C rs(r,s) là giỏ của liờn kết từ r tới s, Tớnh toỏn:
KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH TIấN TIẾN
4.2 KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH ATM
4.2.1. Mụ hỡnh phõn lớp ATM
Cụng nghệ truyền tải khụng đồng bộ ATM là kĩ thuật chuyển mạch gúi tốc độ cao được ITU-T thụng qua như là cỏc chuẩn ghộp kờnh và chuyển mạch cho mạng số tớch hợp đa dịch vụ băng rộng B-ISDN (Broadband Integrated Service Digital Network). ATM sử dụng cỏc gúi cú độ dài cố định được gọi là cỏc tế bào để mang cỏc lưu lượng thoại, dữ liệu, video và đa phương
tiện. ATM được xem là cụng nghệ đầu tiờn cung cấp băng thụng theo yờu cầu và cho phộp
nhiều người dựng tối ưu tài nguyờn mạng bằng cỏch chia sẻ băng thụng một cỏch hiệu quả.
Hỡnh 4.4 dưới đõy chỉ ra mụ hỡnh tham chiếu của ATM với mụ hỡnhB-ISDN và so sỏnh với mụ hỡnh OSI. Mụ hỡnh tham chiếu của ATM chia thành cỏc mặt bằng và cỏc lớp.
a, Cỏc mặt bằng của mụ hỡnh tham chiếu B-ISDN. (i) Mặt bằng quản lý
Thực hiện hai chức năng chớnh: Đầu tiờn là chức năng quản lý lớp được chia thành cỏc lớp khỏc nhau nhằm thực hiện cỏc chức năng liờn quan tới nguồn thụng tin và cỏc tham số của cỏc
thực thể giao thức tại cỏc lớp; tiếp theo là quản lý mặt bằng: Liờn quan đến quản lý toàn bộ hệ thống và phối hợp cỏc mặt bằng với nhau. Trong khi quản lý mặt bằng khụng cú cấu trỳc phõn lớp thỡ quản lý lớp lại cú cấu trỳc phõn lớp.
Hỡnh 4.5: Mụ hỡnh tham chiếu của ATM-BISDN và OSI (ii) Mặt bằng người dựng
Thực hiện truyền thụng tin của người sử dụng từ nguồn đến đớch trong phạm vi của mạng, cỏc dịch vụ cú thể là thoại, số liệu, hỡnh ảnh. Thực hiện cỏc chức năng lớp cao như điều khiển luồng, điều khiển tắc nghẽn, chống lỗi. Ngoài ra mặt phẳng người dựng cũng cú cấu trỳc phõn lớp, mỗi lớp thực hiện một chức năng riờng biệt liờn quan tới việc cung cấp một loại dịch vụ cho người dựng.
(iii) Mặt bằng điều khiển và bỏo hiệu
Thực hiện cỏc chức năng như: Điều khiển kết nối, xử lý cuộc gọi và cỏc chức năng bỏo hiệu liờn quan đến việc thiết lập, duy trỡ, giỏm sỏt và giải phúng kết nối.
b, Cỏc lớp của mụ hỡnh tham chiếu ATM với OSI (i) Lớp vật lý
Lớp vật lý được chia thành 2 lớp con, lớp con mụi trường vật lý PM (Physic Medium) và lớp
con hội tụ truyền dẫn TC (Transmisiom Convergence).
Lớp con mụi trường vật lý PM là lớp thấp nhất, cú chức năng phụ thuộc vào mụi trường truyền dẫn vật lý cụ thể, bao gồm khả năng thu/phỏt cỏc tớn hiệu, đồng chỉnh bit, mó hoỏ, giải mó, biến đổi quang-điện/điện-quang,… Lớp này thực hiện cỏc chức năng chớnh như: Cung cấp khả năng truyền dẫn bit, mó hoỏ dũng bit theo mó đường truyền và đồng bộ bit. Trong chế độ hoạt động bỡnh thường, việc đồng bộ thường dựa trờn cỏc đồng bộ thu qua giao diện. Ngoài ra, cũng cú thể sử dụng hệ thống đồng bộ riờng trong trường hợp truyền dẫn tế bào.
Lớp con hội tụ truyền dẫn TC thực hiện cỏc chức năng sau:
Phối hợp tốc độ tế bào; nhằm phối hợp cỏc luồng lưu lượng tế bào đến khỏc nhau để
đảm bảo tốc độ luồng chung thụng qua cỏc việc chốn cỏc tế bào rỗi khụng mang thụng
tin.
Tạo và xỏc nhận dóy HEC; Tạo ra cỏc mó xỏc nhận cho cỏc tế bào hợp lệ.
Thớch ứng khung truyền dẫn; Tạo cỏc luồng dữ liệu thớch ứng với cỏc cụng nghệ truyền dẫn khỏc nhau.
Tạo và khụi phục khung truyền dẫn. Đõy là chức năng của cỏc thiết bị kết cuối mạng nhằm tạo ra cỏc khung dữ liệu sử dụng trong cỏc hệ thống truyền dẫn khỏc nhau.
(ii) Lớp ATM
Lớp ATM là lớp nằm ngay trờn lớp vật lý trong mụ hỡnh giao thức B-ISDN và cụng nghệ ATM chủ yếu thể hiện ở lớp này. Chức năng chớnh của lớp ATM là: Xử lý định tuyến cỏc cuộc gọi dựa vào VPI/VCI và chức năng chuyển mạch nhằm đảm bảo cho quỏ trỡnh truyền tải thụng tin từ nguồn tới đớch đỏp ứng cỏc yờu cầu về chất lượng dịch vụ và nõng cao hiệu quả cỏc
phương phỏp kỹ thuật truyền dẫn được sử dụng.
Lớp ATM sẽ đảm trỏch việc tạo và thẩm tra tế bào khi lớp bờn trờn như AAL (Adaptive Atm Layer) đưa thụng tin xuống để truyền đi qua mạng. Ngoài ra lớp ATM cũn cú chức năng
điều khiển luồng GFC, chức năng đa hợp và giải đa hợp cỏc luồng tế bào ở hai đầu phỏt và thu
khi cỏc luồng tế bào từ nhiều nguồn khỏc nhau đi trờn cựng một liờn kết.
(iii) Lớp tương thớch ATM (AAL)
Lớp tương thớch ATM (AAL) là lớp liờn kết lớp ATM với lớp ứng dụng. Cỏc chức năng lớp AAL do cỏc thiết bị đầu cuối hoặc thiết bị tương thớch tại giao diện người dựng đảm nhiệm. Trong mạng ATM, phần mạng xử lý cỏc chức năng lớp ATM hoàn toàn độc lập với cỏc dịch vụ truyền thụng trong mạng. Cú nghĩa là thụng tin khỏch hàng được truyền một cỏch trong suốt qua mạng ATM, mạng khụng tham gia xử lý thụng tin và cũng khụng được biết về cấu trỳc số liệu truyền đi. Điều này được gọi là tớnh chất độc lập về nội dung. Một đặc tớnh khỏc của mạng ATM là tớnh độc lập về thời gian, nghĩa là trong mạng ATM tớn hiệu định thời của mạng độc
lập với tớn hiệu nhịp của cỏc ứng dụng (hoặc thiết bị) và mạng chấp nhận tất cỏc tốc độ. Chức năng lớp AAL phụ thuộc vào cỏc yờu cầu của cỏc lớp cao. Vỡ mạng ATM cú thể cho phộp đa dịch vụ, do vậy để mạng khụng quỏ phức tạp người ta đó nhúm cỏc dịch vụ cú cựng
một số đặc tớnh lại với nhau thành từng loại, nhằm đơn giản hoỏ giao diện trong ATM. Việc phõn loại AAL dựa trờn ba tham số là: Quan hệ thời gian giữa nguồn và đớch, Đặc tớnh về tốc
độ truyền và đặc tớnh về phương thức kết nối. (bảng 4.1)
Lớp A Lớp B Lớp C Lớp D
Quan hệ thời gian Đồng bộ Bất đồng bộ
Tốc độ bit Cố định Thay đổi
Kiểu kết nối Hướng kết nối Phi
kết nối
Kiểu AAL AAL 1 AAL 2 AAL 3/4 AAL 5
Kiểu ứng dụng Mụ phỏng kờnh
Video, thoại VBR
Data Bỏo hiệu, TCP/IP,FR
Bảng 4.1: Phõn loại cỏc dịch vụ lớp tương thớch ATM
Lớp AAL được chia thành 2 lớp con là: Lớp hội tụ CS (Convergence Service) và lớp cắt/ ghộp tế bào SAR (Segmentation Reassembly Sublayer).
CS thực hiện cỏc chức năng phối hợp và thớch ứng giữa lớp cao và lớp AAL như: Tạo cỏc thụng tin dịch vụ cho khỏch hàng lớp cao, điều khiển cỏc thủ tục đúng gúi/mở gúi
đối với cỏc CS-PDU. Lớp con CS lại cú thể được chia làm 2 thành phần là phần dịch
vụ riờng và phần dịch vụ chung.
Lớp cắt/ghộp tế bào SAR thực hiện chia nhỏ cỏc đơn vị dữ liệu PDU (Packet Data Unit) của cỏc lớp cao thành cỏc phần cú độ dài 48 byte tương ứng với trường dữ liệu
trong tế bào ATM. Tại đầu thu, SAR lấy thụng tin trong trường số liệu tế bào để khụi phục lại cỏc PDU ban đầu. Một điểm truy nhập dịch vụ lớp AAL là AAL-SAP (Service Application Point) cung cấp cỏc giao diện tới cỏc lớp cao hơn nhờ việc chuyển đổi cỏc tiền tố liờn quan AAL-PDU.
4.2.2. Nguyờn lý chuyển mạch ATM
Trước khi xem xột nguyờn lý trường chuyển mạch ATM, ta xem xột một số khỏi niệm mấu chốt liờn quan trực tiếp đến cơ chế điều hành chuyển mạch của cỏc trường chuyển mạch ATM. Mục này sẽ trỡnh bàycỏc khỏi niệm kờnh ảo VC, luồng ảo VP, chuyển mạch VC và VP và
nguyờn tắc chuyển mạch của trường chuyển mạch ATM. a, Kờnh ảo VC
Để thiết lập một kết nỗi giữa hai đầu cuối đũi hỏi sự kết hợp của một chuỗi nhiều liờn kết
với nhau từ nguồn cho tới đớch. Tổ hợp chuỗi cỏc liờn kết kờnh ảo được gọi là kết nối ảo VCC (Virtual Channel Connection). Việc quyết định khả năng sử dụng từng liờn kết phụ thuộc vào băng tần khỏch hàng yờu cầu và dung lượng cũn lại của liờn kết. Trong từng tế bào, kờnh ảo
được nhận dạng bởi giỏ trị VCI (Vitual channel Identifier), là một thành phần của phần tiờu đề
tế bào như đó chỉ ra trờn hỡnh 4.1.
Tại cỏc nỳt chuyển mạch, bảng định tuyến sẽ cung cấp cỏc thụng tin biờn dịch VCI cho từng tế bào khi được truyền tới. Thụng tin cần thiết của bảng này được cập nhật trong giai đoạn thiết lập cuộc gọi và giữ nguyờn trong suốt quỏ trỡnh cuộc gọi. Cỏc kết nối kờnh ảo cú thể dựng trong cỏc ứng dụng sau:
(i) Cỏc ứng dụng từ khỏch hàng tới khỏch hàng
Trong ứng dụng này, VCC được thiết lập giữa thiết bị đầu cuối khỏch hàng tại cỏc đầu của
kết nối. Thụng tin được tryền tải dưới dạng cỏc tế bào ATM giữa cỏc thiết bị đầu cuối khỏch hàng.
(ii) Cỏc ứng dụng khỏch hàng tới mạng
Trong ứng dụng này, VCC được thiết lập nối thiết bị đầu cuối của khỏch hàng với điểm nỳt
mạng và cung cấp truy nhập tới cỏc thành phần của mạng.
(iii) Cỏc ứng dụng mạng tới mạng
Trong ứng dụng này, VCC được thiết lập giữa hai điểm nỳt mạng. ứng dụng mạng - mạng của VCC gồm cả quản lý lưu lượng và định tuyến mạng.
Một số đặc tớnh của kết nối kờnh ảo gồm cú:
Khỏch hàng sử dụng VCC cú khả năng yờu cầu chất lượng dịch vụ xỏc định bởi cỏc tham số như tỷ lệ mất tế bào, biến thiờn độ trễ tế bào …
VCC được cung cấp trờn cơ sở yờu cầu trực tiếp hoặc bỏn cố định.
Trong VCC, thứ tự tế bào khụng thay đổi. Đõy là nguyờn lý cơ bản của ATM
Đối với từng VCC, cỏc tham số về dung lượng sẽ được thoả thuận giữa khỏch hàng và
mạng khi kết nối được thiết lập và sau đú cú thể thoả thuận lại.
Đối với việc gỏn cỏc giỏ trị VCI cú 4 phương phỏp được sử dụng: Do mạch gỏn, do khỏch hàng
gỏn, theo sự thoả thuận của khỏch hàng và mạng và theo phương phỏp được chuẩn hoỏ. Núi chung, giỏ trị VCI được gỏn độc lập với dịch vụ được cung cấp qua VC tương ứng. Tại NNI, VCI được gỏn trước trong cỏc trường hợp sau: Chỉ thị tế bào khụng được gỏn, chỉ thị tế bào lớp vật lý, chỉ thị bỏo hiệu Meta và chỉ thị bỏo hiệu quảng bỏ chung.
b, Đường ảo VP
Đường ảo là một tập cỏc kờnh ảo cú cựng điểm kết nối. Chuỗi cỏc liờn kết đường ảo liờn kết
với nhau hỡnh thành một kết nối đường ảo VPC (Virtual Path Connection) nối giữa hai điểm
kết cuối VPC (điểm kết cuối VPC là điểm mà ở đú cỏc VPI được hỡnh thành, biờn dịch và bị loại bỏ), hoặc trong cấu hỡnh điểm-đa điểm cú số điểm kết nối từ 2 trở lờn.
Khỏi niệm đường ảo VP dựng để chỉ cỏc đường nối logic trực tiếp (sử dụng bởi nhiều kờnh
ảo) giữa cỏc điểm chuyển mạch thụng qua cỏc điểm nối chộo trung gian.
Đường truyền ảo là hỡnh thức (đấu nối bỏn cố định hoặc chuyển mạch) tạo ra liờn kết cú
tớnh chất tương đương về mặt logic giữa hai nỳt chuyển mạch mà khụng cần thiết phải đấu nối trực tiếp bằng một liờn kết vật lý. Điều này cho phộp phõn biệt giữa cấu trỳc mạng vật lý và logic, đồng thời cho phộp sắp xếp lại cấu trỳc logic phự hợp cỏc yờu cầu về lưu lượng. Đường truyền ảo được phõn biệt bằng giỏ trị trường nhận dạng đường ảo VPI, là một tham số của tiờu
đề tế bào.
Cỏc bảng biờn dịch định tuyến tại cỏc nỳt chuyển mạch thực hiện biờn dịch giỏ trị VPI của từng tế bào khi thõm nhập vào cỏc bộ nối chộo. Tuy nhiờn, thụng tin đối với cỏc kờnh ảo thuộc
đường ảo này khụng bị xử lý. Tất cả cỏc kờnh ảo thuộc đường ảo sẽ được truyền tải trờn cựng
một đường ảo ở đầu ra.
c, Chuyển mạch VP và VC
Tại một số nỳt chuyển mạch, việc biờn dịch VPI được thực hiện cựng với việc biờn dịch VCI tạo nờn sự thay đổi của VCI và VPI. Hỡnh 4.6 chỉ ra 2 phương phỏp chuyển mạch theo kờnh ảo và theo luồng ảo.
Hỡnh 4.6: Chuyển mạch VP và VC
Dóy cỏc tế bào ATM được đảm bảo cho mỗi VCC trong phạm vi cựng một VPC. Cỏc tham số QoS như: độ tổn thất tế bào, biến thiờn độ trễ tế bào… sẽ được đảm bảo cho mỗi VCC. Tại
thời điểm thiết lập VCC, cỏc tham số lưu lượng khỏch hàng sẽ được xỏc định qua sự thoả hiệp giữa mạng và khỏch hàng và sau đú mạng sẽ giỏm sỏt cỏc tham số đú.
Tương tự như đối với cỏc kết nối ảo VCC, cỏc kết nối ảo VPC cú thể được dựng cho việc truyền thụng tin giữa khỏch hàng với khỏch hàng, giữa khỏch hàng với mạng và giữa mạng với khỏch hàng. Việc thiết lập và giải phúng VPC được thực hiện bằng cỏc thủ tục quản lý mạng, phụ thuộc vào việc cỏc VPC sẽ được gỏn hoặc được cung cấp khi cú nhu cầu. Khi đú việc thiết lập và giải phúng cỏc VPC theo nhu cầu cú thể được mạng hoặc khỏch hàng thực hiện.
d, Nguyờn tắc chuyển mạch và định tuyến trong nỳt mạng ATM
Chuyển mạch ATM thực hiện chức năng chuyển mạch cỏc tế bào ATM từ một đầu vào (trong số N đầu vào) đến một hay nhiều đầu ra (trong số M đầu ra) dựa trờn việc biờn dịch cỏc VPC và VCC. Bảng biên dịch Tiêu đề / Đ−ờng Đ−ờng vào Tiờu đềĐ−ờng ra Tiờu đề I1 In A B C A B D O1 OP O2 M N O O1 O2 O3 P Q R Bảng phiên dịch I2 In O1 O2 Op I1 Các Tiờu đề ra Các Tiờu đề vào C B A D B A M M P O Q Q N R R
Hỡnh 4.7: Nguyờn lý chuyển mạch ATM
Trờn hỡnh 4.7 cỏc tế bào ATM được chuyển mạch vật lý từ một đầu vào Ii (N) đến một đầu ra Oj (M), đồng thời một giỏ trị tiờu đề vào (A, B, C, …) được phiờn dịch sang một tiờu đề ra (M, N, O, …). ở mỗi đường vào và đường ra giỏ trị tiờu đề là duy nhất, nhưng trờn cỏc đường khỏc nhau cú thể cú cỏc tiờu đề như nhau (vớ dụ: A ở cỏc đường I1 và In). Tất cả cỏc tế bào cú
đầu đề A ở đường vào I1 đều được chuyển tới đầu ra O1 và đầu đề chỳng được phiờn dịch hay
chuyển đổi vào giỏ trị M. Cũn tất cả tế bào cú đầu đề A ở đường vào In được chuyển đến O1 nhưng đầu đề chỳng khi ra lại nhận giỏ trị là P. Mặt khỏc hai tế bào ở hai đầu vào khỏc nhau (Ii và In) đến chuyển mạch ATM cựng một lỳc và dự định ra cựng một đường ra O1, chuyển
mạch ATM khụng thể đồng thời đưa ra 2 tế bào này cựng một lỳc được. Để giải quyết vấn đề này chuyển mạch phải cú bộ nhớ đệm để lưu giữ cỏc tế bào chưa thể phục vụ và cho ra tế bào cú độ ưu tiờn cao nhất. Cỏc cơ chế đệm và kiểu trường chuyển mạch đó trỡnh bày trong chương 3.
Như vậy mỗi kết nối được xỏc định theo cỏc giỏ trị VPI riờng của mỗi VP trong từng chặng của đường truyền và giỏ trị VCI riờng của mỗi VC trong từng VP. Bước đầu tiờn để thiết lập
kết nối giữa cỏc đầu cuối là quỏ trỡnh xỏc định đường nối giữa thiết bị nguồn và thiết bị đớch. Quỏ trỡnh này kết thỳc với kết quả là xỏc định được cỏc chặng đường truyền dựng trong kết nối và cỏc giỏ trị nhận dạng của chỳng.
Cú hai phương thức định tuyến được sử dụng trong chuyển mạch ATM, đú là nguyờn tắc tự
dịch VPI/VCI cần phải thực hiện tại đầu vào của cỏc phần tử chuyển mạch sau khi biờn dịch xong tế bào sẽ được thờm phần mở rộng bằng một định danh nội bộ thể hiện rằng đó xử lý tiờu
đề của tế bào. Tiờu đề mới của tế bào được đặt trước nhờ nội dung của bản biờn dịch, việc tăng
thờm tiờu đề tế bào ở đõy yờu cầu tăng thờm tốc độ nội bộ của ma trận chuyển mạch. Ngay sau khi tế bào cú được định danh nội bộ, nú được định hướng theo nguyờn tắc tự định hướng. Mỗi cuộc nối từ đầu vào tới đầu ra cú một tờn nội bộ nằm trong ma trận chuyển mạch xỏc định.