CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ATM 3.1.Sự ra đời của mạng ATM
3/4 AAL5 Lớp con hộ
Lớp con hội tụ truyền Lớp con hội tụ truyền Lớp con phụ thuộc môi tr ờng vật lý
Lớp con phụ thuộc môi tr ờng vật lý Các giao diện
SDH Sonet Cáp quang100Mbps
Đồ ỏn tốt nghiệp Chương 3: Giới thiệu chung về ATM
Thụng tin về OAM được dựng để giỏm sỏt chất lượng mạng và quản lý lưu trữ tại lớp ATM.
Cỏc lớp trong mụ hỡnh gồm cú : • Lớp vật lý.
• Lớp ATM.
• Lớp tương thớch ATM (AAL). • Cỏc lớp bậc cao.
Chức năng của cỏc lớp này được chỉ ra trong bảng 3.1.
Q U ả n l ý l ớ p Cỏc lớp cao hơn A L L CS
• Nhận/gửi cỏc PDU từ/đến cỏc lớp cao hơn và tạo dạng CS- PDU.
• Kiểm tra sự khụi phục chớnh xỏc cỏc CS-PDUs.
• Phỏt hiện sự mất cỏc tế bào của CS-PDU.
• Cung cấp một vài chức năng ALL trong phần tiờu đề CS-PDU.
• Chốn cỏc tế bào bổ xung vào CS-PDUs.
• Điều khiển luồng, gửi cỏc thụng điệp trả lời hoặc yờu cầu truyền lại cỏc tế bào lỗi.
SAR
• Tạo cỏc tế bào từ CS-PDU, khụi phục cỏc CS-PDUs từ tế bào .
• Tạo ra trường kiểu đoạn như BOM, COM, EOM, SSM.
• Kiểm tra mà dư vũng CRC của trường dữ liệu của tế bào.
• Tạo ra hai Bytes tiờu đề và hai Bytes cuối cựng của SAP-PDU. ATM
• Điều khiển luồng chớnh.
• Tạo ra hoặc tỏch phần tiờu đề của tế bào.
• Đọc và thay đổi phần tiờu đề của tế bào.
• Thực hiện phõn kờnh/ ghộp kờnh cỏc tế bào. L ớ P v ậ T Lớp con hội tụ truyền (TC)
• Thờm vào hoặc lấy ra cỏc tế bào trống (khử ghộp giữa tốc độ tế bào và tốc độ truyền dẫn).
• Tạo và kiểm tra mó HEC.
• Nhận biết giới hạn của tế bào .
• Biến đổi dũng tế bào thành cỏc khung phự hợp với hệ thống truyền dẫn .
• Phỏt / khụi phục cỏc khung truyền dẫn.
Đồ ỏn tốt nghiệp Chương 3: Giới thiệu chung về ATM L ý Lớp con đường truyền vật lý(PM) • Đồng bộ bit. • Thu, phỏt số liệu.
Bảng 3.1: Chức năng của cỏc lớp trong B-ISDN
3.3.2.Lớp vật lý
Sự khỏc nhau của lớp vật lý ATM với lớp vật lý trong mụ hỡnh OSI là trong mụ hỡnh OSI tại lớp này cụng việc của nú liờn quan đến việc truyền tải cỏc phần tử bộ nhất đú là cỏc bits từ điểm này đến điểm khỏc. Cũn trong ATM phần tử bộ nhất lại là cỏc tế bào. Vỡ vậy chức năng chớnh của lớp vật lý trong ATM là tải cỏc tế bào và chức năng này được thực hiện bởi lớp con hội tụ truyền dẫn. Lớp con này đứng trờn lớp con đường truyền vật lý. Do vậy trong ATM lớp vật lý được chia thành hai lớp con là:
• Lớp đường truyền vật lý (PM) liờn quan đến cỏc chức năng thụng thường của lớp vật lý như khả năng truyền dẫn cỏc bits, mó hoỏ, giải mó, biến đổi quang điện...
• Lớp con hội tụ truyền (TC) thực hiện cỏc chức năng như chốn hoặc tỏch cỏc tế bào trống, tạo và xử lý mó điều khiển lỗi tiờu đề, nhận biết giới hạn tế bào, khuụn dạng tế bào, phối hợp tốc độ tải trọng của cỏc khuụn dạng vận chuyển khỏc nhau được sử dụng tại lớp vật lý.
Theo hướng từ lớp vật lý tới lớp ATM, luồng số liệu chuyển tải qua danh giới giữa hai lớp là luồng cỏc tế bào hợp lệ. Tế bào hợp lệ là tế bào mà mào đầu tế bào khụng cú lỗi. Việc kiểm tra lỗi mào đầu tế bào được thực hiện ở lớp con TC. Theo hướng ngược lại, từ lớp ATM tới lớp vật lý, luồng tế bào ATM được ghộp thờm thụng tin phõn tỏch tế bào và thụng tin về khai thỏc và bảo dưỡng (OAM) liờn quan đến luồng tế bào này.
3.3.2.1.Lớp con đường truyền vật lý PM (Physical Medium).
Lớp này là lớp thấp nhất trong mụ hỡnh, cỏc chức năng của nú hoàn toàn phụ thuộc và mụi trường truyền dẫn vật lý cụ thể. Lớp này cung cấp cỏc khả năng truyền dẫn bits, nú cũng làm nhiệm vụ mó hoỏ dũng bits theo mó đường truyền và nếu cần thiết thực hiện biến đổi quang điện. Lớp PM cũn cú nhiệm vụ đồng bộ bit. Tuỳ loại giao diện là điện hay quang mà người ta sử dung cỏc loại mó đường truyền khỏc nhau.
Cỏc tế bào ATM được truyền đi theo nguyờn tắc sau: cỏc Bytes trong tế bào được gửi đi theo thứ tự từ 1ữ53, nghĩa là trường tiờu đễ được gửi trước, cỏc
Đồ ỏn tốt nghiệp Chương 3: Giới thiệu chung về ATM
bits trong Byte được gửi đi theo thứ tự từ bit thứ 8 đến bit thứ 1. Cỏc tế bào được truyền là một chuỗi liờn tục. Để đảm bảo phần Payload được phõn biệt với phần Header, Payload được phỏt đi dưới dạng đó đổi tần. Tuỳ theo phương phỏp phỏt tế bào vào trong đường truyền vật lý mà cú cỏc thuật mó húa, giải mó khỏc nhau. Chế độ phỏt tế bào trực tiếp lờn lớp vật lý dựng phương phỏp DSS (Distributed Sample Scrambing) và đa thức sinh là x31+x28+1, phương phỏp sắp xếp tế bào vào cỏc khung truyền dẫn đang tồn tại dựng thuật toỏn SSS (Synchronous Sample Scrambing) với đa thức sinh là x43+1.
Khoảng cỏch cực đại giữa cỏc tế bào kế tiếp nhau của lớp vật lý là 26 tế bào lớp ATM: Nghĩa là sau 26 tế bào lớp ATM cỏc tế bào vật lý được chốn vào để tạo ra dung lượng thớch hợp với tốc độ của giao diện. Tế bào vật lý cũng được chốn khi khụng cú tế bào ATM được truyền đi. Cỏc tế bào lớp vật lý được chốn thờm cú thể là tế bào rỗng hoặc là cỏc tế bào lớp vật lý theo yờu cầu về OAM. Cỏc tế bào OAM lớp vật lý được dựng để truyền tải cỏc thụng tin OAM của lớp vật lý. Số lượng tế bào OAM được chốn phụ thuộc và cỏc yờu cầu về OAM. Tuy nhiờn trong một chặng truyền dẫn nhiều nhất là sau 26 và ớt nhất là sau 512 tế bào, phải cú một tế bào OAM.
3.3.2.2.Lớp con hội tụ truyền
Lớp con hội tụ truyền cú cỏc chức năng sau :
• Thờm và và lấy ra cỏc tế bào rỗng. Khi tại mức vật lý khụng cú cỏc tế bào chứa thụng tin hữu ớch, tế bào khụng xỏc định hoặc tế bào OAM thỡ cỏc tế bào rỗng sẽ được chốn vào để cho tốc độ dũng cỏc tế bào phự hợp với tốc độ truyền dẫn cho trước của đường truyền.
• Tạo và kiểm tra mó HEC. Giỏ trị của mó HEC được tớnh thụng qua 4 Bytes đầu trong phần Header của tế bào ATM và sử dụng đa thức sinh x8+x2+x+1. Giỏ trị của HEC chớnh là phần dư của phộp chia Modul 2 của tớch 4 Bytes đầu với x8 cho đa thức sinh x8+x2+x+1. Quỏ trỡnh phỏt hiện và sửa lỗi được mụ tả trong hỡnh 3.6. Vũ KhoaĐTTT4-K40 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)
Đồ ỏn tốt nghiệp Chương 3: Giới thiệu chung về ATM
Hỡnh 3.6: Cơ chế phỏt hiện và sửa lỗi HEC
Phần thu hoạt động theo hai phương thức. Phương thức ngầm định dựng để sửa cỏc lỗi đơn. Mào đầu tế bào được kiểm tra và khi phỏt hiện thấy lỗi đơn thỡ lỗi này sẽ được sửa. Nếu phỏt hiện thấy lỗi nhúm thỡ tế bào đú sẽ bị huỷ. Sau khi phỏt hiện ra lỗi (đơn hay nhúm) thỡ hệ thống tự động chuyển sang chế độ phỏt hiện lỗi.
Nếu hệ thống tiếp tục phỏt hiện ra lỗi thỡ tế bào vẫn bị hủy dự lỗi đú là lỗi đơn hay lỗi nhúm. Hệ thống duy trỡ ở chế độ phỏt hiện lỗi cho tới khi khụng tiếp tục phỏt hiện ra tế bào lỗi nữa, lỳc này hệ thống sẽ tự động quay về chế độ sửa sai.
• Nhận biết giới hạn tế bào
Chức năng này cho phộp đầu thu nhận biết được giới hạn tế bào. Việc nhận biết dựa vào sự tương quan giữa cỏc bits trong phần tiờu đề và mó HEC tương ứng. Quỏ trỡnh này được trỡnh bày trong hỡnh 3.7.
Hỡnh 3.7: Sơ đồ nhận biết giới hạn tế bào
Đầu tiờn đầu thu được đặt ở trạng thỏi tỡm đồng bộ (HUNT). Ở trạng thỏi này hệ thống sẽ thực hiện kiểm tra từng bit một trong phần Header của tế bào. Nếu khụng phỏt hiện ra lỗi thỡ hệ thống sẽ tự động chuyển sang trạng thỏi tiền đồng bộ PreSYN. Ở trạng thỏi PreSYN, hệ thống tiếp tục thực hiện kiểm tra cho tế bào tiếp theo. Nếu sau lần khụng phỏt hiện lỗi thỡ hệ thống chuyển sang trạng thỏi đồng bộ SYN, cũn nếu cú lỗi thỡ lại trở về trạng thỏi tỡm đồng bộ HUNT. Ở trạng thỏi đồng bộ, hệ thống lại tiếp tục kiểm tra cho tế bào tiếp theo. Nếu phỏt hiện ra lỗi thỡ tự động chuyển về trạng thỏi tỡm đồng bộ HUNT. Cỏc tham số và được ch n ph i thoọ ả ả
Vũ KhoaĐTTT4-K40 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 α lần HEC đúng liên tiếp δ lần
Đồ ỏn tốt nghiệp Chương 3: Giới thiệu chung về ATM
món được cỏc yờu c u v an to n v tớnh ho t ng c a quỏ trỡnh phõnầ ề độ à à ạ độ ủ
tỏch t b o. Cỏc tham s n y ế à ố à đượ đưc a ra trong khuy n ngh I.432 nh b ngế ị ư ả
sau.
α δ
Lớp vật lý trờn cơ sở SDH 7 6
Lớp vật lý trờn cơ sở tế bào 7 9
• Biển đổi dũng tế bào thành cỏc khung truyền dẫn. Đõy là chức năng chuyển đổi cỏc tế bào thành khung truyền dẫn tại trạm phỏt và khụi phục lại cỏc tế bào từ khung tại trạm thu. Cỏc hệ thống thường được dựng là hệ thống phõn cấp số đồng bộ SDH (Synchronous Digital Hierarchy) và hệ thống truyền dẫn dựa trờn cơ sở tế bào (Cell-base Interface).
• Phỏt và khụi phục cỏc khung truyền dẫn.
Đõy là chức năng dưới cựng trong lớp con TC, nú cú chức năng tạo ra cỏc khung truyền dẫn và ghộp cỏc tế bào ATM vào khung rồi gửi đi. Tại trạm thu thực hiện việc khụi phục tế bào. Cấu trỳc của khung phụ thuộc vào hệ thống truyền dẫn được sử dụng. Kớch thước của khung phụ thuộc vào tốc độ đường truyền.
3.3.3.Lớp ATM
Lớp ATM là thành phần chủ yếu của mạng ATM, nú nằm trờn lớp vật lý, cỏc dịch vụ chớnh của mạng đều cú thể tỡm thấy ở lớp này. Cỏc chức năng của lớp ATM hoàn toàn độc lập với cỏc chức năng của lớp vật lý dưới nú. Lớp ATM cú cỏc chức năng chuyển cỏc tế bào từ lớp tương thớch ATM (AAL) đến lớp vật lý để truyền đi và ngược lại từ lớp vật lý đến cỏc lớp AAL để sử dụng tại hệ thống mới. Cỏc đơn vị thụng tin trong lớp ATM là cỏc tế bào. Mỗi tế bào cú một bộ nhận dạng số chứa trong Header để gắn nú tới kết nối xỏc định.
ATM sử dụng cỏc đấu nối ảo để vận chuyển thụng tin và được chia làm hai mức: mức đường ảo và mức kờnh ảo.
• Kờnh ảo VC(Virtual Channel) là kờnh thụng tin cung cấp khả năng truyền
đơn hướng cỏc tế bào ATM .
• Đường ảo VP(Virtual Path) là sự kết hợp cú tớnh chất logic hoặc của một nhúm cỏc kờnh ảo thành một “bú” mà nú cú cựng một đặc tớnh lưu lượng và được truyền đi cựng một đường trong mạng. Một đường truyền vật lý (như cỏp quang chẳng hạn) cú thể chứa nhiều đường kết nối ảo. Hỡnh 3.8 mụ tả quỏ trỡnh kết hợp cỏc VCs, VPs và đường truyền.
Vũ KhoaĐTTT4-K40 57 VC VP VC VP VP VC VP VC VP Đ ờng truyền dẫn VP
Đồ ỏn tốt nghiệp Chương 3: Giới thiệu chung về ATM
Hỡnh 3.8: Sự kết hợp cỏc kờnh ảo, đường ảo
3.3.3.1.Một số khỏi niệm liờn quan đến kờnh ảo và đường ảo
Cỏc khỏi niệm này gồm cú liờn kết đường ảo, liờn kết kờnh ảo, cuộc nối kờnh ảo, cuộc nối đường ảo.
Cuộc nối kờnh ảo VCC là tập hợp của một số liờn kết. Theo định nghĩa của ITU-T: VCC là sự múc nối của cỏc liờn kết kờnh ảo giữa hai điểm truy nhập vào lớp tương thớch ATM. Thực chất VCC là một đường nối logic giữa hai điểm dựng để truyền cỏc tế bào ATM. Thụng qua VCC thứ tự truyền cỏc tế bào ATM sẽ được bảo toàn. Cú 4 phương phỏp được dựng để thiết lập một cuộc nối kờnh ảo tại giao diện UNI.
• Cỏc VCCs cố định (Permanent) hoặc bỏn cố định (Semi-Parmanent) được thiết lập tại thời điểm định trước mà khụng cần bỏo hiệu.
• Một VCC được thiết lập/giải phúng bằng cỏch sử dụng một thủ tục bỏo hiệu trao đổi.
• Thiết lập/giải phúng một VCC đầu cuối được thực hiện bằng một thủ tục bỏo hiệu từ người sử dụng đến mạng.
• Nếu một PVC đang tồn tại giưa hai UNI, thỡ một VCC trong VPC này cú thể được thiết lập/ giải phúng bằng việc sử dụng một giao thức bỏo hiệu từ người sử dụng tới người sử dụng.
Cuộc nối đường ảo VPC (Virtual Path Connection) là sự múc nối của một số liờn kết đường ảo. VPC là sự kết hợp logic của cỏc VCCs (Virtual Channel Connection). Trong một VPC mỗi liờn kết kờnh ảo đều cú một số nhận dạng VCI (Virtual Channel Indentifier) riờng. Tuy vậy những VCs thuộc về cỏc VP khỏc nhau cú thể cú cựng số VCI. Mỗi VC được nhận dạng duy nhất thụng qua tổ hợp hai giỏ trị VPI và VCI. Cú 3 phương phỏp sau được sử dụng để thiết lập/ giải phúng một VPC giữa cỏc điểm cuối VPC:
• Một VPC được thiết lập/giải phúng dựa trờn một kờnh định trước và do đú khụng cần thủ tục bỏo hiệu.
• Việc thiết lập/giải phúng VPC cú thể được điều khiển bởi khỏch hàng. Cỏc thủ tục quản lý mạng dựng cho mục đớch này.
• Một VPC cũng cú thể được thiết lập/giải phúng bởi mạng sử dụng cỏc thủ tục quản lý mạng.
Nhiệm vụ trung tõm của lớp ATM là biến đổi địa chỉ mạng ở cỏc lớp cao thành cỏc giỏ trị VPI và VCI tương ứng. Cỏc giỏ trị VPI và VCI được tạo ra dựa trờn số hiệu nhận dạng của điểm truy nhập dịch vụ SAP. Tại đầu thu,
Đồ ỏn tốt nghiệp Chương 3: Giới thiệu chung về ATM
trường tiờu đề được tỏch ra khỏi tế bào ATM. Tại đõy giỏ trị VPI và VCI được dựng để nhận dạng điểm truy nhập dịch vụ.
Phõn kờnh và hợp kờnh cỏc tế bào: Tại đầu phỏt cỏc tế bào thuộc về cỏc kờnh ảo và đường ảo khỏc nhau được hợp thành một dũng tế bào duy nhất. Tại đầu thu dũng tế bào ATM được phõn thành cỏc đường ảo và kờnh ảo độc lập để đi tới cỏc thiết bị.
Biến đổi VPI/VCI Nếu cỏc tế bào được định tuyến thụng qua cỏc chuyển mạch ATM hoặc cỏc nỳt nối xuyờn thỡ cỏc giỏ trị VPI/VCI đưa tới cỏc thiết bị này cần phải được biển đổi thành cỏc giỏ trị VPI/VCI mới để xỏc định đớch mới của tế bào.
3.3.3.2.Nguyờn lý chuyển mạch ATM
Việc chuyển mạch cỏc tế bào ATM được thực hiện trờn cơ sở cỏc giỏ trị VCI, VPI. Như đó trỡnh bày ở trờn VCI, VPI chỉ cú giỏ trị trờn một chặng kết nối cụ thể. Khi tế bào đến nỳt chuyển mạch, giỏ trị của VPI hoặc cả giỏ trị VPI, VCI đều được thay đổi cho phự hợp với chặng tiếp theo. Thiết bị chuyển mạch chỉ dựa trờn giỏ trị VPI được gọi là chuyển mạch VP (VP Switch), nỳt nối xuyờn (ATM Cross- Connect) hoặc bộ tập trung (Concentrator). Nếu thiết bị chuyển mạch thay đổi cả hai giỏ trị VPI,VCI thỡ nú được gọi là chuyển mạch VC hoặc chuyển mạch ATM.
Hỡnh 3.9 mụ tả một cuộc nối VCC thụng thường, T là nỳt chuyển mạch nơi mà VCI, VPI đều bị thay đổi, A, B là cỏc thiết bị đầu cuối, D1, D2 là cỏc bộ nối xuyờn, nơi chỉ thay đổi giỏ trị VPI, ai, xi, yi là cỏc giỏ trị VCI, VPI tương ứng. Vũ KhoaĐTTT4-K40