đồ án kỹ thuật viễn thông Mô hình mạng đường trục ATM WAN phục vụ cho công tác đào tạo công nghệ Viễn thông đồng thời kết nối các mạng LAN tốc độ cao cho dữ liệu

Kết quả là, các tế bào thuộc cùng kênh ảo có VPI và VCI giống nhau.Điều này có nghĩa là từ một điểm mạng của tổng thể, lớp ATM khi đó có thểđược nhận biết nh là được chia thành hai mức p

Lời mở đầu Bản khoá luận này trình bày một cách khái quát về công nghệ truyềndẫn không đồng bộ ATM, cùng những đặc tính cơ bản và sự ưu việt của nó.Đây là phương thức truyền dẫn có khả năng cung cấp tất cả các loại hình dịch

vụ mới trong tương lai và đã được chọn làm giải pháp cho mạng viễn thôngbăng rộng B-ISDN

Trên cơ sở công nghệ hiện đại đó, đề tài tiếp tục nghiên cứu tìm hiểu cấu trúc

hệ thống mạng đường trục nhằm ứng dụng vào mạng công cộng hoặc vàomạng riêng dựa trên các sản phẩm ATM có sẵn (như các bộ chuyển mạchATM, các bộ định tuyến, các module vạn năng và các Card giao tiếp…).Cuối cùng xây dựng: Mô hình mạng đường trục ATM WAN phục vụ chocông tác đào tạo công nghệ Viễn thông đồng thời kết nối các mạng LAN tốc

độ cao cho dữ liệu

Nội dung cua bản khóa luận này bao gồm :

Chương 1: Tổng quan về công nghệ ATM

Chương 2: Nghiên cứu tìm hiểu cấu trúc hệ thống mạng đường trục

ứng dụng công nghệ ATM

Chương 3: Xây dựng mô hình mạng đường trục ATM WAN phục vụ

cho công nghệ đào tạo viễn thông

Chương 1 Tổng quan về công nghệ ATM 1.1 Phương thức truyền tải ATM

1.1.1 Khái niệm về băng thông rộng B-ISDN

Mạng ISDN ra đời đã đáp ứng được nhiều loại hình dịch vụ khác nhautạo khả năng tổng hợp nhiều loại hình dịch vụ trên cùng một mạng Tuy nhiênmạng này còn nhiều hạn chế về tốc độ truyền tải không thể vượt quá được2Mbps và nh vậy thì mạng ISDN chưa thể đáp ứng được mọi nhu cầu củakhách hàng

Một mạng viễn thông thống nhất đáp ứng được tất cả các loại hình dịch

vụ viễn thông và sử lý tin với tốc độ rất khác nhau từ một vài Kbps đến hàngtrục Gbps, thậm chí đến hàng Tbps Mạng thống nhất đó gọi là mạng số đadịch vụ băng thông rộng B-ISDN và chỉ có B-ISDN mới có khả năng cungcấp các dịch vụ đa phương tiện

Yêu cầu đối với mạng B-ISDN:

 Mạng B-ISDN phải có khả năng cung cấp mọi loại hình dịch vụ chokhách hàng với tốc độ bít rất khác nhau từ vài Kbps đến hàng chụcMbps thậm trí đến hàng trăm Gbps hoặc Tbps

 Yêu cầu giải tần cao và công nghệ chuyển mạch linh hoạt

 Mạng B-ISDN phải có khả năng cung cấp hoặc sẵn sàng cung cấp cácdịch vụ mới và khi khách hàng muốn thay đổi dịch vụ cũng như tínhnăng của dịch vụ thì các nhà khai thác không phải nạp thêm các phầnmềm mới cho hệ thống chuyển mạch

1.1.2 Tại sao gọi là ATM

Do những hạn chế của mạng ISDN băng hẹp N-ISDN, một phươngthức truyền dẫn mới gọi là phương thức truyền dẫn không đồng bộ (ATM) đã

được chấp nhận nh chuyển mạch và là phương thức truyền dẫn thông tin choviệc thực thi mạng B-ISDN Giống như chuyển mạch gói, ATM là một môhình trên cơ sở gói mà trong đó các gói được gọi là các tế bào có kích thước

cố định Bằng việc ghép kênh thống kê, tài nguyên mạng được sử dụng hiệuquả hơn trong mạng chuyển mạch kênh

1.1.3 Sự tiêu chuẩn hoá ATM

Nhóm nghiên cứu 13 ITU-T bắt đầu phát triển tiêu chuẩn cho B-ISDN

từ 1985 Mục đích là phát triển một công nghệ mạng diện rộng dung lượnglớn cho các dịch vụ băng rộng nêu trên tại tốc độ 150 Mbps và cao hơn Tuynhiên, từ đó công nghệ truyền thông dữ liệu đã giúp mở rộng phạm vi ứngdụng ATM

Một vài tổ chức đã đóng góp vào sự tiêu chuẩn hoá ATM, như các tổchức là ITU-T, ANSI, ETSI, và diễn đàn ATM

1.2 Cơ sở về ATM

1.2.1 Giới thiệu

ATM là chữ viết tắt của kiểu truyền dẫn không đồng bộ (AsynchronousTransfer Mode) Từ không đồng bộ được sử dụng là vì ATM cho phép hoạtđộng không đồng bộ giữa phía phát và phía thu: Sù không đồng bộ này có thể

xử lý dÔ dàng bằng việc chèn hay tách các tế bào không phân nhiệm (tế bàorỗng) Đó là các gói không mang thông tin

ATM còn có hai đặc điểm quan trọng:

Thứ nhất: ATM sử dụng các gói có kích thước nhỏ và cố định gọi làcác tế bào ATM (ATM Cell), các tế bào nhỏ cùng với tốc độ truyền lớn sẽlàm cho trễ truyền và biến động trễ giảm đủ nhỏ đối với các dịch vụ thời gianthực, ngoài ra kích thước nhỏ cũng tạo điều kiện cho việc hợp kênh ở tốc độcao được dễ dàng hơn

Thứ hai: ATM có khả năng nhóm một vài kênh ảo (Virtual Channel)thành một đường ảo (Virtual Path), nhằm giúp cho việc định tuyến được dễdàng.

1.2.2 Kiến trúc mạng B-ISDN

Mạng B-ISDN được tổ chức hợp lý theo mô hình kiến trúc lớp Môhình này được gọi là mô hình giao thức chuẩn B-ISDN (PRM), mà lần lượtđược tổ chức thành ba mảng:

1 Mảng khách hàng dùng cho việc truyền dẫn thông tin kháchhàng, bao gồm cơ chế điều khiển luồng và khôi phục lỗi

2 Mảng điều khiển chịu trách nhiệm cho việc kết nối cuộc gọi vàcác chức năng điều khiển kết nối

3 Mảng quản lý chịu trách nhiệm giám sát mạng

Mô hình giao thức chuẩn thường được miêu tả bằng một sơ đồ 3 chiều đểphản ánh 3 mảng này như trình bày trên hình 1.1

Hình 1.1 Mô hình giao thức chuẩn B-ISDN và các lớp.

Mảng khách hàng và mảng điều khiển gồm 3 lớp: Lớp tương thíchATM, Líp ATM, và Lớp Vật lý Lớp tương thích ATM (AAL) là lớp cao nhấtcủa ba lớp và lớp vật lý là lớp thấp nhất Lớp vật lý xác định các đặc tính điệnhoặc các đặc tính quang, và các giao diện mạng, đồng thời đặt các bit lên trênđường dây Lớp vật lý được chia nhỏ thành 2 lớp phụ:

A A L

A T M

P H Y

P H Y

A T M

P H Y

P H Y

A T M

A A L

Hỡnh 1.2 Luồng gúi tin tế bào

1 Lớp phụ đồng quy truyền dẫn (TC), thực hiện cỏc chức năng màkhụng phụ thuộc vào mụi trường vật lý

2 Lớp phụ phụ thuộc vào mụi trường vật lý (PMD), thực hiện cỏcchức năng mà phụ thuộc vào mụi trường nh thời gian bit và móđường, nú là lớp thấp của hai lớp phụ

Mảng quản lý bao gồm hai loại chức năng: Quản lý lớp và quản lý

mảng

Về mặt luồng tế bào và gúi tin trong mạng, hỡnh 1.2 trỡnh bày cỏch địnhnghĩa cỏc giao diện

1.2.3 Tiờu đề tế bào ATM

Như đó trỡnh bày trước đõy, một tế bào cú 48 octet trường thụng tin(Payload) và 5 octet phần tiờu đề, được biểu diễn trờn hỡnh 1.3

Phần tiờu đề được gỏn bởi lớp ATM và được tạo thành bởi một vàitrường nh trong hỡnh 1.4

Cỏc trường này là điều khiển luồng chung, nhận dạng đường ảo, nhậndạng kờnh ảo, trường tải thụng tin, và ưu tiờn mất mỏt tế bào

Hỡnh 1.3 Cấu trỳc tế bào

GPC (4

bit) VPI (4 bit) Octet 1

VPI (4 bit) VCI (4bit) Octet 2

5 Octet 48 Octet Tiêu

đề Tr ờng tải thông tin

VCI ( 8 bit) Octet 3

VCI (4

bit) PT (3 bit)

CLP(1bit) Octet 4HEC ( 8 bit) Octet 5

Hình 1.4 Tiêu đề tế bào ATM Chức năng đặc trưng của các trường này nh sau:

 GFC: Điều khiển luồng chung (4 bit) chỉ áp dụng với giao diện

khách hàng-mạng (UNI) trong cấu hình điểm-điểm và tham giađiều khiển lưu lượng theo hướng khách hàng về phía mạng Cònvới giao diện mạng-mạng (NNI), trường này được sử dụng nhmột phần của trường VPI, làm tăng thêm dung lượng điạ chỉ

 VPI: Nhận dạng đường ảo (8 bit) cho phép tới 28 = 256 đường

ảo Mỗi VP bao gồm các kênh ảo, một đường ảo là một bó cáckênh ảo với cùng VPI nhưng khác VCI

 VCI: Nhận dạng kênh ảo (16bit) cho phép 216 = 65.535 kênh ảotrong một đường ảo

 PT: Trường tải thông tin (3bit) cho phép ATM mang tới 8 loại

tải thông tin Các loại tải tin này được nhận dạng bởi nhận dạngtrường tải thông tin (PTI) Bảng 1.1 chứa các PTI

Thực chất bit có nhiều ý nghĩa nhất (bit 3) được sử dụng để phân biệtcác tế bào dữ liệu từ các tế bào OAM, nó bằng 0 cho các tế bào dữ liệu vàbằng 1 cho các tế bào OAM Đối với các tế bào dữ liệu, bit 2 được sử dụng đểchỉ sự tắc nghẽn; nó bằng 0 nếu tắc nghẽn không xảy ra và bằng 1 nếu ngượclại Còn bit 1 bằng 0 cho các tế bào khối dữ liệu dịch vụ (SDU) type =0 vàbằng 1 cho các tế bào SDU = 1

Bảng 1.1 Mã PTI.

MSB first

000

- Tế bào dữ lliệu người sử dụng, không có tắcnghẽn, SDU-type = 0 ( nghĩa là bắt đầu hoặc tiếptục thông tin của SAR-SDU trong AAL5)

001

- Tế bào dữ liệu người sử dụng, không có tắcnghẽn, SDU-type = 1 (kết thúc của SAR-SDUtrong AAL5)

010 - Tế bào dữ liệu người sử dụng, có tắc nghẽn,SDU-type = 0

011 - Tế bào dữ liệu người sử dụng, có tắc nghẽn,SDU-type = 1

100 - OAF5 tế bào kết hợp đoạn

101 - OAF5 tế bào kết hợp đầu cuối - đầu cuối

110 - Tế bào quản lý nguồn tài nguyên (RM) (sử dụng

trong quản lý lưu lượng)

111 - Dành cho các chức năng trong tương lai

 CLP: Ưu tiên mất mát tế bào (bit 1) được sử dụng để quyết định

loại bỏ các tế bào thích hợp khi mạng tắc nghẽn Nếu CPL = 1,các tế bào có thể bị loại bỏ, ngược lại CPL = 0 tế bào có thể đượcgiữ nguyên

GFC (4 bit) VPI (4 bit) Octet 1VPI (4 bit) VCI (4 bit) Octet 2

VCI (8 bit) Octet 3 VCI (4 bit) PT (3 bit) CLP

(1 bit) Octet 4HEC (8 bit) Octet 5

(a)Mào đầu tế bào UNI

GFC(4bit)

VPI(8bit)

VCI(16bit)

PTI(3bit)

CLP(1 bit) (8 bit)HEC Trường tải tin(48 byte)

(b) Tế bào UNI

Hình 1.5 Mào đầu tế bào và tế bào ATM UNI

 HEC: Điều khiển lỗi tiêu đề (8 bit) được sử dụng để sửa chữa lỗi

trên các bit khác trong tiêu đề HEC cho phép chuyển mạchATM phát hiện các lỗi bị nhiều lỗi bit và sửa các lỗi bị một lỗibit

Một tế bào giao diện khách hàng-mạng (UNI) có cấu trúc nh trên hình1.5 Kết quả là, các tế bào thuộc cùng kênh ảo có VPI và VCI giống nhau.Điều này có nghĩa là từ một điểm mạng của tổng thể, lớp ATM khi đó có thểđược nhận biết nh là được chia thành hai mức phân cấp: mức kênh ảo (mứccao) và mức đường ảo (mức thấp) Hình 1.6 minh hoạ lớp ATM

Líp ATM Mức kênh ảo

Mức đường ảo Lớp vật lý

Hình 1.6 Phân cấp lớp ATM VPI (8bit) Octet 1

VPI (4 bit) VCI (4 bit) Octet 2

VCI (8 bit) Octet 3

(48 byte)

(b) Tế bào NNI Hình 1.7 Mào đầu tế bào và tế bào ATM NNI

Trường GFC không được sử dụng trong các tế bào NNI Tuy nhiên nóđược sử dụng nh là một phần của trường VPI cho các tế bào NNI, cho ta tổng

số 12 bit trường VPI (hay 212 = 4096 VPI) Tế bào NNI có cấu trúc nh trênhình 1.7 Điều này làm cho số đường ảo có thể được định nghĩa tại mức NNItăng từ 256 (khi chỉ có 8 bit được sử dụng: 28 = 256) tới 4096 Do đó làm tăng

số đường ảo lên gấp 15 lần mà một nhà cung cấp dịch vụ có thể chỉ định tạimỗi chuyển mạch ATM

1.2.4 Phân loại tế bào

Trong mạng ATM sử dụng 5 tế bào, được thể hiện nh trong Hình 1.8

Hình 1.8 phân loại tế bào ATM Chức năng của các loại tế bào nh sau:

 Tế bào rỗng: là tế bào được lớp vật lý xen vào/tách ra để luồng tếbào tại ranh giới giữa lớp ATM và lớp vật lý có tốc độ phù hợpvới tốc độ đường truyền

Tb bÞ lo¹i bá

Tb “® îc g¸n” Tb “® îc g¸n”

Tb “kh«ng

Tb “hîp lÖ”

Tb “kh«ng hîp lÖ”

 Tế bào hợp lệ: là tế bào có mào đầu không có lỗi bị phát hiệnhoặc có lỗi đơn đã được sửa bởi chu trình sửa lỗi HEC.

 Tế bào không hợp lệ: là tế bào có nhiều lỗi và không thể sửađược (bị loại bỏ tại lớp vật lý) Tế bào rỗng, tế bào hợp lệ và tếbào không hợp lệ chỉ tồn tại ở lớp vật lý

 Tế bào “được gán”: là tế bào mang các thông tin dịch vụ, sửdụng các dịch vụ lớp ATM

 Tế bào “không gán”: là tế bào “không được sử dụng”, khôngmang thông tin dịch vụ Tế bào “được gán” và tế bào “khônggán” là các tế bào lớp ATM

1.3 Líp ATM

1.3.1 Giới thiệu

Một mạng ATM bao gồm một tổ hợp các chuyển mạch ATM được liênkết bởi các kết nối ATM điểm-điểm Các chuyển mạch hỗ trợ hai loại giaodiện: giao diện khách hàng-mạng (UNI) và giao diện mạng-mạng (NNI) UNIkết nối một hệ thống đầu cuối với chuyển mạch và NNI kết nối hai chuyểnmạch ATM thuộc hai hệ thống mạng khác nhau

Hình 1.9 Đường ảo và kênh ảo

Từ mạng ATM là mạng có hướng kết nối, một mạch ảo phải được thiếtlập trước khi dữ liệu có thể truyền từ nguồn tới đích Như đã thảo luận trướcđây, ATM sử dụng khái niệm kênh ảo (VC) và đường ảo (VP) để thực hiện

định tuyến trong mạng Một VC, được xác định bởi một nhận dạng kênh ảo

(VCI), được kết nối giữa hai thực thể liên lạc ATM Nã bao gồm một ghépnối của một hay nhiều liên kết ATM Mỗi VC cung cấp một chất lượng dịch

vụ nhất định Một VP, được xác định bởi một nhận dạng đường ảo (VPI), nó

là một nhóm nhiều kênh ảo giữa hai điểm đầu cuối VPI và VCI chỉ có ýnghĩa cục bộ và thường được xác định lại tại mỗi chuyển mạch Hình 1.9 trìnhbày sự tương quan một liên kết vật lý giữa các VP và VC

 Kênh ảo cố định (PVC): Đây là một kết nối được thiết lập bởimột toán tử mạng mà thích hợp với các giá trị VPI/VCI đượcchương trình hoá cho một nguồn và đích đã cho Vì vậy, PVCđược thiết kế thông qua sự chuẩn bị và phải mất một thời giandài

 Kênh ảo chuyển mạch (SVC): Mét SVC được thiết lập một cách

tự động qua mét giao thức báo hiệu và chỉ mất một khoảng thờigian ngắn

Một vài cặp VPI/VCI được dành riêng cho các chức năng đặc biệt là:

 (VPI, VCI) = (0,5): Dành cho báo hiệu.

 (VPI, VCI) = (0,16): Dành cho giao diện quản lý vùng tích hợp

 (VPI, VCI) = (0,17): Phục vụ mô phỏng cấu hình mạng LAN.

 (VPI, VCI) = (0,18): Giao diện mạng-mạng cá nhân

 (VPI, VCI) = (0,19) và (0,20): Dành riêng nhưng chưa được sửdụng

1.3.2 Chuyển mạch đường ảo và kênh ảo

Một mạng ATM cũng có thể cung cấp một dịch vụ mức đường ảo hoặcmột dịch vụ mức kênh ảo hoặc cả hai Trong một mạng mà cung cấp dịch vụmức đường ảo, khi chuyển mạch nhận một tế bào với nhận dạng đường ảo vànhận dạng kênh ảo cho trước, nó tạo ra một bảng tra cứu để xác định giá trịnhận dạng đường ảo nào thì được thay đổi và hướng chuyển mạch hoặc hệthống đầu cuối tiếp theo Giá trị nhận dạng kênh ảo nào thì không được đặtlại Loại chuyển mạch này gọi là chuyển mạch đường ảo (VP Switching)

Hình 1.10a Ví dụ về chuyển mạch đường ảo

Hình 1.10b Ví dụ về chuyển mạch kênh ảo

Tương tù, trong mạng nhà cung cấp một dịch vụ mức kênh ảo, khichuyển mạch nhận diện một tế bào với một nhận dạng đường ảo và nhận dạngkênh ảo cho trước, nó sẽ gán các giá trị nhận dạng đường ảo và kênh ảo mớicho tế bào trước khi đưa nó tới chuyển mạch hoặc hệ thống đầu cuối tiếptheo Loại chuyển mạch này gọi là chuyển mạch kênh ảo (VC Switch)

Hình 1.10a và hình 1.10b mô tả các khái niệm về đường ảo và kênh ảo

1.3.3 Tóm tắt

Phần này miêu tả hai mức phân cấp ghép kênh được định nghĩa chomạng ATM: đường ảo (VP) và kênh ảo (VC) Một liên kết vật lý có thể hỗ trợmột vài đường ảo, và mỗi VP có một nhận dạng đường ảo (VPI) Tương tự,một đường ảo thực chất là một bó các kênh ảo, và mỗi VC có một nhận dạngkênh ảo (VCI) Tại mỗi chuyển mạch, VPI sẽ được thông dịch thành một VPImới Trong một số chuyển mạch các VCI trong mỗi VP được giữ nguyêntrong suốt thời gian xử lý bản dịch VPI

1.4 Lớp tương thích ATM

1.4.1. Giới thiệu

Lớp tương thích ATM (AAL) làm cho mạng ATM có thể mang đượcnhiều kiểu lưu lượng Nó chia các gói tin của người sử dụng thành trường tảitin 48 byte mà được gửi tới lớp ATM Sau đó cộng thêm 5 byte tiêu đề để mỗitrường tải tin tạo thành các tế bào 53 byte

KÕt cuèi SAR- PDU

TÕ bµo

ATM-PDU = TÕ bµo

Th«ng tin tr êng tÕ bµo

Ph©n

®o¹n

CS-PDU

KÕt cuèi CS-PDU Gi÷a CS vµ SAR kh«ng

cã SAP

AALSAP

CS-PDU

Th«ng tin CS-PDU

PhÇn

®Çu CS-PDU

SAR

ATM-SAP

SAR-PDU

Th«ng tin SAR-PDU

Më ®Çu

TÕ bµo

SAR sau đó nối một tiêu đề và (hoặc) kết cuối cho mỗi SAR-SDU để tạothành một SAR-PDU mà nó được gửi tới lớp ATM Tại đích, SAR chịu tráchnhiệm tổ hợp lại tất cả SAR-PDU thuộc cùng CS-PDU và đưa CS-PDU được

tổ hợp tới lớp phụ hội tụ Chi tiết quá trình AAL cho một kiểu lưu lượng đượctrình bày trên hình 1.12

1.4.3 Quá trình tương thích cho các loại AAL khác nhau

Việc sử lý lớp tương thích ATM thì khác nhau cho mỗi loại lớp AAL.Phần này sẽ trình bày quá trình AAL cho các loại AAL khác nhau

1.4.3.1 AAL loại 1

Các dịch vụ có tốc độ bit cố định (CBR) sử dụng AAL loại 1 Như đã nóitrước đây các dịch vụ CBR điều khiển lưu lượng thời gian thực nên đòi hỏi vềtrễ truyền dẫn tế bào và sự biến thiên của trễ rất chặt chẽ

Có hai Mode truyền dẫn cho AAL loại 1: Truyền dẫn dữ liệu không cócấu trúc và truyền dẫn dữ liệu có cấu trúc

Hình 1.13 trình bày quá trình AAL cho hướng truyền dẫn dữ liệu không

có cấu trúc Trong trường hợp này lớp phụ hội tụ không cộng thêm phần tiêu

đề hay phần kết cuối cho dữ liệu người sử dụng nhận được từ các lớp cao hơn

Nó chia dữ liệu người sử dụng thành các khối 47 byte mà nó đưa tới lớp phụchia đoạn và tổ hợp lại Cuối cùng nối thêm 1 byte tiêu đề để hình thành

khuụn dạng 48 byte và đưa xuống lớp ATM Tại nơi nhận, lớp phụ SAR nhận

48 byte từ lớp ATM và đưa 47 byte của trường tải thụng tin tới lớp phụ hội tụ.Trong một vài ứng dụng mà sử dụng mode truyền dẫn dữ liệu cú cấutrỳc, 1 byte trong số 47 byte từ lớp phụ hội tụ được sử dụng như là một contrỏ dựng để mụ tả danh giới cấu trỳc Cũn lại 46 byte là dữ liệu người sửdụng Con trỏ biểu thị khoảng trống được đo bằng byte, của trường con trỏ vàbắt đầu của khối cấu trỳc bao gồm 46 byte cũn lại của PDU này và 47 byte

PDU tiếp theo.

Hỡnh 1.13 quỏ trỡnh sử lý tương thớch cho AAL loại 1

Phần tiờu đề được nối bởi SAR chứa cỏc trường sau:

 Một trường số thứ tự (SN) 4 bit sử dụng để tỡm cỏc tế bào bị mất hoặc

tế bào bị lỗi Một trường bảo vệ số thứ tự (SNP) 4 bit sử dụng để phục

vụ việc phỏt hiện lỗi và cú khả năng sửa lỗi cho trường SN Nó baogồm 2 trường phụ: 3 bit trường kiểm tra lỗi (CRC) và 1 bit chẵn lẻ.Điều này cho phộp nú sửa tất cả cỏc lỗi bit đơn và phỏt hiện 2 bit lỗi

SNP (4 bit)

Tải tin (47 byte)

Lớp phụ chia

đoạn và tổ hợp

Lớp ATM Tiêu đề(5 byte) Tr ờng tải thông tin(48 byte)

SAR PDU

Tế bào ATM

Dòng bit dữ liệu khách hàng

CSI(1 bit) Đếm thứ tự(3 bit) (3 bit)CRC Chẵnlẻ

(1 bit)

Hình 1.14 Tiêu đề SAR PDU

Cấu trúc của tiêu đề SAR PDU được miêu tả trên hình 1.14 Hình 1.15

là một ví dụ về sự chia đoạn trong mode truyền dẫn dữ liệu có cấu trúc và sự

tổ hợp PDU và một SAR PDU của mode truyền dẫn dữ liệu không có cấutrúc

1.4.3.2 AAL loại 2

Hiện nay không có tiêu chuẩn nào được định nghĩa cho AAL loại này

Nó hỗ trợ các dịch vụ VBR hướng liên kết với sự tương quan thời gian giữanguồn và đích Sự khôi phục thời gian trong hệ thống VBR là một quá trìnhphức tạp Đây là một trong những lý do tại sao mà các dịch vụ hướng kết nối

sử dụng hầu hết AAL loại 1

1.4.3.3 AAL loại 3/4

Trong AAL loại này lớp phụ hội tụ lại được chia thành 2 phần: Phần lớpphụ hội tụ chung (CPCS) và lớp phụ hội tụ đặc trưng dịch vụ (SSCS) SSCS

có thể không có hoặc có nhiều giao thức được định nghĩa, phụ thuộc vào dịch

vụ SPCS quy định một phương thức truyền tải không đảm bảo của các khung

có độ dài thay đổi lên tới 65.635 byte Các chức năng của CPCS cần 4 bytetiêu đề và 4 byte kết cuối Có tới 3 byte đệm có thể được thêm vào làm choCPCS trở thành bội số của 4 byte CPCS-PDU được chia thành 1 hay nhiềuđoạn có kích thước 44 byte, mỗi một đoạn này có 2 byte tiêu đề và 2 byte kếtcuối được cộng vào để nó tạo thành trường tải tin 48 byte mà sẽ được gửi tớilớp ATM Quá trình AAL được trình bày trên hình 1.16

Các trường trong tiêu đề và kết cuối của CPCS-PDU là:

 CPI (Phần nhận dạng chung): Sử dụng để chỉ ra các khối đếm sử dụng

trong trường Basize và trường độ dài của CPCS-PDU Hiện nay, chỉ cóCPI = 0 là được định nghĩa

 Btag (Thẻ bắt đầu): Người gửi đặt cùng giá trị cho Btag và Etag; nếu

Btag khác Etag, thì quá trình đã bị lỗi

 Basize (Kích thước cấp cho bộ đệm): Chỉ ra bộ đệm lớn nhất cần để

nhận TDU (>= dữ liệu người sử dụng trong trường thông tin)

 PAD: 0-3 byte đệm được sử dụng để làm cho toàn bộ CPCS-PDU trở

thành bội số của 4 byte

 AL (Sắp hàng): Một byte bằng 0 làm cho kết nối được sắp hàng với 4

byte

 Etag (Thẻ kết thúc): Có cùng giá trị nh Btag; chỉ ra lỗi nếu Etag khác

Btag

 Length: Chỉ số byte trong trường tải tin CPCS.

Hình 1.16 Quá trình xử lý tương thích cho AAL loại 3/4

Các trường kết cuối và tiêu đề PDU của lớp phụ chia đoạn và tổ hợpđược trình bày dưới đây

D÷ liÖu kh¸ch hµng

0-65535 byte C¸c líp cao

48 byte

 ST (Kiểu chia đoạn): Sử dụng để chỉ nếu PDU là bắt đầu bản tin

(BOM), tiếp tục của bản tin (COM), kết thúc của bản tin (EOM), hoặcđoạn bản tin đơn (SSM)

 MID (Nhận dạng ghép kênh): Nhận dạng CPCS PDU khi các SAR

PDU từ các CPCS PDU khác nhau được ghép kênh với nhau Giá trịcủa MID thì giống nhau cho tất cả các SAR PDU thuộc cùng mộtCPCS PDU

 LI (Chỉ thị độ dài): Độ dài của dữ liệu người dùng trong trường thông

tin (tính theo byte)

 CRC (Kiểm tra lỗi vòng): Sử dụng để phát hiện và sửa lỗi.

1.4.3.4 AAL loại 5

Đây là một phiên bản đơn giản hơn AAL 3/4 Không giống như AAL3/4, nó không hỗ trợ cho việc ghép kênh của dữ liệu từ nhiều ứng dụng lớpcao hơn; kết quả là, nó không có trường MID Nã cho phép các khung có độdài thay đổi (Có thể lên tới 65.535 byte) cùng với sự phát hiện lỗi lớp phụ hội

tụ cộng thêm 8 byte kết cuối cho dữ liệu người sử dụng Có tới 47 byte đệm

có thể được cộng vào cho phép PDU trở thành bội số của 48 byte trongtrường thông tin ATM

Trường kết cuối của lớp hội tụ chung bao gồm:

 PAD: 0-47 byte sử dụng để làm cho CPCS PDU thành bội số của 48

byte

 UU (Chỉ số người dùng-người dùng): Sử dụng để sắp hàng kết cuối với

và lớp phụ chia đoạn và tổ hợp lại SAR CS chịu trách nhiệm tạo các gói tin

có độ dài cố định từ thông tin người sử dụng và đưa xuống SAR, nơi chịutrách nhiệm tạo ra trường tải tin 48 byte của một tế bào Hoạt động thực hiệnbởi CS phụ thuộc vào loại AAL Với AAL 1 nã chia dữ liệu người sử dụngthành các khối 47 byte và được đưa tới lớp phụ SAR nơi mà một byte tiêu đềđược cộng vào mỗi khối để tạo thành tải tin Đối với AAL 3/4 nó cộng cảtiêu đề và kết cuối Có tới 3 byte đệm được cộng vào trước khi đưa PDU tớilớp phụ SAR nơi mà PDU được chia thành các khối 44 byte Hai byte tiêu đề

và 2 byte kết cuối được cộng vào để hình thành tải tin Còn với AAL 5, 8 bytekết cuối được cộng vào dữ liệu người sử dụng tại lớp phụ CS và có tới 47byte đệm có thể được cộng vào để làm cho PDU là bội số của 48 byte PDU

sau đó được chia thành 48 byte mà cấu thành thẻ tin Các giao thức của lớp

cao hơn bao gồm TCP/IP Mảng quản lý AAL cũng tương tự nh mảng người

sử dụng, trừ các giao thức lớp cao trong mảng quản lý là SNMP và CMIP

AAL trong mảng điều khiển gọi là báo hiệu AAL Nã bao gồm 3 lớp:Chức năng phối hợp đặc trưng dịch vụ (SSCF), đây là lớp cao nhất, giao thứcliên kết đặc trưng dịch vụ (SSCOP), và phần AAL chung (CPAAL) là lớpthấp nhất Giao thức lớp cao hơn là giao thức Q.2931

1.5 Chuyển mạch ATM

Chuyển mạch ATM thực hiện chức năng chuyển mạch các VPI, VCC

và dựa trên nguyên lý chung được mô tả trong hình 5.1 và 5.2 Chuyển mạchATM mang hai đặc tính: chuyển mạch gói do tính chất từng tế bào ATMđược chuyển tải trong mạng một cách riêng biệt; và chuyển mạch có kết nối

do các kết nối giữa hai đầu cuối phải được thiết lập trước khi chuyển tải tếbào Khi đó các nút chuyển mạch ATM sẽ chuyển tải các tế bào từ các tuyếnnối đến tới các tuyến nối đi trên cơ sở các thông tin định tuyến nằm trongphần mào đầu tế bào và các thông tin lưu giữ ở từng nút chuyển mạch tronggiai đoạn thiết lập kết nối Quá trình thiết lập kết nối tại từng nút chuyểnmạch thực hiện 2 chức năng sau:

(1) Đối với từng kết nối, xác nhận giá trị nhận dạng kết nối (VCI) của

tuyến nối đến, nhận dạng tuyến nối và tạo giá trị VCI của tuyến nối đi

(2) Thiết lập bảng định tuyến tại từng nút chuyển mạch để xác định mốiquan hệ giữa các tuyến nối đến và tuyến nối đi của từng kết nối

VPI và VCI là thông tin nhận dạng kết nối trong các tế bào ATM Để

có thể xác định chính xác từng kết nối, mỗi VP trong từng chặng đườngchuyền có một giá trị VPI riêng và mỗi VC trong từng VP có một giá trị VCIriêng Bước đầu tiên để thiết lập kết nối giữa các đầu cuối là xác định đườngnối giữa thiết bị nguồn và thiết bị đích Quá trình này kết thúc với kết quả làxác định được chuỗi các chặng đường dùng trong kết nối và các giá trị nhậndạng của chúng Để minh hoạ cho quá trình này ta hãy xem xét ví dụ gồm 3nút chuyển mạch có ký hiệu là (i-1), (i) và (i+1)

Giá trị điều khiển của bảng định tuyến của nút chuyển mạch (i) đượcthiết lập nh sau Nót (i-1) gửi các thông tin về tuyến nối đến và tuyến nối đitới nút (i) Nót (i) gán giá trị VCI cho kết nối và khởi tạo giá trị VCI củatuyến nối đi Sau đó nút (i) gửi đi hai bản tin: Một bản tin cho nót (i-1) để xácnhận giá trị VCI dùng cho tuyến nối đến (mà tương ứng với tuyến nối đi củanút (i-1)), một bản tin cho nót (i+1) bao gồm thông tin về tuyến nối đến vàtuyến nối đi của nút (i+1) Nót (i+1) sẽ gửi lại nút (i) các thông tin dùng đểthiết lập VCI của tuyến nối đi (và là một giá trị của bảng định tuyến) Các tếbào sẽ được truyền tải khi tất cả các bảng định tuyến thuộc đường nối được

xỏc lập Tại cỏc nỳt chuyển mạch, giỏ trị VCI cựng với tuyến nối đến sẽ được

sử dụng để xỏc định tuyến nối đi và giỏ trị VCI mới của từng tế bào đến

Hỡnh 1.17 Nguyờn lý chuyển mạch ATM

Đối với chuyển mạch VP/VC, quy trỡnh xảy ra cũng tương tự nhưtrong chuyển mạch VC Sự khỏc nhau chủ yếu liờn quan đến số lượng cỏcbảng định tuyến dựng cho một kết nối Đặc biệt, khụng cú sự phõn biệt giữachuyển mạch VP và VC nếu nh VP được xỏc định cho một chặng truyền dẫn,tương tự nh vậy, VP được xỏc định qua nhiều chặng truyền dẫn Ngoài ra vớicỏc VP dạng kết nối bỏn cố định, cỏc bảng đinh tuyến đối với từng VP sẽ docỏc chức năng quản lý mạng thiết lập, trong đú thực hiện “chuyển đổi” giỏ trịVPI của tuyến nối đến thành VPI của tuyến nối đi Do vậy, khụng cú sự traođổi thụng tin giữa hai nỳt kế tiếp cựng nằm trong một VP Những nỳt cần cú

sự trao đổi thụng tin là hai nỳt nằm ở hai đầu của VP, nỳt đầu và nỳt cuối

Nh vậy, thủ tục thiết lập kết nối cũng tương tự nh trong chuyển mạch VC dotừng VP được xử lý nh là với một chặng truyền dẫn

định chuyển

O1 O2

O8

I1 I2

Trong cả hai trường hợp, nút chuyển mạch đọc các giá trị nhận dạng ởmào đầu tế bào và thực hiện xử lý đối với bảng định tuyến để xác định tuyếnnối đi và giá trị nhận dạng kết nối; nhận dạng kết nối sẽ được thay thế bằngcác giá trị mới và tế bào được chuyển mạch từ tuyến nối đến ra tuyến nối đi.

Tuyến nốiđến Mào đầu Tuyến nốiđi Mào đầu

C

O1O2O8

XZW

.

.

.

.

F

O1O8O2

GWM

Hình 1.18 Nguyên lý bảng thông dịch mào đầu/định tuyến

Trong ví dụ hình 1.18, tế bào mào đầu A trong vào cổng vào I1 sẽ đượcchuyển mạch sang tuyến nối đi 01 với mào đầu là X Tế bào mào đầu B trongvào cổng vào I1 sẽ được chuyển mạch sang tuyến nối đi O8 với mào đầu là Z,

và tương tự như vậy đối với các tế bào khác Có thể nhận thấy rằng, tuyến nối

đi O1 có các tế bào khi đi vào phần tử chuyển mạch đều có giá trị VPI/VCIvới giá trị A Do cả 2 tế bào có mào đầu giá trị A được chuyển tới qua cáccổng vào khác nhau, và VPI/VCI chỉ có tính chất cục bộ nên đây không phải

là một vấn đề

1.5.1 Chuyển mạch có phương tiện dùng chung

Trong loại cấu trúc này, các tế bào đến đựơc ghép lại trong một môitrường chung là Bus hoặc Ring (hình 1.19) tốc độ của môi trường chungthường lớn hơn hoặc bằng giá trị tổng của tốc độ các luồng tín hiệu đến Cấutrúc này chỉ cần 1 bé FIFO có dung lượng nhỏ đủ để lưu dữ một số lượng Ýtcác tế bào trước khi chóng truy nhập vào môi trường chung Tranh chấp đầu

ra không xảy ra đối với cấu trúc này vì không xảy ra trường hợp hai tế bàocùng đến đầu ra trong cùng một thời điểm Tuy nhiên, tốc độ tế bào đến ở một

số tuyến nối đi có thể vượt quá băng tần của tuyến nối trong một số thời điểm,

và do vậy cần phải sử dụng các bộ nhớ đầu ra để lưu giữ tế bào

S/P: Bộ chuyển đổi nối tiếp-song song

P/S: Bộ chuyển đổi song song-nối tiếpAF: Bộ lọc theo địa chỉ

FIFO: Bộ đệm vào trước-ra trước

Hình 1.19 Nguyên lý chuyển mạch Bus chung

Mỗi cổng ra được gán với một địa chỉ cố định Khi tuyến nối đi củamột tế bào đến được xác định, địa chỉ cổng ra sẽ được gắn với mỗi tế bàotrước khi chúng được gửi đến môi trường chung Địa chỉ này được giải mã tạitừng giao diện cổng ra và được lọc theo địa chỉ để xác định tế bào có đượcgửi tới cổng ra hay không Các tế bào đã được đánh địa chỉ cho từng cổng ra

để sao chép lại tại bộ nhớ đầu ra và gửi tới tuyến đi

Ví dụ của loại cấu trúc này là các hệ thống chuyển mạch ATOM củaNEC (Nhật bản), PARIS của IBM (Mỹ)

1.5.2 Chuyển mạch có bộ nhớ chung

Chuyển mạch có bộ nhớ chung bao gồm một khối nhớ cổng kép dùngchung cho tất cả các cổng vào và cổng ra (Hình 1.20) Các tế bào đến đượcghép vào một luồng tín hiệu duy nhất và được viết vào một bộ nhớ chung Bộnhớ được cấu trúc thành các hàng logic, mỗi hàng tương ứng với một cổng ra

Tế bào tại các hàng ra cũng được ghép lại thành một luồng tế bào chung,được đọc, tách kênh và sau đó được gửi tới các tuyến đi Nhược điểm của cấutrúc này là hạn chế về thời gian truy nhập bộ nhớ đối với cả lưu lượng đến vàlưu lượng đi.

Bộ nhớ có thể được tổ chức theo hai phương pháp: Hoàn toàn dùngchung hoặc hoàn toàn chia tách

Hình 1.20 Nguyên lý chuyển mạch có bộ nhớ chung

Hiện tại chuyển mạch có bộ nhớ chung là cấu trúc được áp dụng tươngđối rộng rãi do các ưu điểm trong việc áp dụng kỹ thuật nhân phiên bản và donhững tiến bộ trong công nghệ bộ nhớ dẫn tới khả năng dễ dàng giải quyếtcác hạn chế về tốc độ truy cập bộ nhớ

Cấu trúc chuyển mạch có bộ nhớ chung được áp dụng trong hệ thốngchuyển mạch Prelude của CNET, và hệ thống chuyển mạch HITACHI [1.5]

1.5.3 Chuyển mạch phân chia không gian

Trong chuyển mạch phân chia không gian, tế bào tổng hợp từ các cổngvào khác nhau có thể được truyền tải đồng thời đến các tuyến nối Việc truyềntải mỗi tế bào đòi hỏi sự thiết lập đường truyền vật lý riêng trong phần tửchuyển mạch để nối tuyến nối đến và tuyến nối đi Các phần tử chuyển mạchnày cũng yêu cầu có sự phân chia điều khiển bên trong phần tử, do vậy làm

ram

§iÒu khiÓn

.

.

1

N

GhÐp luång

Bé nhí chung

T¸ch luång

DEMUX MUX

giảm độ phức tạp trong thiết kế Chuyển mạch phân chia không gian được tổchức giống nh chuyển mạch ngang dọc

Khối chuyển mạch cơ bản trong cấu trúc chuyển mạch phân chia khônggian là điểm nối chéo mà hoạt động theo sự điều khiển của khối điều khiển.Mỗi điểm nối chéo bao gồm hai đầu vào và hai đầu ra, và cho phép hai đườngnối hoạt động đồng thời (xem hình 1.21)

Hình 1.21 Điểm nối chéo và hình thức đấu nối

Tranh chấp đầu ra trong một điểm nối chéo xảy ra khi hai đầu vào yêucầu cùng kết nối với cùng một đầu ra Trong trường hợp này, chỉ một đầu vàođược kết nối, còn tế bào của đầu vào còn lại sẽ bị loại bỏ hoặc được lưu trữtrong bộ nhớ cho đến khi đầu ra không bị chiếm giữ

Khi sử dụng bộ nhớ chúng ta có thể được đặt tại cổng vào hoặc bêntrong bộ nối chéo Trong cả hai trường hợp, do kích thước bộ nhớ chỉ có giớihạn nên việc sử dụng bộ nhớ cũng không thể giải quyết hết vấn đề tranh chấpđầu ra Ngoài ra, có thể xảy ra trường hợp đầy bộ nhớ gây ra việc loại bỏ tếbào do không còn khả năng lưu giữ các tế bào đến sau

Hình 1.22 Miêu tả một cấu trúc chuyển mạch ngang dọc 8x8, trong đómỗi một ô vuông tương ứng với một điểm nối chéo Thông thường mộtchuyển mạch ngang dọc NxN sử dụng N2 điểm nối chéo Kết nối giữa cổngvào i và cổng ra j được thực hiện thông qua điểm nối chéo (i,j) trong ma trậnNxN Nếu như tế bào của một cổng vào muốn gửi đến các cổng ra khác nhau,

§Çu ra

§Çu ra

§Çu vµo

§Çu

vµo

chuyển mạch ngang dọc cho phép thực hiện đồng thời N kết nối và do vậy, cóthể cùng một lúc thực hiện phân chia N tế bào Như vậy, đây là cấu trúcchuyển mạch tiếp thông hoàn toàn Nhược điểm chính của cấu trúc này là độphức tạp của hệ thống tăng theo tỷ lệ N2, ngoài ra, do phải thiết lập đường nốiduy nhất giữa cổng vào và cổng ra nên lỗi ở điểm nối chéo sẽ dẫn đến việcmất kết nối giữa hai cổng này.

Các phần tử chuyển mạch sẽ được đấu ghép lại và tổ chức thành cáckhối chuyển mạch trong một tổng đài Một phương pháp tổ chức khối chuyểnmạch thường dùng là chuyển mạch dựa trên phân bố theo ma trận hay còn gọi

là chuyển mạch Banyan, chuyển mạch song song

Hình 1.22 Chuyển mạch ngang dọc 8x8 1.5.4 Chuyển mạch quang

Hiện nay, các phần tử chuyển mạch ATM đều được chế tạo bằng cáclinh kiện điện tử (chip) Trong mạng ATM, các hệ thống truyền dẫn quangcông nghệ SDH sẽ là phương tiện truyền dẫn chủ yếu để đấu nối với các hệthống chuyển mạch ATM Tại thiết bị chuyển mạch, tín hiệu quang sẽ đượcchuyển đổi thành tín hiệu điện, xử lý, sau đó chuyển đổi ngược lại thành tínhiệu quang và gửi đến đầu ra Hiện tại, tốc độ truyền dẫn của các hệ thốngtruyền dẫn quang (SDH) đã đạt tới 20 Gbit/s (và cao hơn nữa) Với công nghệbán dẫn dựa trên Silicon nh hiện nay thì việc chế tạo các phần tử chuyển

1 2 3 4 5 6 7 8 Cæng ra

1 2 3 4 5 6 7 8

Cæng vµo

mạch có tốc độ cao nh trên là không thực hiện được Một số công nghệ bándẫn khác (nh ECL, BICMOS, GAAS) có thể đạt được tốc độ cao hơn nhưngcũng sẽ không vựot quá 10 Gbit/s Trong tương lai, truyền dẫn quang có thểđạt tới giải Terabit (tương đương 1000 Gbit/s) Do vậy việc nghiên cứu các hệthống chuyển mạch quang là một yêu cầu được đặt ra để giải quyết các hạnchế của các hệ thống chuyển mạch điện tử.

Mét trong những hướng giải quyet là thiết kế thành phần chuyển mạchtương tự chuyển mạch phân bố ma trận (ma trận 8x8), trong đó các trườngVCI/VPI của phần mào đầu tế bào đã được “điện hoá” đã được dùng để điềukhiển các thành phần chuyển mạch quang Cho đến nay, chuyển mạch quangmới chủ yếu được triển khai trong phòng thí nghiệm

1.6 Lớp vật lý

Lớp vật lý là lớp thấp nhất của mô hình giao thức chuẩn ATM Nónhận các tế bào ATM từ lớp ATM và truyền chúng trên môi trường vật lý tớinút chuyển mạch kế tiếp của mạng Nó có hai lớp phụ Lớp phụ đồng quytruyền dẫn (TC) xử lý 53 byte tế bào ATM để làm cho chúng phù hợp vớikênh truyền mà mang tín hiệu được số hoá từ nút mạng tới nút mạng Lớp phụmôi trường vật lý là môi trường sử dụng để mang các tín hiệu điện hoặc mangtín hiệu quang

1.6.1 Lớp phụ phụ thuộc môi trường truyền dẫn (PMD)

Diễn đàn ATM đã khuyến cáo môi trường vật lý nh sau cho những người sủdụng cụ thể khác nhau:

 Sợi đơn mode (SMF), chủ yếu sử dụng trong WAN và cho các liên kếtlớn hơn 2 Km

 Sợi đa mode (MMF), chủ yếu cho các đường trục

 Cáp xoắn đôi trần (UTP), chủ yếu sử dụng cho các kết nối cơ sở

 Cáp xoắn đôi có vỏ bọc (STP) cũng được sử dụng cho các kết nối cơsở.

1.6.2 SONET/SDH

Mạng quang đồng bộ (SONET) và phân cấp số đồng bé (SDH) là hai tập củalớp vat lý có đặc tính dựa trên sự phân cấp của tốc độ báo hiệu Cả SONET vàSDH đều là mạng truyền dẫn dữ liệu đồng bộ dựa trên sợi quang

Phân cấp truyền dẫn SONET dựa trên cơ sở cấu trúc báo hiệu gọi là báo hiệutruyền dẫn đồng bộ (STS) Mỗi STS-n cũng có thể được gọi là một sóngmang quang học, OC-n Nó cũng có một SDH tương đương gọi là STM Cácmức tín hiệu khác nhau được tóm tắt trong bảng 1.2 Phân cấp tín hiệu sốđược trình bày trong bảng 1.3

STS 1STS 3STS 12STS 24STS 48

51.84155.52622.081244.162488.32

Bảng 1.3 Phân cấp tín hiệu số

Mức Bắc Mỹ Châu Âu Nhật Bản

DS 1 1.544 2.048 1.544

DS 2

DS 3

6.31244.736

8.44834.368

6.31232.0641) Giao diện STS-1 có dòng tốc độ là 51.84 Mbps

2) Giao diện cơ bản SDH cho tín hiệu STS-3/STM-1 có dòng tốc độ là155.52 Mbps

3) Giao diện cơ bản tế bào

1.6.4 Giao diện STS-1 với dòng tốc độ 51.84 Mbps

Lớp vật lý cho giao diện này thường là cáp xoắn đôi trần (UTP) mà cóthể sử dụng cho độ dài tới 100m, cũng với STP có thể lên tớ 160m

Nó sử dụng cấu trúc khung SONET STS-1 đang tồn tại mà có 9 hàng,mỗi hàng có 90 cột có độ dài 1 byte, nh trình bày trên hình 1.23 Mỗi hànggọi là một đoạn Khung 9 hàng x 90 cột được truyền từ trái qua phải, thời giantruyền mỗi hàng là 125s Các tế bào ATM được đóng gói trong métcontainer theo các byte được sắp hàng Từ 86x9 thì không là một số nguyênlần của 53 byte, các tế bào qua ranh giới của container

Hình 1.23 Cấu trúc khung STS-1

Do phần tiêu đề SOH có 3 byte và đường dẫn tiêu đề POH là 1 byte Sèbyte có sẵn để mang các tế bào ATM là = 90- 4=86 byte Vì vậy tốc độ đườngtruyền có hiệu quả = 58.84 x (86/90) = 56.225 Mbps

1.6.5 Cơ sở giao diện SDH

Giao diện này có thể là cả điện và quang Với trường hợp điện, môitrường vật lý thường là cáp xoắn có pham vi từ 100-200m Tốc độ đườngtruyền là 155.52 Mbps (tốc độ đường truyền của STS-3/OC-3/STM-1) Với

3 byte 1 byte 86 byte

soh poh

9

hµng

trường hợp quang, thì môi trường vật lý là sợi quang mà có thể là mode hoặc

đa mode

Giao diện SDH cũng sử dụng tín hiệu STS-12/STM-4 có tốc độ đườngtruyền là 622.08 Mbps Tốc độ này có thể được sử dụng trong cả hai hướng(hoạt động đối xứng) hoặc 622.08 Mbps được sử dụng cho hướng dòng xuôi

và 155.52 Mbps cho hướng dòng ngược (đối với hoạt động bất kỳ đối xứng).Trong các tế bào ATM tuỳ chọn này gói đầu tiên trong container (hình C-4)

có 261 cột (của mỗi một byte) và 9 hàng

Hình 1.24 Cấu trúc khung STS-1 giao diện cơ sở SDH

Cột đầu tiên mang thông tin POH Container C-4 sau đó được liên kếttạo thành khung STM-1 bởi một con trá trong tiêu đề SOH (AU-4) Vì lý donày mà các container C-4 được xem nh là ảo, bởi vì chúng có thể trao đổi cáckhung

Tốc độ đường truyền cho đoạn là 155.52 Mbps và cá tiêu đề đường dẫntrên mỗi đoạn là 10 byte Do đó số byte có thể dùng/đoạn để truyền các tế bàoATM = 270 - 10 = 260 Các tế bào ATM được đóng gói trong mét containertheo cách sắp hàng các byte Từ 260x9 không là bội số của 53, một số tế bàoATM qua ranh giới của container

Hiệu qủa tốc độ bit có thể dùng cho truyền tải các tế bào ATM là 155.52

x (260 / 270) = 149.76 Mbps

260 byte

soh AU4 SOH

1.6.6 Cơ sở giao diện tế bào

Phù hợp với khuyến cáo ITU các đặc tính môi trường vật lý của một cơ

sở giao diện tế bào chính là một trong những đặc tính của cơ sở giao diệnSDH

Diễn đàn ATM cũng giới thiệu sợi đa mode cho giao diện

Bởi vì các tế bào được truyền tải liên tục nối tiếp nhau và không đượcđóng gói trong mét khung container như ở hai loại giao diện đã thảo luận ởtrên Tốc độ đường truyền có thể là STS-3/STM-1, 155.52 Mbps, và STS-12/STM-4, 622.08 Mbps Sau mỗi một dãy 26 tế bào, lớp vật lý còng mangmột tế bào PL mà có thể là tế bào rỗng hay mét OAM lớp vật lý, tế bàoPLOAM Các tế bào PL cũng được truyền tới lớp ATM

Với tốc độ đường truyền là 155.22 Mbps

Trong tất cả các lớp phụ đồng qui truyền dẫn thảo luận ở trên, cũng cóhoạt động mô tả tế bào HEC tạo và kiểm tra

Chương 2 Nghiên cứu tìm hiểu cấu trúc hệ thống mạng đường trục ứng dụng công

nghệ ATM

Như đã trình bày ở phần tổng quan, để đáp ứng nhu cầu dịch vụ gia tăng

và để sử dụng tối ưu băng tần người ta xây dựng mạng số đa dịch vụ băngrộng B-ISDN với các đặc điểm: mềm dẻo hơn, tốc độ bit có thể thay đổi theodịch vụ, tốc độ bit có thể thay đổi theo thời gian cảu cùng một dịch vụ Trongkhi vẫn đáp ứng được tất cả các dịch vụ của băng hẹp, cố gắng dùng hết tất

cả các giao thức đã có của băng hẹp Khi thật cần thiết mới quy định giaothức mới Nhờ tính linh hoạt và khả năng đáp ứng nhiều loại hình băng thông,công nghệ truyền dẫn không đồng bộ ATM đã trở thành giải pháp hữu hiệucho mạng viễn thông B-ISDN nói trên Công nghệ ATM bằng việc sử dụngcác gói tin có độ dài cố định (53 octet) gọi là các tế bào (cell) cùng với cáckhái niệm về đường ảo và kênh ảo đã cho phép truyền tải các gói tin một cáchlinh hoạt hơn Ngoài ra với cấu trúc đường chuyển mạch có độ tiếp thông caođược trang bị các bộ đệm cùng với khả năng báo hiệu kênh ảo cũng như việc

áp dụng các kỹ thuật ghép kênh thống kê đã cho phép ATM cung cấp cáckênh truyền dẫn có dung lượng lớn hơn, có thể là giảm hoặc tránh được cáchiện tượng tắc nghẽn xảy ra tên mạng

Hiện tại công nghệ ATM đã phát triển rất mạnh và đạt đến một trình độkhá ổn định ở nhiều nước trên thế giới và trong khu vực, công nghệ ATM đãphát triển đến giai đoạn chiếm lĩnh thị trường không chỉ trong mạng viễnthông công cộng mà còn trong các lĩnh vực khác như mạng LAN, WAN nhờ ưu điểm của công nghệ, nhờ giá thành ngày một hạ, nhờ công việc hoànthiện các tiêu chuẩn và chủ yếu là chính sách phát triển của các Công ty khaithác dịch vụ viễn thông Tuy nhiên việc triển khai ồ ạt công nghệ ATM trongmạng viễn thông công cộng cho đến thời điểm này chưa được thực hiện mà

chủ yếu mới chỉ dừng lại ở các dự án thử nghiệm hay khai thác thương mạitrong phạm vi hẹp Các ứng dụng chủ yếu được triển khai bao gồm:

 Cung cấp các dịch vụ truyền tin, làm cơ sở hạ tầng cho các ứng dụngkhác Đặc biệt được sử dụng để tải một lượng lớn lưu lượng củamạng đường trục

 Cung cấp các dịch vụ Video nh: Truyền hình với độ nét cao, VOD,truyền ảnh trong y tế, hội thảo bằng hình ảnh…

 Cung cấp các dịch vụ truy cập tốc độ cao trong đó có cả dịch vụInternet và kết nối các mạng LAN, WAN tốc độ cao

Tại Việt Nam, bức tranh về thị trường viễn thông cũng đã có nhiều thayđổi cơ bảng truyền số liệu đã phát triển nhanh hơn rất nhiều Dự báo trongvài năm tới thị trường truyền tải số sẽ tăng vọt Chính vì điều này mà các dự

án “Siêu lộ thông tin” đang được tập trung triển khai nhằm mục đích tạo ramôi trường ứng dụng công nghiệp thông tin và nhờ vậy nâng cao khả năngcạnh tranh của các sản phẩm trên thị trường quốc tế

Việc quy hoạch và triển khai mạng lưới viễn thông đã được một số đơn

vị trong và ngoài nghành thực hiện trong thời gian gần đây Điển hình là hệthống viễn thông của Ngân hàng, của Cục quản lý bay giữa hai miềm nam bắc

và một số trung tâm khác…

Quá trình này được xác định bởi hoạt động của diễn đàn ATM, đặc biệttrong đặc trưng của các dịch vụ như: mô phỏng mạng ATM LAN và đa giaothức trên ATM (MPOA)

Như đã trình bày ở trên, các công ty điện thoại đã dự định là mạng ATMđược sử dụng để cung cấp cho các dịch vụ băng rộng trên mạng truyền thôngcông cộng Tuy nhiên, với sự ra đời của diễn đàn ATM, thị trường ATM đượcphân ra thành ba lĩnh vực tách biệt, mỗi lĩnh vực có yêu cầu và đặc tính khácnhau Các lĩnh vực là:

 ATM LAN

 ATM backbone (hay ATM WAN)

 ATM Central Office (CO) (Trung tâm tổng đài)

Trong cả ba lĩnh vực dịch vụ này đều có một đặc tính chung là dùng kiểuchuyển mạch ATM Căn cứ vào sự phân chia đó chúng ta sẽ thiết kế mô hìnhcác lớp chuyển mạch ATM (hình 2.1)

Hình 2.1 Các lớp của chuyển mạch ATM 2.1 Mạng truy nhập B-ISDN (Broadband Access Netword- ATM LAN)

Một mạng chuyển mạch ATM LAN có dung lượng lên tới 2,5 Gb/s và

có thể được sử dụng nh một chuyển mạch đứng một mình Nó được sử dụng

để kết nối các mạng LAN có sẵn, các HUB, và các trạm làm việc có khảnăng ATM Tiêu biểu là chuyển mạch ATM LAN có một mật độ cổng

thấp Một chuyển mạch ATM LAN trước đây được xem xét nh mét ATMchuyển mạch theo nhóm.

Mạng của người sử dụng (Customer Network-CN): là nơi các thuê bảo

sử dụng để truy nhập vào mạng công cộng, tức là phần trung gian nối giữacác thiết bị và mạng công cộng Có thể coi mạng CN bao gồm các thiết bị đầucuối, các bộ tập trung, MUX/DEMUX, ATM-LAN và tổng đài cơ quan PBX

Mạng truy nhập là mạng công cộng nơi phát ra hoặc nhận vào tất cả cácluồng thông tin khác nhau từ /đến các thuê bao hoặc mạng khách hàng Nếukhông có mạng truy nhập thì sẽ không có một lưu lượng thông tin nào đượctruyền trên mạng đường trục

Hiện tại, ATM-LAN được sử dụng chủ yếu để truyền số liệu để truyềnvào tín hiệu video giữa các PC trong mạng So với mạng LAN hiện tại,ATM/LAN có rất nhiều ưu điểm nh: tốc độ cao, các dịch vụ đa dạng tiến tới

đa môi trường, dễ dàng trong quản lý và vận hành Trong ATM-LAN có bavấn đề cần xem sét, đó là:

 Tính kinh tế

 Khả năng liên kết với các mạng hiện có: các mạng cũng nh thiết

bị hiện có vẫn phải sử dụng đựơc trong môi trường ATM/LAN

 Khả năng phát triển trong tương lai

Thiết bị trong mạng bao gồm các thiết bị đầu cuối ATM, File Server VidioServer và mạng LAN thông thường Mạng LAN được nối vào ATM-LANthông qua phần tử kết nối liên mạng IWU

2.2 Mô hình mạng đường trục ATM WAN (Backbone Network)

ATM WAN là một mạng đường trục mà được kết nối hợp thành từ cácmạng ATM LAN Một chuyển mạch ATM WAN có dung lượng từ 2,5 Gbpsđến 10 Gbps và có mật độ cổng vào cao vừa phải

Sau khi đã có mạng truy nhập ATM, vấn đề mới đặt ra là làm sao nốichúng lại thành một mạng chung Rõ ràng không thể nối trực tiếp các mạngtruy nhập lại với nhau vì làm nh vậy sẽ rất phức tạp Mạng đường trục cần

phải đạt được độ tin cậy rất cao, không có thời gian ngừng hoặc ùn tắc, độrộng băng chuyền lớn để xử lý một lưu lượng thông tin rất lớn luôn luônchuyển trên mạng Hình 2.2 là kết cấu mạng đường trục sử dụng tổng đàiIGX8400

Hình 2.2 Kết cấu mạng đường trục sử dụng tổng đài IGX 8400 Trong mạng đường trục cần chú ý các điểm sau:

 Yêu cầu về giao diện đường truyền: các giao diện của mạng đường trụcluôn tuân theo những chuẩn về đường truyền: cách truyền vào quanghay điện cũng nh các mã đường truyền: ANSY đã đưa ra các giao diệnchuẩn nh sau cho hệ thống truyền dẫn của B/ISDN

 Giao thức đường truyền: Xu hướng hiện nay đang thiên về sử dụng kỹthuật SONET/SDH

 Yêu cầu về mặt chức năng và nghiệp vụ: so với mạng truy nhập ATM,mạng đường trục phải được cung cấp nhiều dịch vụ hơn vì chúng đượcnối tới rất nhiều người sử dụng do đó sử dụng mạng đường trục cungcấp dịch vụ sẽ có hiệu quả kinh tế hơn.

 Lưu lượng đường truyền: trong mạng đường trục do lưu lượng lớn nêntốc độ truy nhập rất cao vì vậy chỉ cần xảy ra hỏng hóc hoặc quá tảitrên một đường liên kết cũng có thể ảnh hưởng tới rất nhiều người sửdụng Khi thiết kết đường truyền, ta phải tính đến một hệ số an toànthích hợp để tránh quá tải trên đường truyền Việc định đường cho cáccuộc nối qua một đường truyền phải mềm dẻo và trên thực tế phụ thuộcvào tình trạng của đường truyền và thời điểm định hướng

Từ những yêu cầu nêu trên thì vấn đề lựa chọn thiết bị cũng là mộtkhâu hết sức quan trọng Thiết bị phải có khả năng đảm nhận được việc thựcthi hoàn hảo, tận dụng giải tần một cách hiệu qủa, các tính năng quản lý dịch

vụ thông minh, và độ tin cậy của các kênh truyền dẫn Vì vậy IGX 8400 là sựlựa chọn lý tưởng duy nhất phù hợp với yêu cầu hoạt động của mạng đườngtrục Với việc sử dụng IGX trên đường trục của mạng WAN có thể hợp nhấtcác mạng với nhau và bổ xung thêm các chức năng làm đơn giản hoá việcquản lý và giúp giảm giá thành

2.3 ATM Central Office (ATM CO)

ATM CO: một mạng truyền thông công cộng hỗ trợ một số lượng lớnkết nối người sử dụng và các dịch vụ đa dạng bao gồm chuyển mạch khung

và các dịch vụ truyền thông mô phỏng Nó cũng có khả năng liên kết một sốlượng lớn các mạng riêng lẻ Do đó, một ATM CO có dung lượng lớn hơn 10Gbps với mật độ cổng rất cao

Hình 2.3 là một thí dụ của mô hình mạng CO Các đường trung kế nốimột vài CO với nhau thành một cụm

Hình 2.3 Mô hình mạng ATM Central Office (CO)

Một thí dụ của mô hình mạng CO Các đường trung kế nối một vài COvới nhau thành một cụm

Cấu trúc chuyển mạch CO dựa trên ba yếu tố chính:

 Tổng số cổng truy nhập: phụ thuộc vào số đường truy nhập vào.Chọn số cổng lớn hơn số đường truy nhập để đề phòng trườnghợp được mở rộng

 Tổng số cổng trung kế: phụ thuộc vào số đường trung kế kết nốitới các nút khác Để sử dụng nút mạng có hiệu quả, số đườngtrung kế bao giờ cũng phải nhỏ hơn số đường truy nhập Thôngthường tỷ lệ này khoảng 1/10

 Tổng lưu lượng tới nút mạng bằng tổng lưu lượng tới từ cáccổng

Các thiết bị sử dụng trong mạng CO chủ yếu là các tổng đài CBX 5000,B-STDX 9000, GX 550 của Lucent Các bộ định tuyến chuyển mạch nhãnbiên xung quanh các bộ định tuyến chuyển mạch trong lõi mạng Các bộ địnhtuyến loại này có thể là Cisco 7200, 7500 MPLS LSC (dùng trong chuyểnmạch nhãn đa giao thức), các bộ định tuyến chuyển mạch hệ 1200, hoặc các

bộ định tuyến khoảng giữa (3600 và 4700 của Cisco) có thể được sử dụngtrong các ứng dụng cần giải thông nhỏ hơn Ngoài ra còn có thiết bị không hỗtrợ MPLS là MGX 8220.

2.4 Một số thiết bị có thể lựa chọn cho mô hình trong tương lai

Trong tương lai, ý định của Cisco là hỗ trợ chuyển mạch nhãn đa giaothức MPLS trong hầu hết các chuyển mạch ATM Do đó, đa số các bộ địnhtuyến chuyển mạch nhãn ATM (ATM LSR) sẽ trở thành có sãn trong tươnglai Bên cạnh đó các bộ định tuyến chuyển mạch ATM truyền thống nào cũng

có thể được sử dụng trong một mạng MPLS Cisco nếu đường hầm được sửdụng Các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn không dựa trên các chuyển mạchATM Các LSR khác các chuyển mạch ATM có thể được sử dụng, cụ thể làcác bộ định tuyến sau đây có thể sử dụng như các LSR

 Các bộ định tuyến hệ Cisco 3600 và 4700 (chỉ áp dụng cho cácứng dụng băng hẹp)

 Các bộ định tuyến hẹ Cisco 7500 và 7200

 Các bộ định tuyến chuyển mạch Gbit hệ Cisco 12000

Việc sử dụng các bộ định tuyến này MPLS có thể được hỗ trợ trên mọikiểu liên kết: ATM, gãi qua SONET, Ethernet Các LSR dựa trên bộ địnhtuyến không hỗ trợ kết nối mạch ảo ATM

Khả năng của bộ định tuyến 4500 hoặc 7200 vận hành chức năng biênMPLS thì gần giống với dung lượng IP truyền thống của nó sử dụng bộchuyển tiếp gia tăng Cisco (CEF) Ví dụ, một bộ định tuyến 7200 với một bộ

xử lý NFE 200 có thể hỗ trợ tối đa 200 Mbps của lưu lượng biên MPLS, vớicác gói IP có kích cỡ thông thường

Các bé truy cập truyền thống MFX 8220 và BPX 8650 với PoP LSRbiên có thể được bổ xung cho các LRS biên và một LRS ATM Một ví dụ củakiểu Pop sử dụng ngăn truy cập MGX 8220, Cisco 7200 hoặc các LRS biên

7500, Cisco PBX8650 Điều này được chỉ ra trong hình 2.4 Lưu lượng IP từcác bộ tập trung truy cập được mang trong các PVC ATM tới LRS biên.Những LRS biên này có thể được mang trong các PBX 8650 mà làm việc nhmét ATM, đó là một chuyển mạch IP + ATM