Mạng băng rộng đa dịch vụ và Việc thực hiện dựa trên phương thức atm

Trong những năm 80, cùng những tiến bộ khoa học, nhu cầu trao đổi thông tin ngày tăng, hàng loạt các mạng viễn thông ra đời từ mạng điện thoại công cộng, mạng truyền số liệu sử dụng chuyển mạch gói, mạng đa dịch vụ băng hẹp (N_ISDN). Cho đến những năm 90 đ• hình thành mạng đa dịch vụ băng rộng (B_ISDN Broadcast Integrent Service Digital Network) đáp ứng được các nhu cầu truyền thông : điện thoại truyền hình, truyền hình chất lượng cao, truyền hình hội nghị. . . Mạng băng rộng B_ISDN đ• được liên minh viễn thông thế giới (ITU_T) nghiên cứu và chuẩn hoá dựa trên phương thức truyền không đồng bộ gọi là ATM (Asynchrous Transfer Mode). Phương thức ATM là phương thức thích hợp cho việc kiểm soát các loại tải băng rộng khác nhau. ATM phù hợp cho cả tải dạng gián đoạn cũng như dạng tải liên tục bao gồm tiếng nói, dữ liệu, hình ảnh và video. . . ATM là một dạng chuyển mạch gói với kích thước gói thông tin là cố định (được gọi là Cell). Các Cell này có thể truyền trên môi trường truyền dẫn khác nhau như SONET, SDH, E1/T1 theo các định dạng khác nhau. Ưu điểm nổi bật của phương thức ATM là nó cho phép tải trên mạng các dịch vụ có các tốc độ và chất lượng đáp ứng được các yêu cầu khác nhau của người sử dụng đồng thời nó có tính bảo mật cao do tính chất của chuyển mạch gói mang lại. Đó chính là lý do tại sao ATM được khuyến nghị ứng dụng cho mạng băng rộng đa dịch vụ (B_ISDN).

Chơng 1 Tổng quan về mạng băng rộng đa dịch vụ và Việc thực hiện dựa trên phơng thức atm Trong những năm 80, cùng những tiến bộ khoa học, nhu cầu trao đổi thông tin ngày tăng, hàng loạt các mạng viễn thông ra đời từ mạng điện thoại công cộng, mạng truyền số liệu sử dụng chuyển mạch gói, mạng đa dịch vụ băng hẹp (N_ISDN). Cho đến những năm 90 đã hình thành mạng đa dịch vụ băng rộng (B_ISDN Broadcast Integrent Service Digital Network) đáp ứng đợc các nhu cầu truyền thông : điện thoại truyền hình, truyền hình chất lợng cao, truyền hình hội nghị. . . Mạng băng rộng B_ISDN đã đợc liên minh viễn thông thế giới (ITU_T) nghiên cứu và chuẩn hoá dựa trên phơng thức truyền không đồng bộ gọi là ATM (Asynchrous Transfer Mode). Phơng thức ATM là phơng thức thích hợp cho việc kiểm soát các loại tải băng rộng khác nhau. ATM phù hợp cho cả tải dạng gián đoạn cũng nh dạng tải liên tục bao gồm tiếng nói, dữ liệu, hình ảnh và video. . . ATM là một dạng chuyển mạch gói với kích thớc gói thông tin là cố định (đợc gọi là Cell). Các Cell này có thể truyền trên môi trờng truyền dẫn khác nhau nh SONET, SDH, E 1 /T 1 theo các định dạng khác nhau. Ưu điểm nổi bật của phơng thức ATM là nó cho phép tải trên mạng các dịch vụ có các tốc độ và chất lợng đáp ứng đợc các yêu cầu khác nhau của ngời sử dụng đồng thời nó có tính bảo mật cao do tính chất của chuyển mạch gói mang lại. Đó chính là lý do tại sao ATM đợc khuyến nghị ứng dụng cho mạng băng rộng đa dịch vụ (B_ISDN). 2 I. Phơng thức truyền tải không đồng bộ ATM Phơng thức truyền tải không đồng bộ ATM là một công nghệ tiên tiến đã đợc nghiên cứu vào những năm 80 và áp dụng cho mạng đa dịch vụ băng rộng B_ISDN cùng với sự phát triễn của truyền dẫn cáp quang. Sau đây chúng ta sẽ đi vào nghiên cứu tổng quan kỹ thuật áp dụng cho phơng thức ATM. I.1. Kỹ thuật ghép tách kênh Trong phơng thức ATM, ngời ta áp dụng cơ chế ghép kênh phân chia theo thời gian không đồng bộ. Khái niệm không đồng bộ ở đây có nghĩa là trên cùng một đờng truyền các gói thông tin của cùng một nguồn phát đến một đích nào đó sắp xếp không theo chu kỳ. Việc sắp xếp này tuỳ thuộc vào khả năng băng thông của mạng và các gói tin đang phải chờ trong bộ đệm mà có sự điều khiển tơng ứng. Hình vẽ sau mô tả hai phơng thức ghép kênh đồng bộ STM (Synchrous Transfer Mode) và ghép kênh không đồng bộ ATM : Trong phơng thức đồng bộ để phân biệt các kênh thông tin ngời ta dựa vào tính chu kỳ lặp đi lặp lại của nó. Còn trong phơng thức truyền bất đồng bộ thì để phân biệt ngời ta phải đa thêm thông tin nhận diện vào trong mỗi Cell giống nh trong kỹ thuật chuyển mạch gói. Chi tiết về các thông tin nhận diện này sẽ đợc trình bày ở phần sau của nội dung. I.2. Cấu trúc một tế bào ATM ATM là một kỹ thuật chuyển mạch gói tiên tiến mà đơn vị dữ liệu đợc gọi là Cell (hay chính là một gói tin). Khác với các dạng chuyển mạch gói thông thờng, gói tin của ATM là có kích thớc cố định (bao gồm 5 bytes Header và 48 bytes Data). Kích thớc này đã đợc tính toán dựa trên các yếu tố nh : hiệu suất, độ trễ kênh truyền và độ phức tạp của chuyển mạch . để đạt đợc sự tối u. 3 0 1 2 31 0 1 2 31 Hình 1. 1 : Kỹ thuật truyền đồng bộ 3 1 2 4 4 3 1 Hình 1. 2 : Kỹ thuật truyền không đồng bộ Header (5 bytes) Data(48 bytes) Hình 1.3: Cấu trúc tổng quát tế bào ATM Trong mạng viễn thông ngời ta thờng phân chia ra làm hai dạng giao diện cơ bản, đó là : giao diện giữa mạng với ngời sử dụng (UNI _User Network Interface) và giao diện giữa các Node của mạng với nhau (NNI_Network Network Interface). Đối với phơng thức truyền ATM cũng phân ra theo vậy và có hai dạng cấu trúc tế bào khác nhau ứng với mỗi giao diện. Dới đây là các hình vẽ mô tả cấu trúc của hai dạng tế bào nói trên : ý nghĩa và chức năng của mỗi trờng trong Header của các dạng tế bào ATM đợc trình bày ở phụ lục I. Sau đây chỉ là giải thích chữ viết tắt của mỗi trờng để tiện theo dõi : 1. GFC 2. VPI 3. VCI 4. PT 5. CLP 6. HEC Genric Flow Control _ Trờng điều khiển luồng chung Virtual Path Identifier _ Số hiệu nhận dạng đờng ảo Virtual Chanel Identifier _ Số hiệu nhận dạng kênh ảo Payload Type _ Trờng kiểu tế bào Cell Loss Priority _ Trờng qui định mức u tiên mất tế bào Header Error Control _ Trờng điều khiển lỗi tế bào phần tiêu đề ATM có đặc điểm hớng liên kết, do đó mặc dù nó là một dạng chuyển mạch gói nhng các trờng để chỉ ra địa chỉ nguồn, địa chỉ đích, số thứ tự là không cần thiết. Hơn nữa, do chất lợng đờng truyền sử dụng tốt nên các cơ chế chống lỗi từ liên kết đến liên kết cũng đợc bỏ qua và ATM cũng không cần cung cấp các cơ chế điều khiển luồng giữa các Node do cơ cấu điều khiển cuộc gọi. Chức năng của phần tiêu đề chỉ còn là nhận dạng cuộc nói ảo. 4 VPI VPI VCI VCI VCI PT CLP HEC Data (48 bytes) Hình 1. 4 : Cấu trúc tế bào ATM tại giao diện NNI GFC VPI VPI VCI VCI VCI PT CLP HEC Data (48 bytes) Hình 1. 5 : Cấu trúc tế bào ATM tại giao diện UNI I.3. Cấu trúc phân lớp của ATM áp dụng mô hình phân lớp OSI, ngời ta phân lớp cho ATM gồm 3 lớp : lớp vật lý (Physical), lớp ATM (Asynchrous Transfer Mode), lớp thích ứng AAL (ATM Adapter Layer). Trong mỗi lớp trên lại đợc chia thành các phân lớp con. Dới đây là cấu trúc phân lớp trong ATM và sự tơng ứng với các lớp trong mô hình OSI 7 lớp : Sau đây là chức năng mỗi phân lớp của ATM Lớp thích ứng ATM (ALL) Lớp con hội tụ truyền CS (Convergence Sublayer) Nhận /gửi các PDU(Protocol Data Unit) từ/tới các lớp cao hơn và tạo dạng CS_PDU. Kiểm tra sự khôi phục chính xác các CS_PDU. Cung cấp một vài chức năng ALL trong phần tiêu đề CS_PDU. Điều khiển luồng, gửi các thông điệp trả lời hoặc yêu cầu truyền lại tế bào lỗi. Lớp con tạo và tháo tế bào SAR (Segmentation And Reassembly) Tạo các tế bào từ CS_PDU, khôi phục các CS_PDU. Kiểm tra mã vòng CRC trong trờng dữ liệu của tế bào. Tạo ra hai bytes tiêu đề và hai bytes cuối của SAR_PDU. Lớp ATM Điều khiển luồng chính. Tạo hoặc phân tách tiêu đề của tế bào. Đọc và thay đổi phần tiêu đề của tế bào. 5 Application Presention Session Transport Network Data Link Physical Lớp CS AAL SAR Lớp ATM TC Physical PM Hình 1. 6 : Quan hệ phân lớp ATM với mô hình OSI 7 lớp Lớp vật lý Lớp con hội tụ truyền dẫn (TC) Thêm hoặc lấy các tế bào trống (Idle Cell). Tạo và kiểm tra mã HEC. Nhận dạng giới hạn của tế bào. Biến đổi dòng tế bào thành các khung phù hợp. Phát / khôi phục các khung truyền dẫn. Lớp con đờng truyền vật lý (PM) Đồng bộ bit. Thu và phát số liệu. I.4. Mạng truyền tải ATM Mạng truyền tải ATM bao gồm 2 phần : mạng truyền tải thông tin ngời sử dụng và mạng truyền tải thông tin điều khiển và quản lý. Hình vẽ sau sẽ mô tả cấu trúc một mạng truyền tải ATM. 6 Hình 7 : Mạng truyền tải ATM Service Control Node OAM Node OAM Node B_STP Mạng quản lý Mạng truyền tải thông tin người sử dụng T B T B Đường ảo mang thông tin Node mạng quản lý và điều khiển Đường ảo mang thông tin OAM Node : Node vận hành và quản lý người sử dụn B_STP : Broadcast Signal Terminal Point Cho việc trao đổi tin trong mạng ATM có hai khái niệm đó là : kết nối (connection) và liên kết (link). Một kết nối cho phép trao đổi thông tin giữa hai điểm cuối của kết nối (Connection End Point) thông qua một số các liên kết qua các điểm kết nối trung gian. Trong ATM, các kết nối và liên kết đợc thực hiện theo hai lớp chức năng : Lớp vật lý : cung cấp môi trờng truyền dẫn. Lớp tách ghép kênh (lớp ATM) : thực hiện ghép tách kênh ở hai mức kênh ảo VP và đờng ảo VC. Với một đờng truyền vật lý, trong mạng ATM, có thể phục vụ cho nhiều kênh thông tin; nó đợc hiểu đó là các kênh ảo VC và đờng ảo VP. Kênh ảo VC là một kết nối logic một chiều giữa hai đầu cuối. Đờng ảo VP là một khái niệm nói đến tập hợp một nhóm các kênh ảo với nhau. Đờng ảo là một chiều giữa hai thực thể ATM liên tiếp và thờng đợc dùng để nhóm các kênh ảo có cùng điểm xuất phát và điểm kết thúc lại với nhau. Mối quan hệ giữa lên kết vật lý, đờng ảo, kênh ảo đợc minh hoạ bởi hình vẽ sau : Theo nh mimh hoạ trên thì một liên kết vật lý cho phép thực hiện trao đổi tin theo hai chiều (song công) còn kênh ảo và đờng ảo chỉ cho phép trao đổi tin theo một chiều. I.5. Điều khiển và quản lý trong mạng ATM Điều khiển và quản lý mạng là một hoạt động không thể thiếu cho mọi mạng truyền thông. Trong mạng ATM điều khiển và quản lý thực hiện bao gồm các chức năng sau : Điều khiển và quản lý các kết nối ATM : bao gồm việc thiết lập, duy trì, giải phóng các kết nối VPC / VCC thông qua các bản tin báo hiệu hoặc các bản tin quản lý giữa các trung tâm quản lý mạng NMC (Network Manage Controler) và các thành phần mạng. 7 Hình 1. 8 : Quan hệ giữa liên kết vật lý, kênh ảo và đường ảo VP VC Chức năng bảo hành và bảo dỡng mạng : quản lý điều khiển trạng thái kết nối các thành phần mạng thông qua bản tin vận hành và quản lý OAM (Operation And Maneger). Quản lý lu lợng và tài nguyên mạng. Hỗ trợ các dịch vụ cung cấp bởi mạng thông minh. Thông tin thực hiện chức năng quản lý đợc truyền qua mạng truyền tải điều khiển và quản lý. Mạng này đợc phân tách về mặt logic với mạng truyền tải thông tin ngời sử dụng thông qua giá trị VPI. I.6. Quá trình báo hiệu trong mạng ATM Các bản tin báo hiệu đợc trao đổi giữa các ngời sử dụng và ngời sử dụng với mạng đợc truyền đi trên các kết nối ảo cho báo hiệu (Signaling VCC). Các kết nối này cũng đợc phân biệt theo kết nối điểm _ điểm hay điểm _ đa điểm; trong đó báo hiệu điểm _ đa điểm có thể áp dụng cơ chế báo hiêu đặc biệt là báo hiệu Meta _ Signalling. 1. Kênh ảo báo hiệu SVC S Kênh ảo báo hiệu SVC S cung cấp khả năng truyền các bản tin báo hiệu đợc thiết lập theo hai hớng giữa hai điểm và sử dụng cùng một giá trị VPI / VCI. Thông thờng, quá trình báo hiệu để thiết lập, duy trì, giải phóng các kết nối đợc thực hiện gộp lại cho cả mức kết nối đờng ảo VP, có nghĩa là mỗi VP ta có thể giành riêng ra một VCI cho kênh báo hiệu. 2. Meta _ Signaling Nh ta đã nói, Meta _Signaling là cơ chế báo hiệu dùng cho báo hiệu điểm đến đa điểm để thiết lập các kênh báo hiệu cho từng cặp điểm _ điểm. Một kênh ảo giành cho báo hiệu Meta Signaling (MSVC _ Meta Signaling Virtual Chanel) chỉ quản lý các kênh ảo báo hiệu có cùng một VPI với nó. MSVC là một kết nối kênh ảo cố định đợc kích hoạt khi một đờng ảo bắt đầu đợc thành lập. MSVC có thể là kết nối giữa các thiết bị đầu cuối khách hàng (CEQ _ Customer Equipment) và nút mạng mà các thiết bị đầu cuối này truy nhập vào mạng (khối chức năng kết nối CRF _ Cell Related Funtion) hoặc kết nối giữa các CEQ với nhau. Các kênh ảo báo hiệu tơng ứng cũng là kết nối giữa CEQ và Local CRF để thiết lập VCC giữa các đầu cuối hoặc giữa các CEQ với nhau để thiết lập VPC. 8 I.7. Các Node mạng Các Node mạng thực hiện chức năng chuyển mạch hoặc nối chéo trên hai mức đ- ờng ảo VP và kênh ảo VC (cụ thể cách thức thực hiện sẽ đợc trình bày ở chơng sau). Node mạng có thể đóng vai trò điểm kết nối trung gian hoặc điểm cuối kết nối. + Các điểm cuối kết nối : là nơi kết thúc các kết nối (VPC/VCC) trao đổi các thông tin ngời sử dụng với nhau, tạo và tách các giá trị tiêu đề, tham gia vào quá trình quản lý lu lợng và điều khiển tắc nghẽn. 9 Hình 9 : Thiết lập báo hiệu trong ATM Case A : thiết lập VCC CEQ Case B : thiết lập VPC CEQ Case C : thiết lập VCC & VPC CEQ Local CRF CEQ CEQ To transit network : Thực thể thiết lập báo hiệu Meta Signaling : Thực thể thiết lập báo hiệu SVC s + Các điểm trung gian : truyền thông tin của ngời sử dụng qua một cách trong suốt. Nó cũng tham gia vào quá trình quản lý lu lợng và điều khiển tắc nghẽn cho mạng. II. Cấu trúc mạng B_ISDN/ATM Mô hình mạng ATM điển hình bao gồm các mạng ATM công cộng (Public Network) đợc liên kết với nhạu, các mạng ATM riêng (Private Network) và các hệ thống đầu cuối của ngời sử dụng đợc kết nối với mạng Public ATM thông qua các giao diện ngời sử dụng mạng. II.1. Cấu trúc phân cấp mạng ATM Mạng ATM công cộng bao gồm cấp mạng trục công cộng và cấp mạng truy nhập, trong khi mạng riêng bao gồm mạng trục riêng và các nhóm làm việc. Hình vẽ sau minh hoạ cho cấu trúc phân cấp của mạng ATM (cho hai cấp) 10 ATM End System Mạng Public B Mạng Public A P_NNI I P_NNI Public UNI NNI ATM Switch Hình 1.10 : Cấu trúc mạng B_ISDN / ATM 11 ATM Node M¹ng trôc c«ng céng M¹ng truy nhËp M¹ng truy nhËp ATM Access Node H×nh 1.11: M¹ng ATM c«ng céng M¹ng trôc riªng Nhãm lµm viÖc Nhãm lµm viÖc H×nh 1.12: M¹ng riªng hai cÊp ATM