Tìm hiểu CHUYỂN MẠCH IP kèm file thuyết trình

1 Chuyển mạch Theo ITU-T định nghĩa: chuyển mạch là sự thiết lập của một kết nối cụ thể từ một lối vào đến một lối ra mong muốn trong một tập hợp các lối vào và ra cho đến khi nào được y

LỜI MỞ ĐẦU

Trước sự phát triển của các giao thức Internet khởi đầu từ những năm của thập niên 70

và tiếp tuc phát triển vào những năm sau đó Ngày nay, mạng IP đã thực sự bùng nổ cả về khối lượng lưu lượng cũng như các yêu cầu về chất lượng dịch vụ như: tốc độ truyền dẫn, băng thông, truyền dẫn đa phương tiện,… Nhưng mạng IP hiện nay vẫn chưa thực sự đáp ứng được các yêu cầu về truyền dẫn lưu lượng, do đó, cần phải có một giải pháp công nghệ mới đưa vào để khắc phục những nhược điểm của mạng đang tồn tại

Công nghệ chuyển mạch IP ra đời và được xem là một giải pháp tốt để giải quyết những yêu cầu trên Chuyển mạch IP là sự kết hợp hài hòa của các giao thức điều khiển mềm dẻo với phần cứng chuyển mạch ATM Chuyển mạch IP đã khắc phục được nhược điểm về tốc độ xử lý chậm của các bộ định tuyến và tính phức tạp của các giao thức báo hiệu trong chuyển mạch ATM Chuyển mạch IP đang là điểm tập trung nghiên cứu của các hãng viễn thông nổi tiếng trên thế giới như: Ipsilon, Toshiba, IBM, Cisco,

Với mục đích gắn quá trình học tập và nghiên cứu để tìm hiểu một công nghệ mới tiên tiến trên cơ sở những kiến thức đã học và nghiên cứu những tài liệu mới

Bài tập lớn: “Tìm hiểu CHUYỂN MẠCH IP ” được chia làm 4 chương gồm:

Chương 1: Tổng quan về chuyển mạch

Chương 2: Chuyển mạch gói

Chương 3: Sơ lược về công nghệ IP/ATM

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC HÌNH ẢNH iii

iv

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT iv

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN MẠCH 1

1.1 Khái niệm chuyển mạch 1

1.1.1 Định nghĩa 1

1.1.2 Mục đích chuyển mạch 2

1.2 Phân loại 2

1.2.1 Chuyển mạch kênh 2

1.2.2 Chuyển mạch bản tin 3

1.2.3 Chuyển mạch gói 4

1.2.4 Chuyển mạch tế bào 5

CHƯƠNG 2: CHUYỂN MẠCH GÓI 7

2.1 Mô hình tổng thể chuyển mạch gói 7

2.2 Tổ chức phân lớp mạng của chuyển mạch gói 7

2.2.1 Lớp vật lý 7

2.2.2 Lớp liên kết dữ liệu 8

2.2.3 Lớp mạng 8

2.3 Phương thức định tuyến trong chuyển mạch gói 8

10

CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ CÔNG NGHỆ IP/ATM 10

3.1 Giới thiệu chung về ATM và IP 10

3.1.1 IP – Internet Protocol 10

3.1.3 IP over ATM 11

3.2 Mô hình tham chiếu ATM với OSI 11

3.2.1 Các mặt phẳng của mô hình tham chiếu B-ISDN 12

3.2.2 Các lớp của mô hình tham chiếu ATM với OSI 12

3.3 Nguyên lý hoạt động của chuyển mạch ATM 13

3.3.1 PVC: kênh ảo cố định 13

3.3.2 SVC: kênh ảo chuyển mạch 14

3.4.2 Đánh địa chỉ IP 15

3.4.3 Định tuyến IP 17

3.4.4 Các giao thức định tuyến trong IP 18

CHƯƠNG 4: CHUYỂN MẠCH IP VÀ ỨNG DỤNG 20

4.1.1 Chuyển mạch IP 20

4.1.2 Đầu vào và đầu ra của chuyển mạch IP 21

4.1.3 Đường tắt 23

4.2 Các mô hình địa chỉ của chuyển mạch IP 24

4.2.1 Địa chỉ riêng 24

4.2.2 Ánh xạ địa chỉ IP sang VC 24

4.3 Các mô hình chuyển mạch IP 25

4.3.1 Mô hình xếp chồng 25

4.3.2 Mô hình đồng cấp 26

4.4 Các kiểu chuyển mạc IP 27

4.4.1 Giải pháp chuyển mạch theo luồng 27

4.4.2 Giải pháp chuyển mạch theo cấu hình 28

4.4.3 Một số giải pháp chuyển mạch IP 30

4.5 Ứng dụng của chuyển mạch IP 31

4.5.1 Chuyển mạch IP hỗ trợ lưu lượng đa hướng 31

4.5.2 Mạng chuyển mạch IP 33

KẾT LUẬN 36

TÀI LIỆU THAM KHẢO 37

DANH MỤC HÌNH ẢNH

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

ATM Asynchnorous Tranfer Mode Truyền dẫn không đồng bộ

BGP Border Gateway Protocol Giao thức cổng biên

FEC Forwarding Equivalency Class Chuyển tiếp tương đương

LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân phối nhãn

LIB Label Information Base Bảng cơ sở dữ liệu nhãn

LSR Label Switch Router Bộ định tuyến chuyển mạch nhãnMAC Media Access Control Điều khiển truy nhập môi trườngMPLS Multiprotool Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thứcMP-BGP MPLS–border gateway Protocol Đa giao thức cổng biên

PPP Point-to-Point Protocol Giao thức điểm - điểm

PVC Permanent Virtual Circuit Mạch ảo cố định

RFC Request for comment Các tài liệu chuẩn do IETF đưa raRSVP Resource Reservation Protocol Giao thức dành sẵn tài nguyênLDP Label Distribution Protocol Giao thức phân phối nhãn

LIB Label Information Base Bảng cơ sở dữ liệu nhãn

LSR Label Switch Router Bộ định tuyến chuyển mạch nhãnMAC Media Access Control Điều khiển truy nhập môi trườngMPLS Multiprotool Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thứcMP-BGP MPLS–border gateway Protocol Đa giao thức cổng biên

PPP Point-to-Point Protocol Giao thức điểm - điểm

PVC Permanent Virtual Circuit Mạch ảo cố định

RFC Request for comment Các tài liệu chuẩn do IETF đưa raRSVP Resource Reservation Protocol Giao thức dành sẵn tài nguyên

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN MẠCH.

1.1 Khái niệm chuyển mạch

1.1.1 Định nghĩa

Chuyển mạch là một quá trình thực hiện đấu nối và chuyển thông tin cho người

sử dụng thông qua hạ tầng mạng viễn thông Vậy chuyển mạch trong viễn thông bao gồm chức năng định tuyến cho thông tin và chức năng chuyển tiếp thông tin

Hình 1 1 Chuyển mạch

Theo ITU-T định nghĩa: chuyển mạch là sự thiết lập của một kết nối cụ thể từ một lối vào đến một lối ra mong muốn trong một tập hợp các lối vào và ra cho đến khi nào được yêu cầu truyền tải thông tin

Chuyển mạch là một trong ba thành phần cơ bản của mạng viễn thông ( bao gồm: các thiết bị đầu cuối, các hệ thống truyền dẫn và các hệ thống chuyển mạch)

Hình 1 2 Các thành phần mạng viễn thông

1.1.2 Mục đích chuyển mạch

Thiết lập đường truyền dẫn từ nguồn đến đích theo một cấu trúc cố định hoặc biến động thông qua các mạng và các trung tâm

1.2 Phân loại

Có hai cách phân loại chuyển mạch:

• Dựa vào hệ thống chuyển mạch cấu thành mạng chuyển mạch được chia thành hai mạng chuyển mạch cơ bản; đó là mạng chuyển mạch kênh và mạng chuyển mạch gói

• Dựa vào góc độ truyền và xử lý thông tin lại được phân thành bốn kiểu; đó

là chuyển mạch kênh, chuyển mạch bản tin, chuyển mạch gói và chuyển mạch tế bào

1.2.1 Chuyển mạch kênh

1.2.1.1 Khái niệm

Là loại chuyển mạch dựa trên nguyên tắc thiết lập kênh nối dành riêng cho cuộc nối để phục vụ cho quá trình truyền tin qua mạng Nó phân phối kênh nối thành các kênh không gian hoặc kênh thời gian hoặc kết hợp lẫn kênh không gian và kênh thời gian

Chuyển mạch kênh đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống mạng viễn thông

kể từ mạng điện thoại công cộng truyền thống PSTN đến các mạng quang hiện đại

Hình 1 3 Chuyển mạch kênh.

1.2.1.2 Nguyên lý hoạt động

Quá trình chuyển mạch được chia thành ba giai đoạn:

• Thiết lập đường dẫn dựa vào nhu cầu trao đổi thông tin

• Duy trì kênh dẫn trong suốt thời gian trao đổi thông tin

• Giải phóng kênh dẫn khi đối tượng sử dụng hết nhu cầu trao đổi

1.2.1.3 Đặc điểm

• Các cuộc gọi đồng thời được phục vụ trên các kênh độc lập nhau

• Đối tượng sử dụng làm chủ kênh dẫn trong suốt quá trình trao đổi thông tin (kênh bị chiếm liên tục từ khi bắt đầu đến khi kết thúc cuộc gọi) => hiệu suất sử dụng kênh thấp

• Thông tin được truyền đi trong suốt (kênh hoàn toàn dành cho thông tin đối tượng sử dụng, không kiểm soát và sửa lỗi, truyền tức thời, không trễ)

• Nội dung thông tin trao đổi không mang thông tin địa chỉ

1.2.1.4 Ứng dụng

• Phù hợp với dịch vụ thoại (khi lưu lượng trong mạng tăng lên đến một mức nào đó thì một số cuộc gọi có thể bị khóa, mạng từ chối mọi yêu cầu kết nối cho đến khi tải trong mạng cho phép)

• Phù hợp với các dịch vụ thời gian thực,tốc độ bit cố định

• Không thích hợp với các lưu lượng dạng bus

Khác với chuyển mạch kênh, nguyên lý hoạt động của chuyển mạch gói như sau:

• Thông tin cần truyền được gắn thêm một tiêu đề header (chứa địa chỉ để định tuyến bản tin qua mạng) và gửi đến các trung tâm chuyển mạch (Node chuyển mạch)

• Bản tin được định tuyến qua mạng theo từng chặng dựa trên phương pháp Store and forward (phương pháp tích lũy trung gian – lưu trữ và chuyển tiếp).Nghĩa là, tại từng trung tâm chuyển mạch, bản tin sẽ được thu nhận, tạm lưu vào bộ nhớ, xử lý (chọn đường) rồi sắp hàng chờ truyền đi

1.2.2.3 Đặc điểm

Vì hoạt động dựa theo phương pháp trên, chuyển mạch bản tin có các đặc điểm :

• Không tồn tại sự thiết lập và cung cấp kênh dẫn trực tiếp giữa 2 đầu cuối thông tin nên thời gian trễ lớn (Td = tnhận+txử lý+tsắp hàng) =>không có mối liên hệ theo thời gian thực giữa các đối tượng sử dụng

• Kênh dẫn không dành riêng cho các đối tượng sử dụng (mà dùng chung 1 đường truyền) =>hiệu suất sử dụng kênh cao

• Nội dung thông tin trao đổi mang thông tin địa chỉ

1.2.2.4 Ứng dụng

Khác với chuyển mạch kênh,chuyển mạch bản tin được áp dụng cho truyền số liệu, chữ viết và hình ảnh Khi lưu lượng mạng đang cao thì vẫn chấp nhận cuộc gọi mới, nhưng thời gian truyền dẫn có thể dài và độ trễ lớn hơn Một hệ thống chuyển mạch bản tin có thể gởi một thông tin đến nhiều đích khác nhau, mà điều này chuyển mạch kênh không thể làm được

1.2.3 Chuyển mạch gói

1.2.3.1 Khái niệm

Là loại chuyển mạch dựa trên nguyên tắc phân chia các lưu lượng dữ liệu thành các gói tin với chiều dài xác định và truyền đi trên mạng chia sẻ, mỗi gói tin là một thực thể độc lập chứa các thông tin cần thiết cho quá trình xử lý trên mạng

và được sắp xếp lại để đưa đến thiết bị nhận số liệu

Để chống lỗi, chuyển mạch gói sử dụng phương thức tự động hỏi lại, nên các gói truyền từ trung tâm này đến trung tâm khác thật sự không có lỗi.Quá trình này đòi hỏi các trung tâm khi nhận được các gói thì xử lý các tín hiệu kiểm tra lỗi chứa trong mỗi gói để xác định xem gói đó có lỗi hay không, nếu có lỗi thì nó sẽ yêu cầu phát lại cho trung tâm phát.

1.2.3.3 Đặc điểm

• Đặc điểm chính là phương pháp sử dụng kết hợp tuyến truyền dẫn theo yêu cầu Mỗi gói được truyền đi ngay sau khi đường thông tin tương ứng rỗi =>do đó các đường truyền dẫn có thể phối hợp sử dụng các nguồn ít hoạt động

• Trao đổi thông tin không theo thời gian thực nhưng nhanh hơn chuyển mạch bản tin

• Đối tượng sử dụng cũng không làm chủ kênh dẫn như chuyển mạch bản tin nên

do đó nó cũng tạo hiệu suất sử dụng kênh cao

• Tuy việc kiểm tra lỗi từng chặng là đảm bảo gói truyền đi không lỗi, nhưng điều

đó lại làm giảm tốc độ truyền gói qua mạng

• Không đảm bảo cho việc lưu trữ thông tin ngoại trừ các trường hợp ngẫu nhiên xuất hiện việc nhận lại các gói từ trung tâm này sang trung tâm khác

Vì chuyển mạch gói lợi dụng ưu điểm của chuyển mạch kênh và chuyển mạch bản tin, đồng thời cũng khắc phục nhược điểm của hai loại chuyển mạch này Và những ưu điểm mà chuyển mạch gói có được đó là:

• Độ tin cậy cao

1.2.4.2 Đặc điểm

• Xử lý nhanh

• Chuyển tiếp nhanh

• Tốc độ đạt đền 600Mbps

• Khả năng phục vụ các dịch vụ tốc độ bit thay đổi và cố định

Ngoài ra,chuyển mạch cũng còn quan tâm đến nhiều vấn đề như: kỹ thuật lưu lượng (TE), báo hiệu,…

Kỹ thuật lưu lượng TE (Traffic Engineering) được coi là một trong những vấn đề quan trọng nhất trong khung làm việc của hạ tầng mạng viễn thông.Mục đích là nhằm

để cải thiện hiệu năng và độ tin cậy của các hoạt động của mạng và lưu lượng mạng cũng như của người sử dụng.Do đó, mục tiêu cơ bản chính là hướng tới cân bằng và tối ưu các điều khiển của tải và tài nguyên mạng thông qua các thuật toán và giải pháp

kỹ thuật

Báo hiệu là một phần của cơ chế điều khiển mạng sử dụng các tín hiệu để điều khiển luồng thông tin Trong mạng viễn thông,báo hiệu là sự trao đổi thông tin giữa các phần tử trong mạng liên quan tới các vấn đề như: điều khiển, thiết lập kết nối và thực hiện quản lý mạng

CHƯƠNG 2: CHUYỂN MẠCH GÓI2.1 Mô hình tổng thể chuyển mạch gói

Như đã giới thiệu ở chương 1, quá trình chuyển thông tin qua mạng chuyển mạch gói có thể không cần xác lập đường dành riêng và các mạng chuyển mạch gói được coi

là mạng chia sẻ tài nguyên Các gói tin sẽ được chuyển giao từ nút mạng này tới nút mạng khác trong mạng chuyển mạch gói theo phương pháp tích lũy trung gian – lưu trữ và chuyển tiếp Do đó, mạng chuyển mạch gói còn được gọi là mạng chuyển giao trong khi mạng chuyển mạch kênh được coi là mạng trong suốt đối với dữ liệu người

sử dụng

Hình 2 1 Mô hình tổng thể.

2.2 Tổ chức phân lớp mạng của chuyển mạch gói

Sử dụng mô hình lớp OSI để mô tả khái niệm được sử dụng ở chuyển mạch gói và chủ yếu dựa trên ba lớp bậc thấp

• Phương thức quay lùi: bên phát phát liên tục từng khung, nếu nhận được ACK thì tiếp tục phát, còn nếu là NAK thì nó sẽ xác định thứ tự khung lỗi đó và phát lại liên tục khung này.

• Phương thức lặp lại có chọn lọc: phát liên tục các khung, nếu lỗi thì phát lại khung bị lỗi và tiếp tục công việc dang dở

2.2.3 Lớp mạng

Là lớp làm công việc sửa lỗi, điều khiển luồng theo tuyến giữa hai thiết bị đấu nối với nhau Lớp mạng tạo điều kiện cho thông tin giữa các thiết bị mà chúng không được đấu nối trực tiếp với nhau (nghĩa là qua mạng)

Để thiết lập kết nối lớp mạng giữa hai thiết bị,thì chúng cần có khả năng thích ứng với nhau Mỗi thiết bị đấu nối vào mạng có địa chỉ riêng, mỗi thiết bị có thể dựa vào địa chỉ của thiết bị khác mà yêu cầu thiết lập thông tin giữa chúng

Có 2 cách để xây dựng lớp mạng:

• Mỗi thiết bị có một địa chỉ riêng

Dùng tuyến nối giữa 2 thiết bị xây dựng một địa chỉ

2.3 Phương thức định tuyến trong chuyển mạch gói

Để chuyển các gói tin từ mạng này đến mạng khác một cách nhanh chóng và chính xác thì các gói tin cần phải được định tuyến,những thiết bị để định tuyến các gói tin ban đầu được gọi là Gateway (như là một cổng giao tiếp từ mạng này tới mạng khác) và sau đó router ra đời để kết nối giữa các mạng vật lý khác nhau tạo thành một liên mạng hợp nhất rộng lớn hơn.Các gói thông tin riêng biệt bao gồm một nhãn mạng đích mà router thực hiện tương hợp nhãn với một trong nhiều thực thể của bảng mạng đích mà nó biết trước Khi tìm thấy một sự tương hợp,router có thể định hướng gói tin tới giao diện tương ứng và chờ đến khi gói tín khác đến Quá trình tương quan đơn giản này được thực hiện đối với mỗi gói riêng biệt đến router Thậm chí nếu có một số lượng lớn gói tin có cùng một đích đến chung, thì router sẽ vẫn xử lý mỗi gói tin theo cách riêng

Có 2 phương thức định tuyến trong chuyển mạch gói:

• Định tuyến cố định

• Định tuyến động

CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ CÔNG NGHỆ IP/ATM

Xét dưới góc độ chuyển mạch, công nghệ IP và công nghệ ATM là hai công nghệ mạng sử dụng kỹ thuật chuyển mạch gói với hai phương thức truyền khác nhau ( hướng kết nối và phi kết nối )

3.1 Giới thiệu chung về ATM và IP

3.1.1 IP – Internet Protocol

IP là giao thức chuyển tiếp gói tin Việc chuyển tiếp gói tin thực hiện theo cơ chế phi kết nối IP định nghĩa cơ cấu đánh số,cơ cấu chuyển tin, cơ cấu định tuyến và các chức năng điều khiển ở mức thấp (ICMP).Gói tin IP gồm địa chỉ của bên nhận, địa chỉ

là số duy nhất trong toàn mạng và mang đầy đủ thông tin cần cho việc chuyển gói tới đích

Ngoài ra,IP là một giao thức chuyển mạch gói có độ tin cậy và khả năng mở rộng cao Tuy nhiên, việc điều khiển lưu lượng rất khó thực hiện do phương thức định tuyến theo từng chặng Mặt khác, IP cũng không hỗ trợ chất lượng dịch vụ(QoS)

3.1.2 ATM – Asynchoronous Tranfer Mode

Công nghệ ATM dựa trên cơ sở của phương pháp chuyển mạch gói, thông tin được nhóm vào các gói tin có chiều dài cố định, ngắn; trong đó vị trí của gói không phụ thuộc vào đồng hồ đồng bộ và dựa trên nhu cầu bất kỳ của kênh cho trước Các chuyển mạch ATM cho phép hoạt động với nhiều tốc độ và dịch vụ khác nhau

ATM có hai đặc điểm quan trọng :

• Thứ nhất, ATM sử dụng các gói có kích thước nhỏ và cố định gọi là các tế bào ATM , các tế bào nhỏ với tốc độ truyền lớn sẽ làm cho trễ truyền và biến động trễ giảm đủ nhỏ đối với các dịch vụ thời gian thực, cũng sẽ tạo điều kiện cho việc hợp kênh ở tốc độ cao được dễ dàng hơn

• Thứ hai, ATM có khả năng nhóm một vài kênh ảo thành một đường ảo nhằm giúp cho việc định tuyến được dễ dàng

ATM khác với định tuyến IP ở một số điểm.Đó là công nghệ chuyển mạch hướng kết nối,các kết nối từ điểm đầu đến điểm cuối phải được thiết lập trước khi thông tin được gửi đi ATM yêu cầu kết nối phải được thiết lập bằng nhân công hoặc thiết lập một cách tự động thông qua báo hiệu và không thực hiện định tuyến tại các nút trung gian Tuyến kết nối xuyên suốt được xác định trước khi trao đổi dữ liệu và được giữ cố định trong suốt thời gian kết nối

Quá trình chuyển tế bào qua tổng đài ATM cũng tương tự như việc chuyển gói tin qua router Tuy nhiên, ATM có thể chuyển mạch nhanh hơn vì nhãn gắn trên cell có

kích thước cố định (nhỏ hơn của IP), kích thước bảng chuyển tin nhỏ hơn nhiều so với của IP router, và việc này được thực hiện trên các thiết bị phần cứng chuyên dụng Do vậy, thông lượng của tổng đài ATM thường lớn hơn thông lượng của IP router truyền thống.

3.1.3 IP over ATM

Hiện nay, trong xây dựng mạng IP, có đến mấy loại kỹ thuật, như IP over SDH/ SONET, IP over WDM và IP over Fiber.Còn kỹ thuật ATM, do có các tính năng như tốc độ cao, chất lượng dịch vụ (QoS), điều khiển lưu lượng, … mà các mạng lưới dùng

bộ định tuyến truyền thống chưa có, nên đã được sử dụng rộng rãi trên mạng đường trục IP Mặt khác, do yêu cầu tính thời gian thực còn tương đối cao đối với mạng lưới,

IP over ATM vẫn là kỹ thuật được chọn trước tiên hiện nay và MPLS chính là sự cải tiến của IP over ATM kinh điển

IP over ATM truyền thống là một loại kỹ thuật kiểu xếp chồng, nó xếp IP (kỹ thuật lớp 3) lên ATM (kỹ thuật lớp 2); giao thức của hai tầng hoàn toàn độc lập với nhau,giữa chúng phải nhờ một loạt giao thức (như NHRP, ARP,…) nữa mới đảm bảo nối thông Nhưng trong tình trạng mạng lưới được mở rộng nhanh chóng, cách xếp chồng đó cũng gây ra nhiều khó khăn

3.2 Mô hình tham chiếu ATM với OSI

Công nghệ truyền tải không đồng bộ ATM là kỹ thuật chuyển mạch gói tốc độ cao được ITU-T đánh giá như là các tiêu chuẩn ghép kênh và chuyển mạch cho mạng số tích hợp đa dịch vụ băng rộng B-ISDN

Hình 3 1 Mô hình tham chiếu ATM-BISDN với OSI

3.2.1 Các mặt phẳng của mô hình tham chiếu B-ISDN

3.2.1.1 Mặt phẳng quản lý (Management Plane)

Mặt phẳng này có hai chức năng là quản lý mặt phẳng và quản lý lớp

Quản lý mặt phẳng phối hợp các chức năng và thủ tục của các mặt phẳng quản lý Quản lý mặt phẳng chịu trách nhiệm về các chức năng như báo hiệu trao đổi và Mặt phẳng này có hai chức năng là quản lý mặt phẳng và quản lý lớp

Quản lý mặt phẳng phối hợp các chức năng và thủ tục của các mặt phẳng quản lý Quản lý mặt phẳng chịu trách nhiệm về các chức năng như báo hiệu trao đổi

3.2.1.2 Mặt phẳng điều khiển và báo hiệu (Control plane)

Mặt phẳng điều khiển và báo hiệu liên quan trực tiếp tới các hoạt động điều hành mạng, thực hiện các chức năng như :Điều khiển kết nối, xử lý cuộc gọi và các chức năng báo hiệu liên quan đến việc thiết lập, duy trì, giảm sát và giải phóng kết nối

3.2.1.3 Mặt phẳng người sử dụng (User Plane)

Mặt phẳng người sử dụng có chức năng hỗ trợ chính cho quá trình truyền thông tin

đa phương tiện của người sử dụng từ nguồn đến đích trong phạm vi của mạng Mặt bằng người dùng thực hiện các chức năng như :Điều khiển luồng, điều khiển tắc nghẽn, chống lỗi cho các luồng dữ liệu dịch vụ

3.2.2 Các lớp của mô hình tham chiếu ATM với OSI

3.2.2.1 Lớp vật lý

Chức năng chính của lớp vật lý trong ATM là tải các tế bào và chức năng này được thực hiện bởi lớp con hội tụ truyền dẫn Lớp con này đứng trên lớp con đường truyền vật lý Do vậy trong ATM lớp vật lý được chia thành hai lớp con là:

• Lớp đường truyền vật lý (PM) liên quan đến các chức năng thông thường của lớp vật lý như khả năng truyền dẫn các bits, mã hoá, giải mã, biến đổi quang điện

• Lớp con hội tụ truyền (TC) thực hiện các chức năng như chèn hoặc tách các tế bào trống, tạo và xử lý mã điều khiển lỗi tiêu đề, nhận biết giới hạn tế bào, khuôn dạng tế bào, phối hợp tốc độ tải trọng của các khuôn dạng vận chuyển khác nhau được sử dụng tại lớp vật lý

Theo hướng từ lớp vật lý tới lớp ATM, luồng số liệu chuyển tải qua danh giới giữa hai lớp là luồng các tế bào hợp lệ Tế bào hợp lệ là tế bào mà mào đầu tế bào không có lỗi Việc kiểm tra lỗi mào đầu tế bào được thực hiện ở lớp con TC Theo hướng ngược lại, từ lớp ATM tới lớp vật lý, luồng tế bào ATM được ghép thêm thông tin phân tách

tế bào và thông tin về khai thác và bảo dưỡng (OAM) liên quan đến luồng tế bào này

3.2.2.2 Lớp ATM

Lớp ATM là lớp kế cận trên lớp vật lý trong mô hình giao thức B-ISDN Chức năng chính của lớp ATM bao gồm 2 chức năng chính :Chức năng xử lý định tuyến các cuộc gọi dựa trên thông tin nhận dạng kênh ảo và luồng ảo VPI/VCI; Chức năng chuyển mạch cho các luồng tế bào đáp ứng các yêu cầu về chất lượng dịch vụ và nâng cao hiệu quả các công nghệ truyền dẫn lớp dưới

3.2.2.3 Lớp tương thích ATM (ALL)

Lớp tương thích ATM là lớp đóng vai trò liên kết giữa lớp ATM với lớp ứng dụng Các chức năng lớp ALL thuoccj về các thiết bị đầu cuối hoặc thiết bị tương thích tại giao diện người dùng

Các chức năng của lớp AAL được chia thành hai phân lớp :phân lớp hội tụ dịch vụ

CS (convergence service) và phân lớp mảnh tạo gói SAR (Segmentation teassembly sublayer)

3.2.2.4 Lớp ứng dụng

Lớp ứng dụng của mô hình ATM/B-ISDN được phân loại theo đặc tính tốc độ bit của dịch vụ: tốc độ bit thay đổi VBR và tốc độ bit cố định CBR Các dịch vụ có đặc tính tốc độ bit thay đổi gồm có một số dịch vụ chính như: Báo hiệu, kết nối có hướng, phi kết nối và các dịch vụ có tốc độ bit không định nghĩa

3.3 Nguyên lý hoạt động của chuyển mạch ATM

Ta xét một ví dụ ứng ụng của ATM để cung cấp dịch vụ cho người dùng Thuê bao ATM có thể nhận được dịch vụ bằng hai cách sau:

+ Qua kênh ảo cố định PVC (permanent virtual circuit)

+ Qua kênh ảo chuyển mạch SVC(switched virtual circuit)

3.3.1 PVC: kênh ảo cố định

Các thành phần cơ bản bao gồm PABX là tổng đài ATM dùng riêng để hỗ trợ cho các dịch vụ điện thoại Router là bộ định hướng dùng để kết nối các mạng LAN qua mạng chuyển mạch MUX thực hiện chức năng ghép kênh các tế bào ATM Người điều hành mạng ( network operator) có chức năng hỗ trợ cho việc thiết lập/giải phóng các kênh ảo cố định

Việc thiết lập kênh PVC theo thủ tục sau tương tự như kênh cho thuê:

+ Thuê bao gọi nhà cung cấp yêu cầu kênh PVC

+ Thuê bao đưa địa chỉ đích, tốc độ bít yêu cầu và thời gian sử dụng

+ Điện thoại viên đưa các thông tin này qua thiết bị kết để thiết lập kênh tương tự như điện thoại viên bình thường.

+ Kênh nối được thiết lập

+ Thuê bao trả tiền theo quy định thuê kênh hay theo chi tiết cuộc gọi

Như vậy đối với hình thức PVC tương tự như thủ tục thuê kênh truyền thống như nó

- Có ưu điểm sau:

+ Gần như thời gian thực

+ Độ rộng băng theo êu cầu

+ Không có thủ tục thiết lập cuộc gọi

+ Nailed-up connection nghĩa là luôn luôn có mạch nối giữa các điểm yêu cầu

+ Dễ mở rộng hay giải phóng đường nối cuối

3.3.2 SVC: kênh ảo chuyển mạch

Đối với phương thức này khi cuộc gọi thiết lập giá trị mặc định hoặc theo năng lực hay gán tốc độ là 64kb/s và ngay khi cuộc gọi thiết lập mạch sẽ được gán cho người dùng và dành riêng cho người dùng( điện thoại thông thường) ới ATM –hub ( trung tâm ATM) , nó thích ứng với các thông tin chứa trong phần tải

Thuê bao chủ gọi nhấc máy và quay số cuộc gọi hướng tới ATM –hub ( trung tâm ATM) , nó thích ứng với các thông tin báo hiệu tế bào ATM ATM –hub kiểm tra tốc

độ bít yêu cầu ,dùng các thông tin chứa trong phần tải tin của tế bào ATM Các tế bào ATM báo hiệu qua mạng tới đích để thiết lập nối Khi tế bào tới đích, ATM –hub phía đích sẽ gửi tế bào ngược lại với các thông tin vầ kênh ảo để thiết lập kênh nối Khi các

tế bào này tới chủ gọi , ATM –hub gán cho các tế bào giá trị VCI thích hợp và mạng bây giờ biết định tuyến cụ thể thế nào Khi thiết lập nối xong tin của người dùng trong

tế bào chứa VPI/VCI Khi phát tế bào ATM báo hiệu từ chủ gọi có chứa địa chỉ đích Tại các tổng đài ATM phát các tế bào này theo kiểu quảng bá Tới các ddicha chúng được kiểm tra , nếu chúng đích thực sự thì đích sẽ phát ngược lại Trên đường đi sẽ gán các giá trị VPIi/VCIj và đưa vào phần tải tin của tế bào ATM Tế bào nào trở vầ thuê bao chủ gọi đầu tiên chính là đường đi ngắn nhất

3.4 Đánh địa chỉ và định tuyến IP

3.4.1 Mô hình chồng giao thức TCP/IP

TCP/IP là một bộ giao thức mở được xây dựng cho mạng Internet mà tiền thân của

nó là mạng ARPnet của bộ quốc phòng Mỹ Do đây là một giao thức mở, nên nó cho phép bất kỳ một đầu cuối nào sử dụng bộ giao thức này đều có thể được kết nối vào

mạng Internet Chính điều này đã tạo nên sự bùng nổ của Internet toàn cầu trong thời gian gần đây Trong bộ giao thức này, hai giao thức được sử dụng chủ yếu đó là giao thức truyền tải tin cậy TCP(Transmission Control Protocol) và IP (Internet Protocol) Chúng cùng làm việc với nhau để cung cấp phương tiện truyền thông liên mạng.

Điểm khác nhau cơ bản của TCP/IP so với OSI đó là tầng liên mạng sử dụng giao thức không kết nối IP, tạo thành hạt nhân hoạt động của mạng Internet Cùng với các giao thức định tuyến như RIP, OSPF, BGP,… tầng liên mạng IP cho phép kết nối một cách mềm dẻo và linh hoạt các loại mạng vật lý khác nhau như: Ethernet, Token Ring, X25…

Hình 3 2 Mô hình TCP/IP và mô hình OSI

3.4.2 Đánh địa chỉ IP

Địa chỉ IP là địa chỉ lớp mạng, được sử dụng để định danh các máy trạm (HOST) trong liên mạng.Địa chỉ IP có độ dài 32 bit đối với IPv4 và 128 bit với IPv6.Nó có thể được biểu thị dưới dạng thập phân,bát phân,thập lục phân và nhị phân

Về cơ bản, khuôn dạng địa chỉ IP gồm hai phần: Network Number và Host Number như hình vẽ:

Hình 3 3 Cấu trúc của IP

Trong đó, phần Network Number là địa chỉ mạng còn Host Number là địa chỉ các máy trạm làm việc trong mạng đó

Do số lượng sử dụng địa chỉ mạng ngày càng tăng nên với địa chỉ IPv4 là 32 bít là rất ít do vậy để mở rộng khả năng đánh điạ chỉ cho mạng IP và vì nhu cầu sử dụng có rất nhiều quy mô mạng khác nhau, nên người ta chia các điạ chỉ IP thành 5 lớp ký hiệu

là A, B, C, D và E có cấu trúc như sau:

Hình 3 4 Các lớp địa chỉ IP

Lớp A (/8): Được xác định bằng bit đầu tiên trong byte thứ nhất là 0 và dùng các bit còn lại của byte này để định danh mạng Do đó, nó cho phép định danh tới 126 mạng, với 16 triệu máy trạm trong mỗi mạng

Lớp B (/16): Được xác định bằng hai bit đầu tiên nhận giá trị10, và sử dụng byte thứ nhất và thứ hai cho định danh mạng Nó cho phép định danh 16.384 mạng với tối

đa 65.535 máy trạm trên mỗi mạng

Lớp C (/24): Được xác định bằng ba bit đầu tiên là 110 và dùng ba byte đầu để định danh mạng Nó cho phép định danh tới 2.097.150 mạng với tối đa 254 máy trạm trong mỗi máy trạm trong mỗi mạng Do đó, nó được sử dụng trong các mạng có quy

mô nhỏ

Lớp D: Được xác định bằng bốn bit đầu tiên là 1110, nó được dùng để gửi các IP datagram tới một nhóm các host trên một mạng Tất cả các số lớn hơn 233 trong trường đầu là thuộc nhóm D

Lớp E: Được xác định bằng năm bit đầu tiên là 11110, được dự phòng cho tương lai

Với phương thức đánh địa chỉ IP như trên, số lượng mạng và số máy tối đa trong mỗi lớp mạng là cố định Do đó, sẽ nảy sinh vấn đề đó là có các địa chỉ không được sử dụng trong mạng của một doanh nghiệp, trong khi một doanh nghiệp khác lại không

có địa chỉ mạng để dùng Do đó để tiết kiệm địa chỉ mạng, trong nhiều trường hợp một