Kỹ thuật hiện thời
Yờu cầu đối với B - ISDN
CM kờnh CM gúi Truyền dẫn STM
Giao diện UNI tốc độ cao
Tốt Kộm Tốt
Cỏc dịch vụ VBR và UBR
Kộm Tốt Kộm
Hiệu quả sử dụng tài nguyờn
Kộm Tốt Kộm
Nhu cầu mới sẽ phỏt sinh trong tương lai
? ? ?
ATM & B - ISDN.
Kiến trỳc mạng đồng nhất.
Tốc độ bớt thay đổi ( băng rộng và VBR ). Hiệu suất sử dụng tài nguyờn cao.
Giỏ thành rẻ và bảo vệ đầu tư.
Yờu cầu của khỏch hàng Cụng nghệ
Lưu lượng kiểu dũng và đột biến Chất lượng truyền dẫn và QOS cao Dịch vụ phong phỳ
Giỏ thành rẻ, tiện sử dụng. Toàn cầu hoỏ.
1. IC LSI &VLSI.
2. Xử lý số ( SPC và mỏy tớnh ) 3. Cỏp sợi quang.
Như vậy, cả kỹ thuật chuyển mạch gúi và kỹ thuật chuyển mạch kờnh đều khụng thể đỏp ứng được yờu cầu của B-ISDN. Nhưng nếu kết hợp cả hai loại kỹ thuật này thỡ hoàn toàn cú khả năng đỏp ứng được yờu cầu của B - ISDN.
Về truyền dẫn thỡ chế độ truyền tải cũng phải đỏp ứng được cỏc yờu cầu đó nờu ra như sau:
Tốc độ cao tại UNI cho cả N-ISDN (tốc độ thấp) lẫn B-ISDN (tốc độ cao). Sử dụng cho cả hai loại lưu lượng khỏc nhau và kiểu dũng cho điện thoại, Video và kiểu bú cho số liệu tương tỏc.
Đạt hiệu quả sử dụng tài nguyờn của mạng cao.
Cú tớnh nhạy cảm cao về chất lượng đối với độ trễ hay là yờu c ầu về thời gian thực và tổn thất bit.
Cú khả năng đỏp ứng được cỏc nhu c ầu phỏt sinh trong tương lai.
Đối chiếu với cỏc yờu cầu này thỡ chế độ truyền tải đồng bộ STM và cả kỹ thuật chuyển mạch hiện thời đều khụng thể đỏp ứng được yờu cầu này.
Từ những phõn tớch trờn ta đi đến sự lựa chọn một giải phỏp cuối cựng là: Kết hợp cỏc ưu điểm, khắc phục cỏc nhược điểm của cả hai kỹ thuật chuyển mạch kờnh và chuyển mạch gúi và sử dụng ATDM để đỏp ứng yờu cầu của B-ISDN. Đõy chớnh là ý tưởng khoa học, là bản chất của cụng nghệ ATM. Với ATM, độ rộng dải tần sử dụng cú thể được gỏn năng động theo yờu cầu. ATM cú lợi thế là đạt được kết quả một cỏch ổn định đối với cỏc dịch vụ mới bựng nổ, song nú vẫn đảm bảo được cỏc dịch vụ cú tốc độ bit chấp nhận được
4.3 Cơ sở về ATM [1]4.3.1 ATM là gỡ? 4.3.1 ATM là gỡ?
ATM là kỹ thuật truyền dẫn khụng đồng bộ, cú tớnh kết nối, chuyển mạch tốc độ cao và ghộp kờnh kết hợp cho B-ISDN. Một trong những tiến bộ của ATM là dựa trờn cỏc chuẩn, và điều này đó làm cho cỏc thiết bị ATM cú thể vận hành được một cỏch dễ dàng. Một tiến bộ nữa của cụng nghệ này là cú thể điều khiển được tất cả cỏc kiểu lưu lượng (tiếng núi, hỡnh ảnh, đa phương tiện…) theo một cỏch đồng nhất. Để hỗ trợ cho cỏc mụi trường đa dịch vụ này, ATM cố gắng giải quyết hầu hết cỏc yờu cầu đ ặc trưng c ủa từng kiểu lưu lượng theo cỏc khớa cạnh của mạng ATM.
Như vậy, ATM cú được sức mạnh của cả ghộp kờnh phõn chia thời gian (TDM) và ghộp kờnh thống kờ, đồng thời trỏnh được cỏc nhược điểm của chỳng. Giống như trong ghộp kờnh thống kờ, ATM sử dụng cú hiệu quả tài nguyờn mạng. Tuy nhiờn, ATM khỏc với ghộp kờnh thống kờ ở chỗ nú cú thể điều khiển cả cỏc ứng dụng thời gian thực và những ứng dụng khụng đũi hỏi thời gian thực. Phần sau ta sẽ khảo sỏt kiến trỳc mạng B-ISDN, đõy chớnh là chỡa khoỏ để tỡm hiều về mạng ATM.
4.3.2 Lợi ớch của ATM
ATM khắc phục những nhược điểm và tận dụng ưu điểm của chuyển mạch kờnh, chuyển mạch gúi tạo ra những lợi ớch như sau:
Chuyển mạch phần cứng với hiệu suất cao Băng thụng động cho lưu thụng liờn tục Hỗ trợ lớp dịch vụ cho đa truyền thụng Khả năng mở rộng mạng và nõng cao tốc độ Sử dụng được cho cả LAN và WAN
Cơ hội cho sự đơn giản hoỏ cấu trỳc kờnh ảo (VC) Tuõn theo chuẩn quốc tế
4.3.3 Cấu trỳc cơ bản của một tế bào ATM
ATM truyền dẫn cỏc thụng tin trong một đơn cị cú kớch thước cố định được gọi là tế bào. Mỗi tế bào bao gồm 53 byte. 5 byte đầu tiờn chứa thụng tin của phần tiờu đề, 48 byte cũn lại chứa tải tin (thụng tin của người sử dụng). Cỏc tế bào cú
kớch thước nhỏ và cố định rất phự hợp cho việc truyền tiếng núi và hỡnh ảnh bởi vỡ cỏc thụng tin như vậy khụng cho phộp trễ gõy ra bởi việc chờ đợi trong khi tải những gúi dữ liệu cú kớch thước lớn.
5 48
P hần tiờu đề Tải tin
Hỡnh 4.1: Cấu trỳc cơ bản của một tế bào ATM
Phần tiờu đề của tế bào ATM cú thể là một trong hai cấu trỳc: UNI và NNI. Phần tiờu đề UNI được sử dụng để giao tiếp giữa hai bộ chuyển mạch ATM. Hỡnh-4 mụ tả cấu trỳc của tế bào ATM cơ bản, cấu trỳc phần tiờu đề của tế bào ATM UNI và cấu trỳc của phần tiờu đề tế bào ATM NNI.
Hỡnh 4.2 Cấu trỳc tế bào ATM, UNI và NNI
Khụng giống như UNI, phần tiờu đề tế bào NNI khụng cú trường điều khiển luồng chung (GFC). Thay vào đú nú cú trường nhận biết đường ảo (VPI) chiếm 12 bit đầu tiờn cho phộp kết nối cỏc đường trục lớn hơn giữa cỏc bộ chuyển mạch ATM cụng cộng.
Ngoài trường GFC và VPI cũn một vài trường khỏc cũng được sử dụng trong phần tiờu đề của tế bào ATM như mụ tả trong hỡnh vẽ. Dưới đõy sẽ trỡnh bày một số chức năng của cỏc trường.
Điều khiển luồng chung – Generic Flow Control (GFC) – cung cấp
đơn lẻ. Trường này thường khụng được sử dụng và được đặt với giỏ trị mặc định là 0 (số nhị phõn là 0000).
Nhận biết tuyến ảo – Virtual Path Indentifier (VPI) – Cựng với VCI, trường này xỏc định đớch tiếp theo của một tế bào khi nú được truyền qua một loạt cỏc chuyển mạch ATM trờn đường tới đớch.
Nhận biết kờnh ảo – Virtual Channel Identifier (VCI) – Cựng với
VPI, trường này trường này xỏc định đớch tiếp theo của một tế bào khi nú được truyền qua một loạt cỏc chuyển mạch ATM trờn đường tới đớch.
Dạng tải tin – Payload Type (PT) – Bit đầu tiờn cho biết tế bào chứa
dữ liệu của người dựng hay dữ liệu điều khiển. Nếu chứa dữ liệu người sử dụng, bit này được đặt là 0. Nếu chứa dữ liệu điều khiển, bit được dặt là 1. Bit thứ hai cho biết sự tắc nghẽn (0: khụng tắc nghẽn, 1: cú tắc nghẽn). Bit thứ 3 cho biết tế bào này cú phải là tế bào cuối cựng trong chuỗi cỏc tế bào của một khung AAL5 đơn hay khụng (1: là tế bào cuối cựng của khung).
Quyền ƣu tiờn loại bỏ của tế bào – Cell Loss Priority (CLP) - Chỉ ra
rằng tế bào cần phải được loại bỏ nếu nú gặp phải tỡnh trạng tắc nghẽn nghiờm trọng khi lưu thụng trờn mạng. Những tế bào cú bit CLP bằng 1được ưu tiờn loại bỏ hơn là cỏc tế bào cú bit CLP bằng 0.
Điều khiển lỗi phần tiờu đề – Header Error Control (HEC) – Tớnh
toỏn tổng kiểm tra 4 byte đầu tiờn của phần tiờu đề. HEC cú thể sửa lỗi đơn bit, do đú giữ lại cỏc tế bào chứ khụng loại bỏ nú.
4.3.4 Mụ hỡnh tham chiếu ATM
Cấu trỳc ATM sử dụng một mụ hỡnh logic để diễn tả cỏc chức năng mà nú hỗ trợ. Chức năng của ATM tương đương với lớp vật lý và một phần của lớp liờn kết dữ liệu trong mụ hỡnh tham chiếu OSI.
Mụ hỡnh tham chiếu ATM bao gồm cỏc mảng sau, trải đều trờn cỏc lớp: Điều khiển - chịu trỏch nhiệm về việc phỏt và quản lý cỏc yờu cầu bỏo
hiệu.
Quản lý - bao gồm hai bộ phận:
o Bộ phận quản lý lớp quản lý cỏc chức năng riờng của lớp như phỏt hiện lỗi và cỏc vấn đề về giao thức.
o Bộ phận quản lý phiờn quản lý và phối hợp cỏc chức năng liờn quan đến một hệ thống hoàn chỉnh
Mụ hỡnh tham chiếu ATM bao gồm cỏc lớp sau:
Lớp vật lý – tương tự với lớp vật lý của mụ hỡnh OSI, lớp vật lý của ATM quản lý cỏc vấn đề liờn quan đến sự truyền dẫn trờn đường truyền.
Lớp ATM - kết hợp với lớp thớch nghi ATM, lớp ATM tương tự như lớp liờn kết dữ liệu trong mụ hỡnh tham chiếu OSI. Lớp ATM chịu trỏch nhiệm về sự chia sẻ đồng thời của cỏc kờnh ảo tren tuyến kết nối vật lý (hợp kờnh tế bào) và chuyển tiếp tế bào qua mạng ATM. Để làm được điều này thỡ nú phải sử dụng cỏc thụng tin VPI và VCI trong phần tiờu đề của mỗi tế bào ATM.
Lớp thớch nghi ATM (AAL) - Kết hợp với lớp ATM, lớp thớch nghi ATM tương tự như lớp liờn kết dữ liệu của mụ hỡnh OSI. Lớp AAL chịu trỏch nhiệm về cỏc giao thức lớp cao hơn từ những chi tiết của cỏc quỏ trỡnh ATM. Lớp này chuẩn bị dữ liệu của người sử dụng để chuyển vào cỏc tế bào và chia dữ liệu thành cỏc tải tin 48 byte của tế bào.
Hỡnh 4.3: Mụ hỡnh tham chiếu ATM
4.4 Cỏc dịch vụ ATM
Hiện cú 3 loại hỡnh dịch vụ của ATM, đú là kờnh ảo cố định – permanent virtual circuit (PVC), kờnh ảo chuyển mạch – switched virtual circuit (SVC) và
dịch vụ khụng hướng kết nối (tương đương với SMDS).
PVC cho phộp kết nối trực tiếp giữa hai địa điểm. Bằng cỏch này, PVC giống như một đường dõy thuờ bao. Với cỏc ưu điểm của minh, PVC đảm bảo tớnh sẵn sàng của một kết nối và khụng yờu cầu thủ tục thiết lập cuộc gọi giữa hai thiết bị chuyển mạch. Những nhược điểm của PVC là kết nối tĩnh và cài đặt bằng tay. Mỗ i thiết bị nằm giữa nguồn và đớch đều phải được cài đặt bằng tay cho kết nối PVC. Hơn nữa, PVC khụng cú khả năng phục hồi.
SVC được thiết lập và giải phúng động, nú chỉ được duy trỡ và sử dụng khi dữ liệu được truyền. Nghĩa là nú tương đương như một cuộc gọi điện thoại. Điều khiển cuộc gọi động đũi hỏi một giao thức bỏo hiệu giữa thiết bị đầu cuối ATM và chuyển mạch ATM. Những ưu điểm của SVC là kết nối linh hoạt và thiết lập cuộc gọi cú thể được thực hiện một cỏch tự động bởi cỏc thiết bị mạng. Nhược điểm là tốn thờm thời gian để thiết lập kết nối.
Một vài cặp VPI/VCI được dành riờng cho cỏc chức năng đặc biệt là: (VPI, VCI) = (0, 5): dành cho bỏo hiệu.
(VPI, VCI) = (0, 16): dành cho giao diện quản lý vựng tớch hợp. (VPI, VCI) = (0, 17): phục vụ mụ phỏng cấu hỡnh mạng LAN. (VPI, VCI) = (0, 18): giao diện mạng – mạng cỏ nhõn.
(VPI, VCI) = (0, 19) và (0, 20): dành riờng nhưng chưa được sử dụng
4.4.2 Kết nối ATM ảo
Mạng ATM dựa trờn nền tảng kết nối định hướng, nghĩa là một kờnh ảo phải được thiết lập xuyờn qua mạng ATM trước khi dữ liệu được truyền.
Cú hai loại kết nối ATM: tuyến ảo – Virtual Path (VP) được xỏc định bởi bộ nhận biết tuyến ảo (VPI), và kờnh ảo – Virtual Channel (VC), được nhận biết bởi sự kết hợp của VPI và bộ nhận biết kờnh ảo (VCI). Một tuyế n ảo là một tập hợp cỏc kờnh ảo, tất cả đều được chuyển mạch xuyờn qua mạng ATM trờn cơ sở một VPI chung. Tuy nhiờn, tất cả cỏc VPI và VCI chỉ cú ý nghĩa cục bộ khi thiết lập trờn mỗi tuyến kết nối cụ thể và được ỏnh xạ trờn mỗi thiết bị chuyển mạch khi thớch hợp.
Kờnh ảo và tuyến ảo sẽ được truyền dẫn trờn một đường truyền vật lý như hỡnh vẽ sau:
Hỡnh 4.4: Cỏc VC kết hợp lại để tạo thành VP
4.4.3 Chuyển mạch tuyến ảo và kờnh ảo
Mạng ATM cú thể cung cấp dịch vụ đường ảo hoặc dịch vụ kờnh ảo hoặc cả hai. Trong mạng cung cấp dịch vụ tuyến ảo, khi thiết bị chuyển mạch nhận một tế bào với nhận dạng tuyến ảo và nhận dạng kờnh ảo cho trước, nú tỡm kiếm trong bảng tra cứu để xỏc định giỏ trị nhận dạng tuyến ảo nào được thay đổi và hướng tới thiết bị chuyển mạch hoặc hệ thống đầu cuối tiếp theo. Giỏ trị nhận dạng kờnh ảo thỡ khụng được đặt lại. Loại chuyển mạch này được gọi là chuyển mạch tuyến ảo (Virtual Path Switching).
Trong mạng cung cấp dịch vụ kờnh ảo, khi thiết bị chuyển mạch nhận một tế bào với nhận dạng tuyến ảo và nhận dạng kờnh ảo cho trước, nú sẽ gỏn cỏc giỏ trị nhận dạng tuyến ảo và kờnh ảo mới cho tế bào trước khi đưa tới thiết bị chuyển mạch hoặc hệ thống đầu cuối tiếp theo. Loại chuyển mạch này gọi là chuyển mạch kờnh ảo (Virtual Channel Switching) .
VPI1 VPI2 VPI4 VPI3 VCI1 VCI2 VCI3 VCI1 VCI2 VCI3 VCI1 VCI2 VCI3 VCI1 VCI2 VCI3 a. Tuyến ảo (VP) VPI3 VPI4 VPI1 VPI5 VPI2 VCI1 VCI2 VCI3 VCI1 VCI2 VCI3 VCI3 VCI4 VCI1 VCI2 VCI1 VCI2 VCI3 VCI4 b. Kờnh ảo (VC)
Trong hỡnh 4.5a, cỏc kờnh ảo chứa cỏc nhận dạng kờnh ảo của chỳng và sau đú nhận dạng tuyến ảo được đặt lại một giỏ trị mới. Mặt khỏc trong hỡnh 4.5b, mỗi kờnh ảo được đặt lại cả giỏ trị nhận dạng kờnh ảo và nhận dạng tuyến ảo.
Một kờnh ảo thực chất xỏc định khả năng truyền đơn hướng cho cỏc tế bào ATM. Một liờn kết kờnh ảo (VC Link) là một phương tiện đơn hướng để truyền tải cỏc tế bào ATM giữa hai thực thể ATM liờn tiếp nơi mà giỏ trị VCI được gỏn và được đặt lại hoặc bị xoỏ bỏ. Điều này cú nghĩa là một liờn kết kờnh ảo được định nghĩa giữa hai thực thể chuyển mạch VC và giữa một hệ thống đầu cuối ATM và một chuyển mạch VC. Một tập hợp cỏc liờn kết kờnh ảo được gọi là một kết nối kờnh ảo – Virtual Channel Connection (VCC). Tương tự, một liờn kết kờnh ảo (VC link) là một phương tiện đơn hướng để truyền tải cỏc tế bào ATM giữa hai thực thể ATM liờn tiếp nơi mà giỏ trị VCI được gỏn và được đặt lại hoặc bị xoỏ bỏ. Do đú, một liờn kết tuyến ảo được định nghĩa giữa một hệ thống đầu cuối ATM và một chuyển mạch VC, giữa một chuyển mạch VC và một chuyển mạch VP, và giữa hai chuyển mạch VP liờn tiếp. Một tập hợp cỏc liờn kết tuyến ảo gọi là một kết nối tuyến ảo – Virtual Path Connection (VPC)
Hoạt động cơ bản của một thiết bị chuyển mạch ATM là chuyển tiếp dữ liệu. Khi nhận được tế bào với giỏ trị VCI và VPI cho trước, thiết bị chuyển mạch tỡm kếm giỏ trị kết nối trong bảng dịch nội bộ để xỏc định cổng ra của kết nối và giỏ trị VPI/VCI mới của kết nối trờn tuyến đú. Sau đú nú chuyển tế bào đến tuyến ra với kết nối thớch hợp. Vỡ cỏc giỏ trị VCI và VPI chỉ cú ý nghĩa cục bộ trờn một tuyến kết nối cụ thể nờn cỏc giỏ trị này được ỏnh xạ trờn mỗi thiết bị chuyển mạch nếu cần.
4.4.4 Cỏc lớp dịch vụ ATM
ATM là phương thức kết nối định hướng cho phộp người sử dụng xỏc định tài nguyờn cần thiết trờn mỗi kết nối động (SVC). Cú 5 lớp dịch vụ được định nghĩa cho ATM. Thụng số chất lượng dịch vụ được túm tắt trong Bảng 1.