận được nhuận bút của cuốn sách. 5 H P H P H P H P H P M¹ng ATM Luång ATM vµo thiÕt bÞ cña m¹ng ATM TiÕng Sè liÖu Video H×nh I.2: VÝ dô th«ng tin ®a ph%¬ng tiÖn sö dông ATM Card giao tiÕp ATM Líp: Tin học công nghiệp-KSCLC-K45 Hình I.2 mô tả ví dụ thực tế nói trên khi người này đang ngồi trước máy tính, máy tính của anh ta có một card giao tiếp ATM, mét card âm thanh và một video camera. Máy tính được nối đến một tổng đài ATM nội hạt, tổng đài này lại được nối đến một mạng WAN công cộng ATM và Toà soạn cũng nối đến mạng này. Người này đặt một cuộc gọi đa phương tiện đến Toà soạn, bắt đầu phát số liệu về bản thảo và bắt đầu nói chuyện với Toà soạn, ở đầu kia Toà soạn có thể nhìn thấy mặt của những người khác nhờ được cung cấp lưu lượng văn bản, tiếng và video trong thời gian thực. Toà soạn vừa nhìn văn bản vừa nói chuyện đối thoại vơi tác giả. Ta hãy xét chi tiết hơn ví dụ này ở từng thời điểm. 6 H P H P H P H P H P §êng dÉn ¶o H P H P H P H P H P Kªnh ¶o VCI=1 (v¨n b¶n) H P H P H P H P H P Kªnh ¶o VCI=3 (video) V¨n b¶n TiÕng Video §iÓm A §iÓm B H×nh I.3: Kªnh ¶o cho c¸c øng dông kh¸c nhau Líp: Tin học công nghiệp-KSCLC-K45 Xét ví dụ trên chi tiết hơn, một đường dẫn ảo được thiết lập giữa A và B. Trên đường dẫn này 3 mạch ảo được Ên định cho số liệu văn bản, tiếng và video. Hình I.3 cho thấy phương thức kết hợp 3 kiểu lưu lượng nói trên trên cùng một đường dẫn ảo với các mạch ảo: VCI=1 Ên định cho số liệu văn bản, VCI=2 Ên định cho tiếng, VCI=3 Ên định cho video. I.2. Nguyên lý hoạt động. Phần này trình bày 2 ví dụ về cách phân đoạn lưu lượng của người sử dụng thành các tế bào, chuyển mạch qua mạng và xử lý ở phần người sử dụng phía thu. I.2.1. Thí dụ ATM đơn giản. 7 Lớp: Tin hc cụng nghip-KSCLC-K45 Ta xem xột li vớ d xột phn trờn. Mỏy tớnh cú mt card giao tip ATM phõn on lung s liu thnh cỏc on 48 byte. Bc tip theo h thng ỏnh a ch cho cỏc t bo bng VPI, VCI v in vo cỏc trng cũn li ca tiờu c 5 byte. Kt qu nhn c cỏc t bo 53 byte t cỏc ngun: ting, video, s liu vn bn. Vỡ cỏc t bo ny c to ra t cỏc ngun c lp nờn cú th xy ra sự tranh chp cỏc khe thi gian cho t bo card giao tip vi mỏy tớnh. trỏnh iu ny, 3 kiu thụng tin trờn c ấn nh cỏc ni thụng kờnh o: VCI=1 cho s liu vn bn, VCI=2 cho ting núi, VCI=3 cho video v VPI=0 chung cho c 3. õy l mt vớ d rt n gin trong thc t thng cú rt nhiu giỏ tr VCI trờn mt VPI. I.2.2. Thớ d chuyn mch ATM. 8 Nguồn thông tin Đóng gói Đóng gói Lập chuỗi Lập chuỗi Phiên dịch Phiên dịch Rút gọn Rút gọn Mux DMux DMux Mux Chuyển mạch ATM A A A D D D D E E E E E E E E E B B C C C C D F C F F F 2 2 2 2 3 1 1 F 3 DS3/E DS3/E Nhận thông tin Bảng phiên dịch đầu đề đờng truyền x x x x y z k k l l m g n n n I 1 I 2 I n O 1 O 2 O n Số liệu Đầu đề Các đầu đề vào Các đầu đề ra Hình I.4: Ví dụ chế độ truyền dị bộ ATM Líp: Tin học công nghiệp-KSCLC-K45 Thí dô minh hoạ một chuyển mạch ATM được cho ở hình I.4. Nguồn video được đưa vào chức năng đóng gói, được gán VPI/VCI tịa địa chỉ D. Luồng bit liên tục được chia thành các tế bào có độ dài cố định bao gồm tiêu đề và tải trọng (phần tô đậm). Tốc độ của luồng video lớn hơn tốc độ của luồng bit liên tục DS3 có các địa chỉ logic nơi nhận A và máy tính tốc độ 9 Líp: Tin học công nghiệp-KSCLC-K45 cao đóng gói trực tiếp với địa chỉ là B. Các nguồn nói trên được ghép kênh theo thời gian trên các đường truyền dẫn E3 hay SDH. Chức năng đầu tiên của chuyển mạch ATM là phiên dịch địa chỉ logic thành các đại chỉ vật lý tương ứng với các cửa ra của chuyển mạch và địa chỉ ra logic. VPI/VCI. Tiêu đề chuyển mạch bổ xung này được gắn vào đầu của mỗi tế bào giống nh đã được trình bày ở phần trước. Trên hình I.1.5a có 3 kết nối điểm. E3 có địa chỉ A, địa chỉ này được phiên dịch vào C cho cổng ra vật lý 1. Nguồn video có địa chỉ D được dịch vào địa chỉ E được dành cho cổng 2. Nguồn máy tính có địa chỉ B được dịch vào F dành cho cổng 3. Chuyển mạch ATM sử dụng trường địa chỉ nơi nhận vật lý để chuyển các tế bào ATM đến các cửa vật lý tương ứng và đường truyền dẫn liên kết với nó. Các đấu nối tốc độ bit không đổi (CBR) (chẳng hạn video và E3) sau đó bị loại bỏ các địa chỉ logic và đưa đến nơi nhận thông tin qua chức năng lập chuỗi. Các thiết bị nh trạm công tác có thể nhận tế bào ATM trực tiếp. Ở Hình I.1.5b các đầu đề x, y, z, tương ứng với các đường vào I1, , In được bảng phiên dịch dịch thành các đầu đề n, i, k, tương ứng với các đường ra O1, On. I.3. Chọn kích thước tải trọng. Khi nghiên cứu về kích thước tế bào tiêu chuẩn ATM, ở hội nghị ATM forum người ta tranh luận về 32 byte và 64 byte tải trọng. Kích thước 48 byte là dung hoà giữa 2 quan điểm trên. Việc chọn tiêu đề 5 byte cũng là sự lựa chọn, cân nhắc giữa 3 byte và 8 byte. I.4. Nguyên lý kết nối mạng ATM. 10 [...]... 22 Lớp: Tin hc cụng nghip-KSCLC-K45 Các thí dụ lớp cao Xu thế phần mềm Các thí dụ lớp AAL Các thí dụ lớp ATM Các thí dụ lớp vật lý Xu thế phần mềm Hình II.3: Xu thế chuyển từ phần cứng sang phần mềm Bõy giờ, xem xột cỏc lp ca mụ hỡnh giao thc B-ISDN/ATM , trc ht l lp vt lý II.2 Lp vt lý Lp vt lý bo m vic truyn dn cỏc t bo ATM trờn mụi trng vt lý v kt ni 2 thit b ATM Lp vt lý c chia thnh 2 lớp con: lớp. .. vụ đặc thù cỏc lp cao hn Cỏc PDU cú th cú chiu di thay i hoc chiu di c Phần chung CS AAL Phân đoạn và ráp lại nh khỏc vi chiu di t bo ATM Mức kênh ảo SAR Mức đường dẫn ảo Các lớp OSI ATM Đoạn số Đoạn tái sinh Liên kết dữ liệu Vật lý Mc đường truyền dẫn Vật lý 21 Hình II 2: Các lớp OSI, các lớp con và các lớp B-ISDN Lớp: Tin hc cụng nghip-KSCLC-K45 Ta xột mt vớ d cho cỏc giao thc hay cỏc giao tip ó c... cuối 17 VPI=01 VCI=06 Lớp: Tin hc cụng nghip-KSCLC-K45 CHNG II: CC LP VT Lí, ATM, AAL Trong chng ny, ta s xem xột vic thnh lp ton b ngn xp giao thc ISDN bng rng (B-ISDN) trờn c s ATM Ba giao thc thp nht c gii thiu, trc ht nh ngha chc nng do chỳng thc hin, sau ú l cỏch giao tip Mặt phẳng quản lý MP điều khiển Các lớp cao MP người sử dụng Các lớp cao Các lớp thích ứng ATM Lớp ATM Lớp vật lý Hình II.1: Mô... 30 Lớp: Tin hc cụng nghip-KSCLC-K45 Ta xột c th hn cỏc chc nng im ni v im u cui Hỡnh II.6 cho thy mt h thng u cui v h thng trung gian tham kho theo mụ hỡnh nh ngha bi ANSI T1.627 Hệ thống đầu cuối ES2 Hệ thống đầu cuối ES1 ATM SAR Lớp ATM ATM SAR Lớp ATM Hệ thống trung gian Bộ phận ATM Bộ phận ATM PHYSAP PHYSAP Lớp vật lý Lớp vật lý Điểm cuối VP hay VC Điểm nối VP hay VC Bộ phận ATM PHYSAP Lớp vật. .. trc II.5 Lp thớch ng ATM (AAL) - mụ hỡnh giao thc II.5.1 nh ngha cu trỳc giao thc AAL Mụ hỡnh giao thc B-ISDN thớch ng cỏc dch v c cung cp bi lp ATM với cỏc dch v ũi hi bi cỏc lp cao hn qua lp thớch ng ATM AAL Hỡnh II.9 mụ t cu trỳc v cỏc giao tip logic ca AAL Cỏc dch v Điểm thâm nhập dịch vụ AAL( AAL-SAP) do mt im thõm nhp (SAP) ATM AAL cung cp cho cỏc lp cao hn Các nguyên gốc AAL- PDU c ch ra phn trờn... gian TDM (PDH hay SDH) ri chuyn hoc ly chỳng n/ t lp ATM Lớp ATM thc hin ghộp, chuyn mch v hot ng iu khin trờn c s thụng tin phn u t bo ATM v chuyn ti hoc nhn cỏc t bo t lp thớch ng ATM AAL cú 2 lớp con: phõn on v lp rỏp li (SAR) v lp con hi t (CS) CS li c chia tip thnh: phn chung (CP) v dch v Các lớp con B-ISDN c thự (SS) AAL chuyn hoc nhn Các lớp B-ISDN liu giao thc (PDU) ti/t cỏc khi s Dịch vụ đặc... truyền VC Lớp ATM Kết nối đường dẫn ảo Đ truyền VC Đ truyền VP Kết nối đường dẫn ảo Đ truyền VP Đường dẫn truyền dẫn Lớp vật lý Đoạn số Đoạn tái sinh 28 Hình II 5: Lớp vật lý, các đường dẫn ảo và kênh ảo Lớp: Tin hc cụng nghip-KSCLC-K45 Lp vt lý bao gm 3 mc: on tỏi sinh, on s v ng truyn dn lớp ATM ta ch quan tõm n ng truyn dn vỡ õy ch yu l ti trng TDM ni cỏc thit b ATM Núi chung mt thit b ATM cú th l... tham khảo giao thức B-ISDN ATM 18 Quản lý mặt phẳng Quản lý lớp Lớp: Tin hc cụng nghip-KSCLC-K45 Cỏc lp chớnh ca mụ hỡnh tham kho giao thc ISDN l: lp Vt lý, lớp ATM ni thc hin cu trỳc t bo v lp thớch ng ATM h tr cỏc dch v cao hn nh: mụ phng mch, chuyn tip khung, SMDS Lp vt lý tng ng vi lp 1 ca mụ hỡnh tham kho 7 lớp OSI, lớp ATM v mt phn ca lp AAL tng ng vi lp 2 ca OSI v cỏc lp cao hn tng ng vi lp 3... hỡnh v, cỏc nguyờn gc i vi cỏc s liu giao thc AAL c a qua Dịch vụ đặc thù Lớp con hội tụ(SSCS) phn ny.thể là không AAL c có chia ra thnh lp con hi t (CS) v lp con phõn on v lp rỏp li (SAR) Tip theo lớp con CS li CS c chia nh thnh cỏc phn t: Dch v c thự (SS) v phn chung (CP) Dịch vụ đặc Lớp con AAL cú th bng khụng, ngha thù khụng cn thc hin nú CPCS SSCS l Lớp con hội tụ(SSCS) có thể là không phi luụn... kờnh t bo Lớp con hi Kh ghộp tc bit Vt lý t QUN truyn Phỏc ho t bo dn (TC) Thớch ng truyn dn To/khụi phc truyn dn Mụi trng ng bộ bit vt lý (PM) Mụi trng vt lý Lí 20 Lớp: Tin hc cụng nghip-KSCLC-K45 Bt u t di bng lờn, lp vt lý cú 2 lớp con: Lớp con hi t truyn dn (TC) v lp con mụi trng truyn dn (PM): - Lớp con PM giao tip vi mụi trng vt lý trc tip v chuyn lung bit ó c khụi phc n lp con TC - Lớp con TC . Các lớp thích ứng ATM Lớp ATM Lớp vật lý Quản lý lớp Quản lý mặt phẳng Các lớp cao Các lớp cao Hình II.1: Mô hình tham khảo giao thức B-ISDN ATM Líp: Tin học công nghiệp-KSCLC-K45 Các. tiếp khung, SMDS. Lớp vật lý tương ứng với lớp 1 của mô hình tham khảo 7 líp OSI, líp ATM và một phần của lớp AAL tương ứng với lớp 2 của OSI và các lớp cao hơn tương ứng với lớp 3 và cao hơn. thiết cac tế bào là các phần tử chạy qua các điểm A,B và C. - Các đường truyền dẫn là các đường truyền vật lý giữa các điểm A, B, và C. - Các đường dẫn ảo là các tuyến đi từ nút chuyển mạch đầu