Truyền thông đa phương tiện (Multimedia), đó là sự tích hợp thông tin các dạng khác nhau như văn bản, đồ họa, hình ảnh, âm thanh,.v.v... Tình hình đó đòi hỏi ngày càng phải có các công nghệ truyền dẫn hoạt động với tốc độ cao.
Các mạng dựa trên cơ sở X25 với thông lượng 64Kbps không thỏa mãn nhu cầu nêu trên. Trong khi chờ đợi sự cải thiện hiệu năng của X25, người ta tập trung vào tìm kiếm các công nghệ mới cho tương lai sao cho tăng tốc độ chuyển mạch tại các nút mạng.
Có hai kĩ thuật cơ bản là Frame Relay và Cell Relay (ATM). Điểm khác nhau cơ bản giữa hai kĩ thuật này là:
+ Frame Relay: dùng các đơn vị dữ liệu có kích thước thay đổi (khung).
+ Cell Relay: dùng các đơn vị dữ liệu có kích thước cố định (tế bào).
3.5.2. Frame Relay
Trong X.25 chức năng dồn kênh đối với các liên kết ảo chỉ đảm bảo sự kiểm soát lỗi cho các khung gởi đi qua giao tiếp DTE/DCE cục bộ. Điều này làm tăng độ phức tạp trong việc phối hợp các thủ tục giữa hai tầng kề nhau, dẫn đến thông lượng bị hạn chế do tổng chi phí xử lí các gói tin tăng lên. Do đó sự xuất hiện của công nghệ Frame Relay được phù hợp hơn để sử dụng với bộ giao thức TCP/IP.
Trái lại, với Frame Relay chức năng dồn kênh, chọn đường được thực hiện ở tầng hai. Hơn nữa việc chọn đường cho các Frame rất đơn giản làm cho thông lượng có thể cao hơn nhiều so với kĩ thuật chuyển mạch gói và đồng thời frame Relay không có tính năng sửa lỗi vì các phương tiện phần cứng phục vụ dịch vụ thông tin số ngày nay đã trở nên rất tin cậy nên những quy trình sửa lỗi trước đây không cần thiết do đó tốc độ chuyển mạch nhanh.
Khuôn dạng tổng quát dùng trong kĩ thuật Frame Relay cũng giống như HDLC, chỉ khác trong nội dung của vùng thông tin điều khiển
Flag Header Data CRC Flag
DLCI (Data Link Connection Identifier): Định danh kết nối liên kết dữ liệu.
CF (Forward Congestion): thông báo tắc nghẽn phía trước CB (Backward Congestion): thông báo tắc nghẽn phía sau DE (Discard Eligibility): huỷ bỏ Frame
Trong vùng Header của frame có chứa tham số DLCI để định danh các liên kết dữ liệu được thiết lập. Mỗi khi một liên kết dữ liệu được thiết lập thì nó được gán 1 DLCI và giá trị này sẽ luôn được khai báo trong tất cả frame dữ liệu và frame điều khiển liên quan đến liên kết đó. Cũng giống như tham số VCI trong X.25 PLP, DLCI chỉ có ý nghĩa cục bộ và được dùng để chọn đường (chuyển tiếp cho frame tới đích của nó).
Ở mỗi nút khi nhận được 1 frame dữ liệu, chương trình điều khiển được cài ở đó sẽ đọc giá trị DLCI trong vùng header và kết hợp với số liệu của đường truyền vào để xác định đường truyền ra và giá trị DLCI đi vaò tương ứng. Giá trị DLCI mới này sẽ được ghi vào header của frame và frame sẽ được đưa vào hàng đợi để gởi tiếp đi trên đường ra được chọn. Trật tự các frame được chuyển tiếp, do đó được báo trước và lộ trình của nó cực nhanh.
Link 1 routing table Link 2 routing table Link 3 routing table DLCI-in Link-out DLCI-out DLCI-in Link-
out DLCI-out DLCI-in Link-out DLCI-out
1 3 3
2 3 2 2 1 2
3 2 1
5 3 6
6 1 5
Hình 2.9: Frame routing
Vì nhiều liên kết dữ liệu có thể đồng thời phân chia cho một đường truyền vật lý, mặt khác các frame liên quan đến một liên kết dữ liệu nào đó lại có thể được tạo ra ở các thời điểm ngẫu nhiên nên hiện tượng tắc nghẽn có thể xảy ra đối với một đường truyền ra nào đó khi lưu thông trong mạng quá lớn. Các bit, CF, CB và DE trong vùng header của frame được dùng để kiểm soát hiện tượng tắc nghẽn.
Mỗi khi frame handler chuyển tiếp một frame vào hàng đợi ra, nó phải kiểm tra kích thước của hàng đợi, nếu vượt quá một giới hạn cho trước thì nó thông báo tình trạng đó cho người sử dụng ở hai đầu liên kết bằng cách đặt giá trị cho bít CF hoặc CB tùy theo chiều đi hay chiều về của frame.
Khi frame handler trong máy của người sử dụng cuối nhận được thông báo về tình trạng tắc nghẽn mạng, nó sẽ tạm thời giảm tốc độ gởi frame của nó cho tới khi không còn tín hiệu về tắc nghẽn nữa.
Tuy nhiên trong trường hợp quá tải nhiều thì phải thực hiện loại bỏ bớt frame. Frame handler trong hệ thống của người sử dụng cuối sẽ dùng bit DE trong header để thực hiện loại bỏ bớt frame khi thấy hiện tượng vượt quá thông lượng đã thỏa thuận.
Để hạn chế tối đa gói bị giao nhầm, CRC trong mỗi mã kết thúc gói được dùng để khám phá các lỗi bit trong vùng điều khiển gói. Khi đó nếu lỗi được tìm ra, gói sẽ được phân tán đi. Sự phục hồi lỗi để lại cho các lớp giao thức cao hơn.
3.5.3. ATM (Asynchronous Transfer Mode)
ATM là kĩ thuật tiên tiền và có thể đạt đến thông lượng hàng trăm Mbps.
ATM cho phép dồn kênh và chuyển mạch tốc độ cao, độ trễ nhỏ đáp ứng cho các dạng truyền thông đa phương tiện.
Nhiều tổ chức chuẩn hóa quốc gia và quốc tế như: ANSI, ATM Forum, ITU (CCITT) đã quan tâm đến việc chuẩn hóa ATM từ năm 1984 và đã có nhiều kết quả được công bố từ năm 1993.
* Kiến trúc ATM: là kiến trúc phân tầng và được mô tả như hình sau
ULP AAL ATM Physical
ATM Physical
ATM Physical
ATM Physical
ULP AAL ATM Physical
User User
ATM network
UNI NNI NNI UNI
Hình 2.11: Mô hình kiến trúc phân tầng của mạng ATM
ULP: Upper Layer Protocols AAL: ATM Adaptation Layer
Chú ý là không có sự tương ứng hoàn toàn giữa các tầng của mạng ATM với các tầng trong mô hình OSI. Tầng ATM thực hiện các chức năng thường gặp trong các tầng 2, 3 còn tầng AAL có các chức năng tương tự như trong các tầng 4, 5 và 7 của mô hình OSI.
Tầng vật lý của mạng ATM có thể sử dụng các công nghệ truyền dẫn SDH (Synchronous Digital Hierarchy) với tốc độ 155Mbps, SONET (Synchronous Optical Network) công nghệ sợi quang có thể truyền dữ liệu với tốc độ trên 1Gbps có khả năng truyền tiếng nói và video, DS1 với tốc độ 1.554Mbps, DS3 với tốc độ 44.736Mbps,...
Tầng AAL đặt trên tầng ATM nhằm mục đích cung cấp các phương tiện hội tụ cho phép các dạng truyền thông khác nhau có thể tương thích với dịch vụ ATM.
* Các giao diện ATM (ATM Interfaces)
Đa số các giao thức được đưa ra nhằm để trợ giúp các hoạt động của ATM . Một số giao thức đưa ra còn phụ thuộc vào lưu lượng của người sử dụng (user traffic) được truyền tải (Tranported). Hình 2.12 sẽ cho thấy bốn giao thức khác nhau và các giao thức có thể được đưa ra thực hiện.
Giao diện mạng - người sử dụng (UNI:User Network Interface) là giao thức quan trọng nhất bởi vì nó định rõ những thủ tục liên kết hoạt động giữa các thiết bị người sử dụng (user equipment) và nút mạng. Như hình vẽ chỉ cho ta thấy hai dạng UNI đó là private UNI và public UNI. Sự khác nhau chính giữa hai giao diện này liên quan đến những liên kết thông tin vật lý giữa các thiết bị chuyên dụng .
Giao diện nút mạng NNI (Network node Interface) tồn tại cả hai loại giao diện private và public nó định rõ sự liên kết hoạt động (Interworking) của các nút mạng ATM. Theo cách viết này thì nó không đầy đủ ý nghĩa như của ITU-I và ATM Forun.
Giao diện ICI (Intercarier Interface) là giao thức liên kết các mạng hoạt động. Như vậy nó định rõ các thủ tục và hoạt động giữa các mạng.
Giao diện trao đổi số liệu DXI (Data exchange Interface) được phát triển bởi ATM Forum, nó cung cấp các thủ tục chuẩn đối với giao diện của thiết bị trong ATM node. The DXI là giao thức rất đơn giản và cho phép di trú vào ATM dễ dàng.
* Cấu trúc đơn vị dữ liệu
Đơn vị dữ liệu dùng trong mạng ATM gọi là tế bào và có độ dài cố định là 53 bytes, trong đó 5 bytes dành cho thông tin điều khiển và 48 bytes chứa dữ liệu của tầng trên. Tùy theo trường hợp UNI (User to Network Interface) hay NNI (Network to Network Interface) mà ta có phần điều khiển của tế bào khác nhau.
Trong kĩ thuật ATM, các tế bào chứa dữ liệu khác nhau được dồn kênh trên một đường dẫn chung gọi là đường dẫn ảo. Trong một đường dẫn ảo có thể có nhiều kênh ảo khác nhau. Tại một thời điểm, mỗi kênh ảo được sử dụng bởi một ứng dụng nào đó.
8 7 6 5 4 3 2
1 8 7 6 5 4 3
2 1
GFC VPI VPI
VPI VCI VPI VCI
VCI VCI
VCI PT C VCI PT C
HEC HEC
(a)UNI (b)NNI
Hình 2.13: Khuôn dạng phần Header của tế bào ATM Trong đó:
GFC: Generic Flow Control VPI: Virtual Path Identifier VCI: Virtual Channel Identifier PT: Payload Type
C: Cell loss priority
HEC: Header Error Control
Trường VCI có độ dài là 16 bít nó được dùng để nhận dạng các kênh được truyền đồng thời trên đường truyền dẫn. Do đặc điểm của mạng ATM là hướng liên kết nên mỗi cuộc nối được gán một số liệu nhận dạng VCI tại thời điểm thiết lập. Mỗi giá trị VCI có ý nghĩa tại từng chặng liên kết từ nút đến nút.
Khi cuộc nối kết thúc VCI được giải phóng để dùng cho cuộc nối khác. Ngoài ra VCI còn có ưu điểm trong việc sử dụng cho các cuộc nối đa dịch vụ. Thí dụ trong dịch vụ điện thoại truyền hình âm thanh và hình ảnh sẽ được truyền trên hai kênh có VCI riêng biệt do đó ta có thể bổ sung hoặc hủy bỏ một dịch vụ trong khi đang thực hiện một dịch vụ khác.
Trường VPI có độ dài tùy thuộc vào tế bào ATM đang được truyền qua giao diện nào. Đối với giao diện UNI thì VPI có độ dài là 8 bít, đối với giao diện NNI thì VPI có độ dài là 12 bít nó được sử dụng để thiết lập cuộc nối đường ảo cho một số cuộc nối kênh ảo VCC (Virtual channel connection). VPI cho phép đơn giản hóa các thủ tục chọn tuyến cũng như quản lý.
Tổ hợp VPI và VCI tạo thành một giá trị duy nhất cho mỗi cuộc nối. Tùy thuộc vào vị trí tương đối với hai điểm cuối của cuộc nối mà nút chuyển mạch ATM sẽ tạo tuyến dựa trên giá trị của VPI và VCI hay chỉ dựa trên VPI. Tuy vậy cần lưu ý rằng VPI và VCI chỉ có ý nghĩa trên từng chặng liên kết của cuộc nối.
Chúng được sử dụng để việc chọn đường dựa trên các chặng này dễ dàng hơn do số VPI và VCI quá nhỏ nên chúng không thể được sử dụng như một số liệu nhận dạng toàn cục vì khả năng xảy ra hai cuộc nối sử dụng ngẫu nhiên cùng số VPI và VCI là rất cao. Để khắc phục điều này người ta cho VPI và VCI là duy nhất trên mỗi đoạn liên kết. Trên từng chặng liên kết này hai nút chuyển mạch sử dụng VPI và VCI như số liệu nhận dạng cho mỗi cuộc nối trên đoạn đó. Khi
qua nút chuyển mạch giá trị VCI và VPI nhận giá trị mới phù hợp với đoạn tiếp theo.
Trường C (Cell Loss Priority) ưu tiên loại bỏ tế bào. Trường này có độ dài là một bít nó dùng để phân biệt mức ưu tiên của các cuộc nối khi các tài nguyên trên mạng khung còn là tối ưu nữa. Ví dụ trong trường hợp quá tải chỉ có các cuộc nối có ưu tiên thấp là bị mất thông tin.
Các mức ưu tiên được ấn định dựa trên cơ sở cuộc nối (qua mỗi VCI hoặc VPI) hoặc trên cơ sở tế bào. Trong trường hợp ưu tiên dựa trên cơ sở cuộc nối tất cả các tế bào thuộc về một đường ảo hoặc kênh ảo sẽ có cùng mức ưu tiên xác định. Trong trường hợp dựa trên cơ sở tế bào. Mỗi tế bào thuộc về một kênh ảo hoặc đường ảo sẽ có mức ưu tiên khác nhau tùy thuộc vào loại tế bào có thêớ là tế bào OAM lớp vật lý, tế bào trống, tế bào chỉ định.
Có hai loại ưu tiên đó là ưu tiên về mặt nội dung và ưu tiên về mặt thời gian. Trong chế độ ưu tiên về mặt thời gian thì có vài tế bào có thể có độ trễ trong mạng dài hơn các tế bào khác. Trong chế độ ưu tiên về mặt nội dung thì tế bào nào có độ ưu tiên cao hơn sẽ không bị mất còn các tế bào có độ ưu tiên thấp có thể bị mất.
Trường PT (Payload Type) kiểu tải. Trường này có chiều dài gồm 3 bít từ bít thứ 2 đến bít thứ 4 của Octect thứ 4 trong phần tiêu đề nó được sử dụng để phân biệt loại tải của tế bào như tế bào mang thông tin của người sử dụng, tế bào mạng thông tin về OAM (Operation Administration Maintencance) biừt đầu của trường PT có thể phân biệt được đó là tế bào của người sử dụng hay tế bào OAM.
Nếu có giá trị 0 là tế bào của người sử dụng Nếu có giá trị 1 là tế bào OAM
Ngoài ra còn có hai kiểu tế bào đặc biệt là tế bào chưa được gán (Unassigned cell) và tế bào rổi ( Free cell). Hai loại này có điểm chung là không mang thông tin của người sử dụng.
Trường HEC (Header Error Control) điều khiển lổi tiêu đề. Tham số HEC dùng để kiểm soát lỗi cho 5 bytes Header theo phương pháp CRC với đa thức sinh được chọn là: X8 + X2 + X + 1.
Trường GFC (Generic Flow Control) điều khiển luồng chung. Trường GFC chỉ có trong tế bào ở giao diện giữa người sử dụng và nút mạng, nó có chiều dài 4 bít.
Cơ chế của GFC cho phép điều khiển luồng các cuộc nối ở giao diện UNI, nó được sử dụng để làm giảm tình trạng quá tải trong thời gian ngắn có thể xảy ra trong mạng của người sử dụng. Cơ chế GFC dùng cho cả cuộc nối từ điểm đến điểm (Point to point) và từ điểm đến đa điểm (Point to Multipoint).
Khi kết hợp mạng ATM với mạng khác như DQDB (Distribute queue dual Bus), SMDS (Switch Multi-megabit data Service). GFC đưa ra 4 bít nhằm báo hiệu cho các mạng này làm thế nào để kết hợp kênh các tế bào của các tế bào khác nhau. Mỗi mạng đều có một giao thức truy nhập riêng. Do đó hầu như mỗi
mạng đều phải có một logic điều khiển tương ứng dùng GFC cho các giao thức truy nhập của riêng các mạng này. Do đó trong trường hợp này GFC thực chất là một bộ các giá trị chuẩn để định nghĩa mức độ ưu tiên của ATM đối với các qui luật truy nhập vào các mạng khác nhau.
Việc buộc phải sử dụng trường GFC là một nhược điểm cơ bản của ATM.
Nó tạo ra sự khác nhau giữa các tế bào tại các giao diện UNI và NNI do đó giao thức trong ATM không phải là giao thức đồng nhất. Các thiết bị viễn thông có thể được lắp đặt vào bất kỳ trong mạng. Trong khi đó ATM ta phải chú ý xem thiết bị được lắp đặt có thích hợp với giao diện đã cho không.