Một mạng ATM được cấu tạo bởi bộ chuyển mạch ATM và cỏc thiết bị đầu cuối ATM. Bộ chuyển mạch ATM chịu trỏch nhiệm về việc truyền dẫn cỏc tế bào trong mạng ATM. Hoạt động của bộ chuyển mạch ATM như sau: tiếp nhận cỏc tế bào tới từ một thiết bị đầu cuối ATM hoặc từ một bộ chuyển mạch ATM khỏc, sau đú nú đọc và cập nhật cỏc thụng tin trong phần tiờu đề của tế bào rồi nhanh chúng chuyển tế bào đú tới giao diện đầu ra để tới đớch. Thiết bị đầu cuối ATM (hay hệ thống đầu cuối) chứa một bộ thớch nghi giao diện mạng. Vớ dụ như cỏc trạm, cỏc router, cỏc khối dịch vụ số (DSU), cỏc bộ chuyển mạch LAN hay cỏc bộ mó hoỏ và giải mó hỡnh ảnh (CODEC) đều là cỏc thiết bị đầu cuối ATM.
Hỡnh 4.6: Mụ hỡnh mạng ATM
Cỏc bộ chuyển mạch ATM liờn kết với nhau bởi cỏc kết nối ATM điểm - điểm hay cỏc giao diện. Cú hai loại giao diện cơ bản: giao diện UNI (người dựng – mạng) và giao diện NNI (mạng – mạng).
Hỡnh 4.7: Cỏc giao diện khỏc nhau cho cỏc mạng cục bộ và mạng cụng cộng Giao diện UNI kết nối cỏc thiết bị đầu cuối ATM (như cỏc host hay router) với bộ chuyển mạch ATM. Giao diện NNI kết nối cỏc bộ chuyển mạch ATM với
nhau Tuỳ theo bộ chuyển mạch được sở hữu và đặt ở phớa khỏch hàng hay được quản lý bởi cụng ty điện thoại, UNI và NNI cú thể được phõn loại thành cỏc giao diện UNI và NNI cụng cộng và cục bộ. Giao diện UNI cục bộ kết nối thiết bị đầu cuối ATM và chuyển mạch ATM cục bộ. Giao diện UNI cụng cộng tương ứng kết nối thiết bị đầu cuối ATM hoặc bộ chuyển mạch cục bộ với bộ chuyển mạch cụng cộng. Trong khi đú giao diện cục bộ NNI kết nối hai bộ chuyển mạch ATM trong cựng một khụng gian cục bộ. Giao diện cụng cộng NNI kết nối hai chuyển mạch ATM trong cựng một khụng gian cụng cộng. Thờm vào đú, giao diện B-ICI (Broadband Intercarrier Interface) kết nối hai bộ chuyển mạch cụng cộng từ hai nhà cung cấp dịch vụ khỏc nhau
4.5.1 Sơ lƣợc về chuyển mạch ATM
Chuyển mạch ATM thực hiện chức năng chuyển mạch cỏc VPI, VCC dựa trờn nguyờn lý chung được mụ tả trong hỡnh vẽ dưới đõy:
C B A F A B Bảng thụng dịch/định tuyến I1 I2 . . I8 O1 O2 . . O8 X X G W G G Z M Z Dữ liệu Dữ liệu Tiờu đề
Đầu vào Đầu ra
Hỡnh 4.8: Kiến trỳc một bộ chuyển mạch ATM
Chuyển mạch ATM mang hai đặc tớnh: chuyển mạch gúi do tớnh chất từng tế bào ATM được truyền tải trong mạng một cỏch riờng biệt; và chuyển mạch cú kết nối do cỏc kết nối giữa hai đầu cuối phải được thiết lập trước khi truyền tải tế bào. Khi đú cỏc nỳt chuyển mạch ATM sẽ truyền tải cỏc tế bào từ cỏc tuyến nguồn tới cỏc tuyến đớch trờn cơ sở cỏc thụng tin định tuyến nằm trong phần tiờu đề tế bào và cỏc thụng tin lưu giữ ở từng nỳt chuyển mạch trong giai đoạn thiết lập kết nối. Quỏ trỡnh thiết lập kết nối tại từng nỳt chuyển mạch thực hiện hai chức năng sau:
Đối với từng kết nối, xỏc nhận giỏ trị nhận dạng kết nối (VCI) của tuyến đến, nhận dạng tuyến và tạo giỏ trị VCI của tuyến đi.
Thiết lập bảng định tuyến tại từng nỳt chuyển mạch để xỏc định mối quan hệ giữa cỏc tuyến đến và tuyến đi của từng kết nối.
VPI và VCI là thụng tin nhận dạng kết nối trong cỏc tế bào ATM. Để cú thể xỏc định chớnh xỏc từng kết nối, mỗi VP trong từng chặng đường truyền cú giỏ trị VPI riờng và mỗi VC trong từng VP cú một giỏ trị VPI riờng. Bước đầu tiờn để thiết lập kết nối giữa cỏc đầu cuối là xỏc định đường nối giữa thiết bị nguồn và thiết bị đớch. Quỏ trỡnh này kết thỳc với kết quả là xỏc định được chuỗi cỏc chặng đường dựng trong kết nối và cỏc giỏ trị nhận dạng của chỳng. Trong trường hợp chỉ cú chuyển mạch VC, cỏc thụng tin giữa cỏc nỳt chuyển mạch kế tiếp nhau sẽ được trao đổi qua đường nối để thiết lập giỏ trị liờn quan đến kết nối của bảng định tuyến. Giỏ trị này điều khiển việc chuyển đổi VCI của tuyến đến thành VCI của tuyến đi
4.5.2 Phƣơng thức kết nối trong mạng ATM
ATM hỗ trợ hai kiểu kết nối: kết nối điểm – điểm và kết nối điểm – đa điểm. Kết nối điểm – điểm liờn kết hai hệ thống đầu cuối ATM, cú thể là kết nối một chiều hoặc hai chiều. Kết nối điểm – đa điểm liờn kết một hệ thống đầu cuối đơn lẻ (mỏy chủ: root) với nhiều hệ thống đầu cuối (cỏc mỏy trạm: leaves). Đõy chỉ là kết nối một chiều. Mỏy chủ cú thể truyền dữ liệu đến cỏc mỏy trạm, nhưng cỏc mỏy trạm khụng thể truyền dữ liệu cho mỏy chủ hay bất kỳ nỳt mạng nào khỏc trong cựng một kết nối. Sự tỏi tạo cỏc tế bào trong mạng ATM được thực hiện bởi cỏc thiết bị chuyển mạch ATM, nơi mà kết nối được chia thành hai hoặc nhiều nhỏnh.
Điều mong muốn trong mạng ATM là cú được những kết nối đa điểm – đa điểm hai chiều. Những kết nối đú tương tự như khả năng quảng bỏ hoặc truyền đa điểm trong cỏc mạng LAN, như Ethernet hay Token Ring. Khả năng quảng bỏ được thực hiện một cỏch dễ dàng trong cỏc mạng LAN, nơi mà tất cả cỏc nỳt trong một đoạn mạng phải xử lý tất cả cỏc gúi tin được gửi trong đoạn mạng đú.
Đỏng tiếc là khả năng kết nối đa điểm – đa điểm khụng thể thực hiện bởi AAL5, là lớp AAL thường dung để truyền dữ liệu xuyờn qua mạng ATM. Khụng
giống như AAL 3/4, với trường nhận dạng bản tin (MID), AAL5 khụng cung cấp một cỏch thức nào để chốn cỏc tế bào từ những gúi tin AAL5 khỏc nhau trờn một kết nối đơn. ĐIều này cú nghĩa là tất cả cỏc gúi tin AAL5 được gửi tới một đớch đến cụ thể qua một liờn kết xỏc định phải được nhận một cỏch tuần tự, nếu khụng quỏ trỡnh lắp rỏp lại tại đớch đến sẽ khụng thể tỏi thiết lại cỏc gúi tin.
Điều đú cho thấy tại sao cỏc kết nối điểm – đa điểm của AAL5 chỉ cú thể là một chiều. Giả sử, nếu một mỏy trạm gửi đi một gúi tin AAL5, nú sẽ được nhận bởi cả mỏy chủ và cỏc mỏy trạm khỏc, tại cỏc nỳt mạng này, gúi tin đú cú thể được chốn vào cỏc gúi tin được gửi bởi mỏy chủ hoặc cỏc mỏy trạm khỏc, ngoại trừ sự lắp rỏp lại của cỏc gúi tin đó được chốn.
4.5.3 Bỏo hiệu trong mạng ATM
Để đảm bảo chất lượng truyền thụng nờn bỏo hiệu là phần rất quan trọng trong mạng ATM. Mục đớch chớnh của bỏo hiệu là cung cấp cỏc khả năng điều khiển cỏc kết nối ATM theo kờnh ảo và đường ảo để truyền tải thụng tin
Bỏo hiệu thực hiện những chức năng chủ yếu sau đõy:
- Thiết lập, duy trỡ và giải phúng cỏc VCC và VPC trong việc truyền tải thụng tin; thiết lập VCC cú thể thực hiện theo yờu cầu, bỏn cố định hoặc cố định và phải phự hợp với cỏc đặc tớnh của kết nối đó được yờu cầu (vớ dụ như về băng tần, chất lượng dịch vụ …).
- Thiết lập cấu trỳc truyền thụng trờn cơ sở điểm nối điểm, đa điểm và quảng bỏ.
- Thỏa hiệp cỏc đặc tớnh về lưu lượng của kết nối tại thời điểm thiết lập kết nối.
- Cú khả năng thỏa hiệp lại đặc tớnh lưa lượng của kết nối đó được thiết lập.
- Khả năng cung cấp cỏc cuộc gọi đa thành phần, đa phương tiện đơn giản.
- Cung cấp cỏc cuộc gọi đơn giản, cú đặc tớnh đối xứng và khụng đối xứng; cỏc cuộc khụng đối xứng yờu cầu băng tần khỏc nhau theo từng hướng.
- Lần lượt thiết lập và giải phúng cỏc đa kết nối liờn quan đến cuộc gọi. - Thiết lập và giải phúng kết nối đối với cuộc gọi đó được thiết lập. - Thiết lập và giải phúng thành phần đối với cuộc gọi đa thành phần đó
được thiết lập.
- Khả năng liờn kết cỏc kết nối theo yờu cầu để hỡnh thành một cuộc nối đa kết nối.
- Sắp xếp lại cuộc gọi đa thành phần của cuộc gọi đang thực hiện, hoặc chia nhỏ cuộc gọi đa thành phần thành nhiều cuộc gọi.
Mụ hỡnh bỏo hiệu giữa hai thực thể ATM như sau:
Hỡnh 4.9: Cỏc khối bỏo hiệu trong mạng ATM UNI: Giao thức bỏo hiệu UNI
PNNI: Giao thức bỏo hiệu PNNI
SAAL: Lớp tương thớch dành cho bỏo hiệu
4.6 Ứng dụng cụng nghệ IP trờn nền ATM [10] 4.6.1 Lý do sử dụng cụng nghệ IPoA 4.6.1 Lý do sử dụng cụng nghệ IPoA
Như phõn tớch ở phần trờn ta thấy, cụng nghệ ATM đó đúng vai trũ chủ đạo trong thiết kế mạng từ cuối những năm 1980 do tốc độ và khả năng cung cấp chất lượng dịch vụ của nú. Ngày nay, cỏc cụng nghệ mạng khỏc như Gigabit Ethernet và chuyển mạch đa lớp cú khả năng cung cấp cỏc lợi ớch về hiệu năng mạng và tiện dụng hơn ATM. Tuy nhiờn, ATM vẫn được cài đặt trong nhiều mụi trường vỡ khả năng cung cấp chất lượng dịch vụ của và hỗ trợ việc thiết kế lưu lượng. Bờn cạnh đú, cụng nghệ mạng Internet IP đó được sử dụng rất phổ biến và trở thành một khỏi niệm rất quen thuộc với những người làm cụng nghệ thụng tin hay điện tử viễn
thụng và với cả những người sử dụng. Cú rất nhiều dịch vụ mới được xõy dựng dựa trờn cụng nghệ IP như VPN, VoIP, MPLS… (chương 2). Vỡ vậy, việc chồng phủ cụng nghệ IP trờn nền cụng nghệ ATM (cụng nghệ IP trờn nền ATM- IPoA) đang tỡm hiểu và triển khai rộng rói.
Tuy nhiờn, trước khi bắt tay vào triển khai cụng nghệ IPoA ta cần lưu ý:
Kết nối ATM là kết nối cú định hướng cú nghĩa là chỳng phải thiết lập kết nối trước, và tất cả dữ liệu giữa chỳng được gửi theo đường kết nối đú. Ngược lại, kết nối IP là kết nối khụng định hướng. Mỗi gúi tin IP được chuyển đi bởi cỏc router một cỏch độc lập. Như vậy, khi cần chuyển lưu lượng IP qua mạng ATM, chỳng ta cú hai lựa chọn: hoặc một kết nối mới được thiết lập theo yờu cầu giữa hai bờn, hoặc dữ liệu được truyền thụng qua cỏc kết nối được cấu hỡnh trước. Với phương phỏp đầu tiờn, khi lượng dữ liệu được truyền là nhỏ, giỏ thành cao để thiết lập và huỷ bỏ một kết nối là khụng thể bào chữa. Bờn cạnh đú, với phương phỏp thứ hai, cỏc đường được cấu hỡnh trước khụng thể là đường tối ưu và cú thể bị quỏ tải bởi lượng dữ liệu truyền qua.
Chất lượng dịch vụ QoS là một khỏi niờm quan trọng trong cỏc mạng ATM. Nú bao gồm cỏc thụng số như cỏc yờu cầu trễ và băng thụng của một kết nối. Cỏc yờu cầu như vậy chứa trong cỏc bản tin bỏo hiệu được sử dụng để thiết lập một kết nối. IP hiện tại (IPv4) khụng cú cỏc khỏi niệm này và mỗi gúi tin được chuyển dựa vào best-effort (chuyển đi ngay khi đường truyền rỗi) bởi cỏc router. Để lợi dụng cỏc lợi thế về chất lượng dịch vụ của cỏc mạng ATM, giao thức IP cần được thay đổi để chứa thụng tin đú
4.6.2 Cỏc mụ hỡnh IP trờn nền ATM
4.6.2.1 Mụ hỡnh ngang hàng
Để chạy IP trờn nền cỏc mạng ATM, đầu tiờn chỳng ta cần hiểu cỏch liờn kết cỏc lớp giao thức ATM với cỏc lớp giao thức TCP/IP. Người ta đề xuất hai mụ hỡnh,
mụ hỡnh ngang hàng và mụ hỡnh chồng phủ. Mụ hỡnh ngang hàng xem lớp ATM như một lớp mạng ngang hàng với IP và đề xuất việc sử dụng cựng một hệ thống định địa chỉ như IP cho hệ thống cuối gắn với ATM. Cỏc yờu cầu bỏo hiệu ATM sẽ bao gồm cỏc địa chỉ IP và cỏc chuyển mạch trung gian sẽ gửi cỏc yờu cầu đú bằng cỏch sử dụng cỏc giao thức định tuyến sẵn cú như OSPF. Tuy nhiờn hệ thống này
khụng được sử dụng bởi vỡ mặc dự nú đơn giản hoỏ việc định địa chỉ cho cỏc hệ thống cuối, nhưng nú lại làm phức tạp thiết kế của cỏc chuyển mạch ATM với việc yờu cầu chỳng cú tất cả cỏc chức năng của một router IP. Hơn thế nữa, nếu mạng ATM đú cũng hỗ trợ cỏc giao thức lớp mạng khỏc như IPX hoặc Appletal k, thỡ chuyển mạch đú phải hiểu tất cả cỏc giao thức định tuyến của chỳng
4.6.2.2 Mụ hỡnh chồng phủ
Mụ hỡnh chồng phủ, xem ATM như một giao thức lớp liờn kết dữ liệu, giao thức IP chạy ở phớa trờn nú. Trong mụ hỡnh chồng phủ, cỏc mạng ATM sẽ cú hệ thống định địa chỉ và cỏc giao thức định tuyến riờng của nú. Khụng gian địa chỉ ATM và khụng gian địa chỉ IP khụng phải là một cặp logic, khụng cú sự ỏnh xạ số học giữa chỳng. Mỗi hệ thống đầu cuối sẽ cú một địa chỉ ATM và một địa chỉ IP riờng. Vỡ khụng cú việc ỏnh xạ giữa hai địa chỉ này, cỏch duy nhất chuyển đổi giữa chỳng là thụng qua cỏc giao thức phõn giải địa chỉ. Với mụ hỡnh chồng phủ, cú hai cỏch quan trọng để chạy IP trờn nền ATM. Một là xem ATM như một mạng LAN và cỏc chia một mạng ATM thành cỏc mạng con logic bao gồm cỏc hệ thống đầu cuối với cựng tiờn tố IP. Người ta gọi đú là mụ hỡnh IP truyền thống trờn nền ATM (CIP - Classical IP over ATM). Trong Classical IP over ATM, cỏc hệ thống đầu cuối trong cựng một mạng con logic liờn lạc với nhau thụng qua c ỏc kết nối ATM từ đầu cuối đến đầu cuối và giống trong một LAN, cỏc mỏy chủ ARP được sử dụng trong cỏc mạng con logic để phõn giải cỏc địa chỉ IP sang cỏc địa chỉ ATM. Tuy nhiờn, lưu lượng giữa cỏc hệ thống đầu cuối trong cỏc mạng con logic khỏc nhau phải đi qua một router cho dự chỳng được gắn vào cựng mạng ATM đú. Đõy là điều khụng mong muốn vỡ cỏc router cú độ trễ cao và là cỏc nỳt cổ chai băng thụng. Giao thức phõn giải trạm kế tiếp (NHRP) từng bước giải quyết vấn đề này. Khi làm việc trong một mạng ATM được chia thành cỏc mạng con logic, nú cho phộp một hệ thống đầu cuối trong một mạng con phõn giải địa chỉ ATM (từ địa chỉ IP) của một hệ thống đầu cuối trong mạng con logic khỏc và thiết lập một kết nối ATM từ đầu cuối đến đầu cuối, gọi là một đường tắt (short-cut), giữa chỳng. Phương phỏp khỏc sử dụng một mạng ATM để giả lập cỏc giao thức LAN phổ biến như Ethernet hoặc token ring. IP chạy trờn nền của nú giống như chạy trờn nền Ethernet hoặc token ring. Cỏi này gọi là giả lập LAN (LANE-LAN Emulation). LANE cho phộp cỏc ứng dụng IP hiện tại chạy trờn một mạng ATM mà khụng phải sửa đổi. Điều này sẽ đẩy
nhanh việc sử dụng cỏc mạng ATM. Tuy nhiờn, giống như trong IP cổ điển trờn nền ATM, lưu lượng giữa cỏc mạng LAN giả lập (ELAN) khỏc nhau vẫn cần đi qua một router. Kết hợp giữa LANE và NHRP, đa giao thức trờn ATM (MPOA) giải quyết được vấn đề bằng cỏch tạo ra cỏc đường tắt để trỏnh đi qua cỏc router giữa cỏc ELAN.
4.6.2.3 PAR (PNNI Augmented Routing) và I-PNNI (Intergrated-PNNI)
Với cỏc khỏi niệm ở trờn, ATM và IP mỗi cỏi chạy trờn một giao thức định tuyến riờng. Đối với ATM, đú là PNNI (Private Network to Network Interface) và đối với IP là OSPF. Với IP, cỏc router khụng biết về topology bờn trong của mạng ATM, và với ATM, cỏc chuyển mạch khụng phõn biệt gi ữa một ATM- được gắn với router và một hệ thống ATM đầu cuối. Đụi khi người ta muốn cỏc router hiểu cỏc giao thức định tuyến của ATM đề tớnh toỏn cỏch thiết lập cỏc kết nối ATM với cỏc router khỏc. Kết quả là ra đời giao thức PAR, trong đú cỏc router gắn vào ATM được đối xử như một chuyển mạch ATM và trao đổi thụng tin về cấu hỡnh và tuyến đường giữa cỏc chuyển mạch và cỏc router khỏc. Một phương phỏp khỏc, được gọi là PNNI tớch hợp (I-PNNI), đề xuất việc sử dụng PNNI như một giao thức độc lập được sử dụng trong một mạng cú cả cỏc chuyển mạch và cỏc router.
4.6.3 IP truyền thống trờn ATM, NHRP, và IP Multicast trờn ATM
4.6.3.1 IP truyền thống trờn ATM