Bit Phần dữ liệu (48 octet)
1.2.7.2. Mô hình giao thức ATM
Trong mục này sẽ trình bày mô hình giao thức của các lớp ATM. Hệ thống phân lớp ATM so với các tiêu chuẩn liên kết hệ thống mở (OSI) nh- sau:
Lớp vật lý ít nhiều t-ơng tự lớp 1 của mô hình OSI và chủ yếu thực hiện các chức năng trên mức bit.
Lớp kết nối số liệu ATM có thể đ-ợc bố trí chủ yếu tại biên d-ới của lớp kết nối số liệu thuộc mô hình OSI.
Lớp thích ứng ATM thực hiện việc thích ứng các giao thức lớp trên cho tế bào ATM cố định.
PDU lớp N+1 SDU lớp N+1 PDU lớp N PCI lớp N Lớp N+1 Lớp N
Thao tác ở lớp liên kết dữ liệu của mô hình tham chiếu OSI Lớp vật lý Lớp ATM Lớp t-ơng thích ATM (AAL) Các lớp cao hơn Mặt phẳng điều khiển Mặt phẳng quản lý Mặt phẳng ng-ời sử dụng Quản lý mặt phẳng Quản lý lớp CS SAR TC PMD Các lớp giao thức thích hợp với các dịch vụ chuyển tiếp tếbào.
Lớp ATM
Lớp vật lý
Hình 1.21: Mô hình giao thức ATM
Lớp vật lý:
Lớp vật lý (PL – Physical Layer) chịu trách nhiệm chuyển tải các gói ATM từ một điểm tới một điểm khác. Nó bao gồm việc biến đổi các tín hiệu sang khuôn dạng điện hoặc quang thích hợp và nạp các tế bào này thành các khung truyền dẫn thích hợp. Trong PL, có hai giao diện cơ bản để thực hiện các kết nối :
Giao diện ng-ời dùng – Mạng (UNI) để kết nối một ng-ời dùng với mạng và giao diện Mạng – Mạng (NNI) để kết nối hai nút mạng trong một mạng. Giao diện UNI đ-ợc phân chia thành hai loại: công cộng và riêng. Trong năm 1993 diễn đàn ATM đã qui định bốn giao diện của lớp vật lý, hai giao diện có các tốc độ số liệu là 44,736 Mbit/s, hai giao diện có các tốc độ số liệu là 155,52 Mbit/s. Trong số các giao diện đó thì SONET
(Synchronous Optic Network) hoặc SDH (Synchronous Digital Hierachy) đem lại nhiều hiệu quả cho ATM.
Lớp vật lý đ-ợc phân chia làm hai lớp con:
Lớp con 1: Môi tr-ờng vật lý (PM – Physical Medium).
Lớp con 2: Hội tụ truyền dẫn (TC – Transmission Convergence).
Lớp con môi tr-ờng vật lý (PM):
Lớp con môi tr-ờng vật lý là lớp thấp nhất, các chức năng của nó hoàn toàn phụ thuộc vào môi tr-ờng truyền dẫn cụ thể. Lớp này cung cấp các khả năng truyền dẫn bit, nó cũng làm nhiệm vụ mã hoá dòng bit theo mã đ-ờng truyền và nếu cần thiết, thực hiện việc biến đổi quang điện. Lớp con PM có nhiệm vụ đồng bộ bit. Trong chế độ hoạt động bình th-ờng, việc đồng bộ th-ờng dựa vào các bít đồng bộ thu đ-ợc qua giao diện tuy vậy cũng có thể sử dụng hệ thống đồng bộ riêng trong tr-ờng hợp truyền dẫn cơ sở tế bào (Cell Based Interface).
Tuỳ loại giao diện là quang hay điện mà ng-ời sử dụng các loại mã đ-ờng truyền khác nhau. Mã đ-ờng truyền đ-ợc sử dụng cho giao diện truyền dẫn tốc độ 155,520Mbit/s là mã đảo cực CMI (Coded Mark Inversion). Mặt khác mã đ-ờng truyền đ-ợc sử dụng cho giao diện truyền dẫn quang tốc độ 155,520Mbit/s và 622,080Mbit/s là mã NRZ (Non Return Zero).
Các tế bào của ng-ời sử dụng, các tế bào báo hiệu và OAM (trừ tế bào OAM lớp vật lý) có tốc độ thực tế là 149,760 Mbit/s trong tr-ờng hợp giao diện 155,520 Mbit/s. Đối với giao diện 622,080 Mbit/s, tốc độ thực tế dòng thông tin hữu ích là 599,040 Mbit/s (bằng bốn lần 149,760 Mbit/s).
Lớp con hội tụ truyền (TC):
Lớp con hội tụ truyền là lớp con thứ hai thuộc về lớp vật lý, nó có năm chức năng:
bào OAM ở mức vật lý thì các tế bào trống sẽ đ-ợc truyền trên đ-ờng truyền để cho tốc độ dòng tế bào phù hợp với tốc độ truyền dẫn cho tr-ớc của đ-ờng truyền.
Cấu tạo của mỗi octet tế bào trống trong tr-ờng thông tin là 01101010, cấu trúc của phần tiêu đề của tế bào trống đ-ợc thể hiện trong bảng sau:
Bảng 1.5: Cấu trúc phần tiêu đề của tế bào trống[1]
Octet1 Octet2 Octet3 Octet4 Octet5
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 Mã HEC
Tạo và kiểm tra mã HEC: ở đầu phát, mã HEC đ-ợc xác định bởi 4 octet đầu trong phần tiêu đề của tế bào ATM, kết quả tính toán đ-ợc đ-a vào octet thứ 5. Giá trị HEC là phần d- của phép chia modul 2 của tích 4 octet đầu tiên nhân với x8 cho đa thức sinh x8+x2+x+1. Đa thức sinh này có khả năng sửa các lỗi đơn và phát hiện lỗi chùm ở tiêu đề tế bào. Cả hai khả năng này đều đ-ợc sử dụng ở đầu thu theo giản đồ trạng thái đ-ợc mô tả ở hình 1.22. Bình th-ờng đầu thu đ-ợc đặt ở chế độ sửa sai. Khi phát hiện ra một lỗi đơn trong tiêu đề của tế bào ATM thì lỗi này sẽ đ-ợc sửa. Nếu xuất hiện lỗi nhóm thì cả tế bào bị huỷ. Trong cả hai tr-ờng hợp, sau khi tìm ra lỗi đơn hoặc lỗi chùm, hệ thống tự động chuyển sang chế độ phát hiện lỗi. ở trạng thái này khi có lỗi đơn hoặc lỗi chùm xuất hiện thì tế bào sẽ bị huỷ. Hệ thống duy trì ở chế độ phát hiện lỗi cho đến khi không phát hiện ra tế bào lỗi nữa, lúc đó sẽ tự động quay về chế độ sửa sai.
Hình 1.22: Cơ chế HEC tại đầu thu.[1]
Nhận biết giới hạn của tế bào (Cell Delineation): Chức năng này cho phép bên thu nhận biết giới hạn của một tế bào. Sự nhận biết này dựa trên sự t-ơng quan của các bit tiêu đề và mã HEC t-ơng ứng. Trong cơ chế nhận biết giới hạn của tế bào, đầu tiên trạng thái bắt đồng bộ HUNT thực hiên việc kiểm tra từng bit của tiêu đề tế bào vừa nhận đ-ợc nếu luật mã hoá HEC đ-ợc tuân thủ, có nghĩa là tế bào không bị lỗi thì hệ thống hiểu rằng phần tiêu đề đã đ-ợc nhận dạng đúng và chuyển sang tiền đồng bộ PRESYNCH. ở RESYNCH, hệ thống kiểm tra liên tục mã HEC của các tế bào liên tiếp. Nếu lần liên tiếp mã HEC đ-ợc nhận biết là đúng thì trạng thái chuyển sang trạng thái đồng bộ SYNCH, nếu không nó lại chuyển sang trạng thái HUNT. Từ trạng thái SYNCH, hệ thống lại quay về HUNT nếu tìm ra lần liên tiếp mã HEC sai
Biến đổi dòng tế bào thành các khung truyền dẫn (Transmission Frame Adaptation): Tại đầu phát các chức năng này có nhiệm vụ làm cho dòng tế bào tới từ lớp trên thích ứng với khung số liệu đ-ợc sử dung trong hệ thống truyền dẫn. Tại đầu thu các dòng tế bào đ-ợc khôi phục lại từ các khung truyền dẫn. Các hệ thống truyền dẫn th-ờng đ-ợc dùng là hệ thống phân cấp số đồng bộ SDH và hệ thống truyền dẫn dựa trên cơ sở các tế bào
Chế độ sửa sai
Chế độ phát hiện
lỗi
Không phát hiện thấy lỗi
Không có lỗi
Phát hiện ra lỗi nhóm (gói lỗi bị huỷ)
Phát hiện ra lỗi đơn (sửa sai)
Phát hiện ra lỗi (gói lỗi bị huỷ)
Hình 1.23: Cơ chế nhận biết giới hạn khung.[1]
Phát và khôi phục các khung truyền dẫn: là chức năng d-ới cùng trong lớp con TC. Nó có nhiệm vụ tạo ra các khung truyền dẫn và ghép các tế bào ATM vào các khung này. Kích th-ớc khung truyền dẫn phụ thuộc vào tốc độ truyền. Tại đầu thu các khung truyền dẫn đ-ợc nhận biết và khôi phục lại. Từ các khung này ta có thể khôi phục lại dòng tế bào ATM. Cấu trúc các khung truyền có thể khác nhau tuỳ thuộc vào các hệ thống truyền dẫn cụ thể. Trong chế độ SDH, các tế bào ATM đ-ợc đóng vào các khung truyền gọi là Container, phần đầu của các Container này chứa các thông tin điều khiển. Trong ph-ơng pháp truyền trên cơ sở tế bào, các tế bào ATM đ-ợc truyền liên tục mà không tuân theo các khung thời gian nh- kiểu truyền đồng bộ. Trên đ-ờng truyền cứ nhiều nhất sau 26 tế bào hữu ích lại có một tế bào ở lớp vật lý đ-ợc chèn vào, mục đích là để làm dòng tế bào truyền phù hợp với tốc độ bit đã cho của giao diện. Tỷ lệ 26:27 t-ơng ứng với tỷ lệ 149,760Mbit/s :155,520 Mbit/s và 599,040 :622,080 Mbit/s do đó nó đáp ứng đ-ợc yêu cầu về tính t-ơng thích với đ-ờng truyền.
Trạng thái tìm đồng bộ (HUNT) Trạng thái tiền đồng bộ (PreSYN) HEC sai HEC đúng Trạng thái đồng bộ (SYN)
Kiểm tra từng tế bào
Kiểm tra từng tế bào
Kiểm tra từng bit HEC sai liên tiếp lần HEC đúng liên tiếp lần
Chức năng lớp ATM:
Điều khiển luồng chính (GFC): Chức năng điều khiển chính chỉ có ở giao diện giữa mạng và ng-ời sử dụng UNI, nó cung cấp các giao thức điều khiển luồng thông tin tới từ mạng của ng-ời sử dụng CN (Customer Network) hoặc từ các thuê bao. GFC còn có thể đ-ợc sử dụng để giảm bớt tình trạng quá tải tức thời của mạng.
Tạo và tách tr-ờng tiêu đề của tế bào: Chức năng này đ-ợc thực hiện ở điểm kết thúc hoặc bắt đầu của dòng thông tin lớp ATM. Tại đầu phát, sau khi nhận đ-ợc phần dữ liệu 48byte từ lớp AAL, phần tiêu đề sẽ đ-ợc ghép vào với tr-ờng dữ liệu này, trừ byte HEC (việc tạo và kiểm tra mã HEC đã đ-ợc thực hiện ở lớp con TC ). Các giá trị VCI và VPI sẽ đ-ợc tạo ra dựa trên các số hiệu nhận dạng của điểm truy nhập dịch vụ SAP (Service Access Point). Tại đầu thu, tr-ờng tiêu đề đ-ợc tách ra khỏi tế bào ATM, chỉ có tr-ờng thông tin 48 byte đ-ợc gửi tới lớp AAL. Tại đây, giá trị VPI và VCI đ-ợc dùng để nhận dạng điểm truy nhập dịch vụ.
Đọc và thay đổi giá trị VPI, VCI: Thay đổi giá trị VPI và VCI là chức năng cơ bản của chuyển mạch ATM. Nó đ-ợc thực hiện ở các nút chuyển mạch hoặc các nút nối xuyên trong mạng. Trong nút nối xuyên, mỗi giá trị VPI của tế bào đến đầu vào sẽ nhận một giá trị mới ở đầu ra, giá trị VCI vẫn giữ nguyên. Mặt khác tại nút chuyển mạch ATM, cả VPI và VCI đều đ-ợc thay đổi.
Phân kênh và hợp kênh các tế bào: Tại đầu phát, các tế bào thuộc về kênh ảo VC và đ-ờng ảo VP khác nhau sẽ đ-ợc hợp kênh thành một dòng tế bào hợp nhất. Tại đầu thu, dòng tế bào ATM đ-ợc phân thành các đ-ờng ảo và kênh ảo độc lập để đi tới thiết bị thu.
Chức năng và phân loại lớp t-ơng thích ATM (AAL):
Lớp AAL có nhiệm vụ tạo ra sự t-ơng thích giữa các dịch vụ đ-ợc cung cấp đ-ợc cung cấp bởi lớp ATM với lớp cao hơn. Thông qua lớp AAL các đơn vị số liệu giao thức PDU(Protocol Data Unit) ở các lớp cao hơn đ-ợc chia nhỏ và đ-a vào tr-ờng dữ liệu tế bào ATM, AAL đ-ợc chia nhỏ thành hai lớp con là lớp con thiết lập và tháo tế bào SAR (Segmentation And Reassembly) và lớp con hội tụ CS (Convergence Sublayer).
Chức năng chính của SAR là chia các PDU của lớp cao hơn thành các phần t-ơng ứng với 48 byte của tr-ờng dữ liệu trong tế bào ATM tại đầu phát. Tại đầu thu, SAR lấy thông tin trong tr-ờng dữ liệu của tế bào ATM để khôi phục lại các PDU hoàn chỉnh.
Lớp con CS phụ thuộc vào loại dịch vụ. Nó cung cấp các dịch vụ của lớp AAL cho các lớp cao hơn thông qua điểm truy nhập dịch vụ SAP.
Để giảm thiểu các giao thức cho lớp AAL, ITU-T chia AAL thành bốn nhóm khác nhau tuỳ thuộc vào đặc điểm dịch vụ của chúng. Sự phân nhóm các Lớp AAL này chủ yếu dựa trên ba tham số là: mối quan hệ về mặt thời gian, tốc độ bit và dạng truyền (hay kiểu liên kết). Bảng 1.6 trình bày sự phân loại này.
Nhóm A (Mô phỏng chuyển mạch kênh): Phục vụ các dịch vụ yêu cầu thời gian thực, tốc độ truyền không đổi, kiểu truyền h-ớng liên kết. Các dịch vụ thời gian thực, tốc độ truyền thay đổi, kiểu truyền h-ớng liên kết. Các dịch vụ thuộc về loại này th-ờng là tiếng nói và tín hiệu video có tốc độ không đổi.
Nhóm B: Là các dịch vụ thời gian thực, tốc độ truyền thay đổi, kiểu truyền h-ớng liên kết. Các dịch vụ của nó th-ờng là tín hiệu audio và video có tốc độ thay đổi.
Nhóm C: Là các dịch vụ không yêu cầu thời gian thực, tốc độ truyền thay đổi, ph-ơng pháp truyền h-ớng liên kết. Nó phục vụ cho các dịch vụ truyền số liệu h-ớng liên kết và báo hiệu.
Nhóm D: Bao gồm các dịch vụ không yêu cầu thời gian thực, tốc độ thay đổi, kiểu truyền không liên kết. Đ-ợc sử dụng cho các dịch vụ truyền số liệu không liên kết. Đ-ợc sử dụng cho các dịch vụ truyền số liệu không liên kết.
Bảng 1.6: Bảng phân loại các nhóm AAL[1].
Nhóm A Nhóm B Nhóm C Nhóm D Mối quan hệ về thời
gian giữa nguồn và đích
Yêu cầu thời gian thực Không yêu cầu thời gian thực
Tốc độ truyền Không đổi
Thay đổi
Kiểu liên kết H-ớng liên kết Không liên
kết
Các chức năng của lớp AAL có thể rỗng (không có) nếu nh- lớp ATM đã đáp ứng đ-ợc các yêu cầu của một dịch vụ viễn thông cụ thể nào đó. Trong tr-ờng hợp này khách hàng có thể sử dụng tất cả 48 byte của tr-ờng thông tin. Dung l-ợng của tr-ờng thông tin tế bào đ-ợc chuyển trực tiếp và trong suốt lên lớp cao hơn. Tr-ờng hợp này đ-ợc gọi là các chức năng của AAL0.
Tómlại:
Bảng 3.1: Chức năng của các lớp trong B-ISDN.[1]
Các lớp cao hơn
A L L
CS
Nhận/gửi các PDU từ/đến các lớp cao hơn và tạo dạng CS- PDU.
Kiểm tra sự khôi phục chính xác các CS-PDUs. Phát hiện sự mất các tế bào của CS-PDU.
Cung cấp một vài chức năng ALL trong phần tiêu đề CS-PDU.
Chèn các tế bào bổ xung vào CS-PDUs.
Điều khiển luồng, gửi các thông điệp trả lời hoặc yêu cầu truyền lại các tế bào lỗi.
SAR
Tạo các tế bào từ CS-PDU, khôi phục các CS-PDUs từ tế bào .
Tạo ra tr-ờng kiểu đoạn nh- BOM, COM, EOM, SSM. Kiểm tra mà d- vòng CRC của tr-ờng dữ liệu của tế
bào.
Tạo ra hai Bytes tiêu đề và hai Bytes cuối cùng của SAP-PDU.
ATM
Điều khiển luồng chính.
Tạo ra hoặc tách phần tiêu đề của tế bào. Đọc và thay đổi phần tiêu đề của tế bào. Thực hiện phân kênh/ ghép kênh các tế bào. L ớ p v ậ t lý Lớp con hội tụ truyền (TC)
Thêm vào hoặc lấy ra các tế bào trống (khử ghép giữa tốc độ tế bào và tốc độ truyền dẫn).
Tạo và kiểm tra mã HEC. Nhận biết giới hạn của tế bào .
Biến đổi dòng tế bào thành các khung phù hợp với hệ thống truyền dẫn .
Phát / khôi phục các khung truyền dẫn. Lớp con đ-ờng truyền vật lý(PM) Đồng bộ bit. Thu, phát số liệu.
CH-ơng 2: Chuyển Mạch ATM 2.1. Hệ thống chuyển mạch trong ATM
Trong chuyển mạch ATM, các phần tử chuyển mạch (SE - Switching Element) đ-ợc sử dụng để nối đầu vào và đầu ra bất kì ở nút chuyển mạch. Về nguyên tắc nút chuyển mạch có thể đ-ợc xây dựng từ một hoặc vài phần tử chuyển mạch. Tuy nhiên trên thực tế những nút chuyển mạch không đủ thoả mãn yêu cầu về dung l-ợng cho một nút cỡ trung bình, do đó các nút chuyển mạch th-ờng đ-ợc xây dựng từ nhiều phần tử chuyển mạch.
Yêu cầu về tốc độ truyền của tế bào trong nút chuyển mạch rất lớn, cỡ khoảng Gbit/s, mặt khác trễ ở nút cũng nh- tỷ lệ mất tế bào cần phải giảm xuống tối thiểu. Do đó không thể sử dụng bộ điều khiển trung tâm ở nút để thực hiện chuyển mạch các tế bào ATM, chỉ có chuyển mạch với cấu trúc song song thoả mãn đ-ợc các yêu cầu chặt chẽ trên.