Bit Phần dữ liệu (48 octet)
2.2.1. Cấu trúc chung của chuyển mạch ATM
ATM là mạng kết nối định h-ớng, tất cả các tế bào trong một kết nối thực tế đ-ợc truyền theo một tuyến đ-ờng định sẵn. Những tế bào thuộc về một đầu nối nào đó đ-ợc xác định bởi tr-ờng nhận dạng đ-ờng ảo và kênh ảo VPI/VCI. Các chuyển mạch gói thông th-ờng hoạt động trong dải 1- 4000 gói tin/giây, trong khi đó chuyển mạch ATM cần xử lí một số l-ợng gói tin rất lớn từ hàng trăm tới hàng triệu gói tin trong mỗi giây. Về cơ bản một chuyển mạch ATM phải thực hiện ba hoạt động:
Định tuyến. Xếp hàng.
Biên dịch tiêu đề của tế bào.
Quá trình định tuyến là để xác định đ-ờng cho tế bào từ đầu vào đến đầu ra yêu cầu. Việc xếp hàng là để giải quyết vấn đề xung đột khi tại một thời điểm có nhiều hơn một tế bào có cùng đầu ra yêu cầu. Biên dịch tiêu đề tế bào là để xác định thông tin cho định tuyến và thay đổi giá trị các tr-ờng t-ơng ứng với đầu ra yêu cầu. Trên thực tế có nhiều thiết kế khác nhau cho chuyển mạch ATM, tuy nhiên mô hình chức năng chung của một chuyển mạch ATM th-ờng có ba phần chính là:
Giao diện chuyển mạch: Gồm module điều khiển đầu vào (IC –
Input Controller) và module điều khiển đầu ra (OC – Output Controller). Tr-ờng chuyển mạch tế bào.
Bộ xử lí điều khiển: Bao gồm hai phần chính là điều khiển chấp nhận kết nối (CAC – Connection Accept Controller) và quản lý chuyển mạch (SM – Switching Manage).
Hình 2.1 Mô hình cấu trúc chung của phần tử chuyển mạch.[2]
Giao diện chuyển mạch:
Module điều khiển đầu vào: thực hiện chức năng tách luồng ATM khỏi khung truyền dẫn sau đó với mỗi tế bào ATM sẽ đ-ợc thực hiện:
Kiểm tra sai lỗi của tiêu đề sử dụng vùng HEC ở tiêu đề tế bào. Xác nhận và chuyển đổi giá trị VPI/VCI.
Xác định cổng ra.
Chuyển các tế bào báo hiệu thành các tế bào CAC và OAM cho phần quản lý chuyển mạch.
Thực hiện điều khiển tham số UPC/NPC cho mỗi VPC/VCC.
Có thể thêm các thông tin nội bộ chứa các thông tin định tuyến các thông tin giám sát hoạt động nội bộ để sử dụng bên ngoài hệ thống.
Module điều khiển đầu ra: thực hiện phân phối tế bào tới đích đến yêu cầu hoặc tới cổng đầu vào của chuyển mạch khác sau khi đã tiến hành thông dịch VCI theo yêu cầu. Nó thực hiện một số chức năng sau:
Xử lí và loại bỏ thẻ nội bộ (nếu có). Biên dịch các giá trị VPI/VCI.
Trộn các tế bào chức năng CAC và SM với luồng tế bào ra. Thích ứng luồng tế bào ra với khung truyền dẫn.
Bộ xử lí điều khiển: Chịu trách nhiệm thiết lập kết nối, quản lý và bảo d-ỡng. Nó cũng có nhiệm vụ phân phối dải thông và liên lạc với các bộ điều khiển đầu vào và ra qua truyền trực tiếp hoặc qua các tế bào đi qua tr-ờng chuyển mạch. Bao gồm hai thành phần chức năng chính sau:
Điều khiển chấp nhận kết nối (CAC- Connection Accept Control):
Thực hiện chức năng thiết lập, thay đổi và giải phóng các kết nối đ-ờng ảo, kênh ảo. CAC có nhiệm vụ quản lí các báo hiệu giao thức lớp cao, các chức năng báo hiệu của lớp thích ứng ATM (AAL), giao diện với các mạng báo hiệu, thoả thuận về hợp động l-u l-ợng với ng-ời sử dụng có các yêu cầu VPC/VCC mới, thoả thuận lại với ng-ời sử dụng để thay đổi các kết nối VPC/VCC đã đ-ợc thiết lập, cấp tài nguyên của chuyển mạch cho các VPC/VCC bao gồm cả việc trọn đ-ờng, quyết định cho phép hay từ chối các VPC/VCC đ-ợc yêu cầu, tạo các tham số UPC/NPC.
Quản lý chuyển mạch (SM – Switching Manage): Thực hiện nhiệm vụ quản lý OAM cho lớp vật lý, lớp ATM, cấu hình chuyển mạch, an toàn của cơ sở dữ liệu chuyển mạch, đo đạc các tài nguyên chuyển mạch, quản lý l-u l-ợng, giám sát cơ sở thông tin quản lý, quản lý mạng–ng-ời sử dụng, giao tiếp với các hệ thống vận hành, bảo d-ỡng và hỗ trợ quản lý mạng.
Việc thực hiện các chức năng quản lý này đòi hỏi phải trao đổi rất nhiều thông tin giữa phần quản lý chuyển mạch với các khối chức năng khác của hệ thống. Do việc quản lý tập trung có thể tắc ngẽn nếu bị quá tải khi xử lí các yêu cầu nên chức năng quản lý chuyển mạch có thể phân tán ở các module điều khiển đầu vào, tuy nhiên cơ chế này đòi hỏi rất nhiều về trao đổi thông tin phối hợp. Ngoài ra, các khối quản lý chuyển mạch có thể phân tán ở các module điều khiển đầu ra.
Tr-ờng chuyển mạch: Thức hiện chức năng định tuyến các tế bào từ đầu vào đến đầu ra. Các chức năng khác gồm: nhớ đệm tế bào, tập trung và ghép kênh l-u l-ợng, dự phòng cho khả năng chịu lỗi, phát đa ph-ơng hay phát quảng bá, định lịch trình tế bào dựa trên các -u tiên về trễ, giám sát tắc nghẽn và kích thích chỉ thị tắc nghẽn.
Tập trung và ghép kênh l-u l-ợng: L-u l-ợng cần đ-ợc tập trung ở đầu vào của tr-ờng chuyển mạch để sử dụng tốt hơn các tuyến đến đ-ợc kết nối với chuyển mạch. Bộ tập trung tập hợp các l-u l-ợng khác nhau có tốc độ bit cao hơn để ma trận chuyển mạch có thể thực hiện chuyển mạch ở tốc độ giao diện chuẩn. Tỷ lệ tập trung quan hệ t-ơng đối chặt chẽ với đặc tính l-u l-ợng, do vậy cần đ-ợc một cấu hình động. Bộ tập trung còn có thể trợ giúp trong việc phân phối l-u l-ợng động tới các bộ định tuyến và đệm, l-u l-ợng có thể giãn ra và l-u l-ợng dự phòng có thể đ-ợc kết hợp.
Định tuyến và nhớ đệm: Chức năng định tuyến và nhớ đệm là hai chức năng chính mà tr-ờng chuyển mạch tế bào thực hiện. Các tế bào có thể đ-ợc sắp xếp theo thời gian trong các bộ nhớ đệm. Một số yếu tố chính đ-ợc quan tâm ở đây là:
Thông l-ợng: tổng tốc độ l-u l-ợng đầu vào/ tốc độ l-u l-ợng đầu ra.
Độ sử dụng: tốc độ l-u l-ợng đầu vào trung bình/ tốc độ l-u l-ợng đầu ra tối đa có thể.
Tỷ lệ mất tế bào. Độ trễ tế bào.
Dung l-ợng bộ đệm.
Độ phức tạp khi triển khai.
Các tế bào đi vào chuyển mạch đ-ợc xử lí trong các giao diện điều khiển đầu vào IC, ma trận chuyển mạch, điều khiển đầu ra OC. Bộ xử lí điều khiển thực hiện trao đổi thông tin điều khiển tới các bộ điều khiển đầu
vào và đầu ra qua các đ-ờng liên kết trực tiếp hoặc qua các tế bào chuyển qua tr-ờng chuyển mạch. Các giao diện của tr-ờng chuyển mạch là song h-ớng và đ-ợc nhóm thành cổng đầu vào và cổng đầu ra. Các tế bào vào tr-ờng chuyển mạch đ-ợc biên dịch tr-ờng VPI/VCI từ các bộ điều khiển đầu vào tới các bảng biên dịch. Bảng đấu nối có thể chứa thẻ định tuyến, các thẻ này đ-ợc gắn với các tế bào cùng kênh ảo định tuyến đến cùng một đầu ra. Các bảng này có thể chứa các thông tin nh- độ -u tiên, lớp phục vụ, kiểu l-u l-ợng động của kết nối,… các thông tin phục vụ đ-ợc thêm vào các tế bào giúp cho các tr-ờng chuyển mạch tạo bảng định tuyến và quyết định bộ đệm. Các điều khiển đầu ra sẽ loại bỏ các thông tin này khi tế bào đ-ợc chuyển đến đầu ra. Bảng biên dịch VPI/VCI cũng đ-ợc hỗ trợ tới bộ điều khiển đầu ra trong tr-ờng hợp cần chuyển mạch đa ph-ơng (multicast).