Mô phỏng mạng cục bộ (Lan) trên công nghệ ATM

dựng các xa lộ thông tin cao tốc quốc gia với kinh phí đầu tư lên đến hàng trăm tỷ Đôla. Hiện tại mạng viễn thông ở Việt Nam và nhiều nước trên thế giới hầu hết đều là các mạng chuyên môn hoá như mạng điện thoại công cộng (PSTN) chủ yếu phục vụ cho dịch vụ điện thoại, các dịch vụ phi thoại khác như truyền số liệu hầu như chỉ đáp ứng cho việc truyền số liệu ở các tốc độ thấp và trung bình. Mạng Truyền số liệu sử dụng để truyền số liệu, các tín hiệu âm thanh và hình ảnh tốc độ cao hiện nay đều sử dụng các mạng chuyên dụng. Sự phát triển của các dịch vụ viễn thông dẫn đến cần phải xây dựng một mạng chung có thể tích hợp tất cả các dịch vụ nêu trên và các dịch vụ phát triển sẽ có trong tương lai gọi là mạng thông tin liên kết băng rộng IBCN (Intergrated Broadband Communicatión Network) hay còn gọi là mạng ISDN băng rộng (sau này gọi là B-ISDN). Yêu cầu xây dựng một mạng viễn thông có thể đáp ứng được các dịch vụ đa phương tiện nhờ sự phát triển nhanh chóng của công nghệ thông tin đã dẫn đến việc sử dụng một loại mạng sử dụng công nghệ truyền tải không đồng bộ ATM. Do ATM là một công nghệ mới nên có rất ít điều kiện để thực hành vì vậy trong bản báo cáo này em mới chỉ dừng lại ở phần nghiên cứu lý thuyết và chắc chắn sẽ còn nhiều thiếu sót. Em rất mong nhận được sự góp ý và ủng hộ của các thầy, cô giáo và các bạn cùng ngành. Sau cùng em xin trân trọng cảm ơn ban chủ nhiệm khoa ĐT-VT đã tạo điều kiện giúp đỡ em và đặc biệt em cũng xin trân trọng cảm ơn thầy giáo PGS Vũ Quý Điềm đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành bản báo cáo thực tập tốt nghiệp này. Phần 1: Công nghệ ATM 1. Đặc điểm của Mạng Viễn Thông hiện nay Khái niệm về mạng viễn thông. Mạng viễn thông là một hệ thống bao gồm các thiết bị viễn thông, các tuyến truyền dẫn và các thiết bị phụ trợ khác. Mỗi bộ phận, mỗi thiết bị đó thực hiện một chức năng khác nhau tổng hợp chúng lại sẽ tạo nên chức năng chung của hệ thống. Chức năng chung đó là đảm bảo thông tin và nhu cầu thực hiện dịch vụ viễn thông của người sử dụng. Các dịch vụ viễn thông bao gồm: “Dịch vụ thoại, dịch vụ truyền số liệu, dịch vụ truyền hình…”. Mạng viễn thông được cấu thành từ: “ Thiết bị cấu thành mạng viễn thông và kĩ thuật mạng viễn thông”. Thiết bị cấu thành mạng viễn thông bao gồm. Thiết bị đầu cuối, thiết bị chuyển mạch, thiết bị truyền dẫn. Thiết bị đầu cuối là thiết bị giao tiếp giữa mạng và người sử dụng, bao gồm các máy điện thoại, các máy tính cá nhân…Thiết bị đầu cuối thực hiện nhiệm vụ chuyển đổi thông tin sang tín hiệu điện và trao đổi các tín hiệu điều khiển giữa người sử dụng với mạng. Thiết bị chuyển mạch là thiết bị dùng để thiết lập đường truyền giữa các thiết bị đầu cuối với nhau. Thiết bị chuyển mạch được phân ra thành tổng đài nội hạt cung cấp trực tiếp các thuê bao và tổng đài chuyển tiếp mà nó được sử dụng như một điểm chuyển mạch cho lưu lượng giữa các tổng đài khác. Thiết bị truyền dẫn là thiết bị sử dụng để nối thiết bị đầu cuối với nhau hoặc các tổng đài và truyền đi các tín hiệu điện nhanh chóng và chính xác. Thiết bị truyền dẫn bao gồm thiết bị truyền dẫn thuê bao mà nó nối thiết bị đầu cuối với một tổng đài nội hạt, và thiết bị truyền dẫn chuyển tiếp mà chúng kết nối các tổng đài. Kĩ thuật mạng viễn thông. Là kĩ thuật cần thiết để làm cho sự kết hợp của các thiết bị cấu thành mạng có thể vận hành được như một mạng lưới. Kĩ thuật này bao gồm cấu hình mạng lưới, đánh số, báo hiệu, tính cước, đồng bộ mạng, chất lượng thông tin. Các đặc điểm của mạng viễn thông. Ngày nay, các mạng viễn thông hiện tại có các đặc điểm chung là tồn tại, hoạt động một cách riêng rẽ, ứng với mỗi loại hình dịch vụ thông tin thì có ít nhất một mạng viễn thông riêng biệt để phục vụ cho bản thân dịch vụ thông tin đó. Cụ thể như sau: Mạng Telex. Dùng để gửi các bức điện dưới dạng các ký tự đã được mã hoá bằng 5 bit (mã baudot). Mạng này sử dụng các thiết bị đầu cuối số liệu, áp dụng kỹ thuật chuyển mạch kênh để truyền các bản tin, tin tức dưới dạng text với tốc độ chậm (75bit/s á 300bit/s) nội dung bản tin tin tức bị hạn chế. Mạng Telex không truyền được các tín hiệu thoại, hình ảnh. Mạng điện thoại. Là loại hình phổ biến nhất hiện nay, có số lượng thuê bao lớn nhất, với mạng lưới đường dây phủ rộng trên toàn thế giới. Mạng này dùng để truyền các tín hiệu thoại thực hiện dịch vụ thoại mà không truyền được tín hiệu hình ảnh, dữ liệu. Mạng điện thoại sử dụng kỹ thuật chuyển mạch kênh thông qua thiết bị trung tâm là tổng đài. Mạng truyền số liệu. Sử dụng kỹ thuật chuyển mạch gói để trao đổi số liệu giữa các máy tính dựa trên giao thức của X.25 và hệ thống truyền số liệu chuyển mạch kênh dựa trên giao thức của X.21. Mạng truyền hình. Thực hiện theo các phương thức truyền hình bằng sóng vô tuyến, truyền hình qua hệ thống mạng truyền hình CATV (Community Antenna Television) và truyền hình qua vệ tinh hay trực tiếp DBC (Dierect Broadcast System). Mạng truyền hình truyền được tín hiệu âm thanh, hình ảnh, dữ liệu nhưng thu phát một chiều và theo chương trình định giờ. Mạng máy tính. Sử dụng kỹ thuật chuyển mạch gói để truyền dữ liệu giữa các máy tính cá nhân và thực hiện các dịch vụ trong mạng máy tính. Mạng máy tính được xây dựng trên những mạng cục bộ đến mạng diện rộng, mạng toàn cầu. ố Tất cả các mạng viễn thông trên song song tồn tại với nhau, mỗi một mạng được thiết kế theo một cấu trúc riêng sử dụng nhiều loại thiết bị khác nhau có nguyên tắc vận hành khai thác khác nhau sử dụng các hệ thống truyền dẫn độc lập nhau do vậy sẽ tồn tại một số hạn chế sau: Chỉ cung cấp được các dịch vụ độc lập tương ứng với từng loại mạng do vậy sẽ khó khăn cho người sử dụng khi muốn thực hiện nhiều dịch vụ đồng thời. Tồn tại các hệ thống truyền dẫn khác nhau do vậy sẽ lãng phí cho mạng về chi phí truyền dẫn mà không đạt hiệu quả trong công tác quản lý mạng. Mỗi mạng sử dụng một thiết bị trung tâm riêng (tổng đài riêng, máy chủ riêng…) mà trong khi đó người sử dụng cần truy nhập tài nguyên chung của các mạng khác nhau. Khi các mạng được kết nối với nhau thì có thể sử dụng chung các thiết bị phần cứng, các chương trình phần mềm, kho cơ sở dữ liệu dùng chung. Nếu các mạng hoạt động độc lập với nhau thì sẽ khó khăn cho việc bảo dưỡng, vận hành mạng cũng như chia sẻ tài nguyên cho người sử dụng mạng. Không đáp ứng được yêu cầu mới của người sử dụng. Những yêu cầu mới đặt ra đối với mạng viễn thông. Từ các đặc điểm trên, yêu cầu có một mạng viễn thông duy nhất ngày càng trở nên cấp thiết hơn, chủ yếu là do: Các yêu cầu dịch vụ băng rộng đang tăng lên. Các kỹ thuật xử lý tín hiệu, chuyển mạch, truyền dẫn ở tốc độ cao (vài trăm Mbit/s tới vài Gbit/s) đã trở thành hiện thực. Tiến bộ về khả năng xử lý ảnh và số liệu. Sự phát triển của các ứng dụng phần mềm trong lĩnh vực tin học và viễn thông. Sự cần thiết phải tổ hợp các dịch vụ phụ thuộc lẫn nhau ở chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói vào một mạng băng rộng duy nhất sẽ có nhiều ưu điểm về mặt kinh tế phát triển, vận hành và bảo dưỡng. Sự cần thiết phải thoả mãn tính mềm dẻo cho các yêu cầu về phía người sử dụng cũng như người quản trị mạng (về mặt tốc độ truyền, chất lượng dịch vụ…). đối với người sử dụng cần truyền nhiều loại tín hiệu (tín hiệu thoại, tín hiệu số liệu, tín hiệu dữ liệu, tín hiệu hình ảnh) trên cùng một đường truyền. Người sử dụng cần thực hiện những dịch vụ gia tăng, các dịch vụ băng rộng với tốc độ truyền thông cao. Các hệ thống truyền dẫn số tốc độ cao băng rộng cũng đã xuất hiện như viba số, hệ thống truyền dẫn cáp quang, hệ thống thông tin vệ tinh. Sự phát triển của công nghệ thông tin đã từng ngày áp dụng vào mạng viễn thông như cài đặt các chương trình lập sẵn cho tổng đài, như chuyển giao các dịch vụ tới người sử dụng, các chương trình đIều khiển cho việc kết nối liên lạc, quản lý mạng viễn thông. ố Từ các lý do trên, việc kết hợp các mạng viễn thông lại thành một mạng tổng thể để đáp ứng các yêu cầu của người sử dụng là hoàn toàn khả thi. 2. Giới thiệu chung về công nghệ ATM. Công nghệ ATM đang là một công nghệ phát triển. Hiện nay ATM đã được nhiều nước phát triển trên thế giới đã đưa vào sử dụng. Công nghệ ATM đã được tổ chức ITU-T công nhận là công nghệ chuyển mạch và truyền dẫn cho B-ISDN. Chính vì vậy nên khi mạng B-ISDN dựa trên cơ sở phương thức truyền không đồng bộ ATM thì mạng tổ hợp đa dịch vụ băng rộng B-ISDN sẽ cùng một lúc phục vụ được các dịch vụ khác nhau về dải thông, tốc độ, độ trễ, thời gian phục vụ… Bài viết Tổng quan về ATM này sẽ lần lượt xem các vấn đề về công nghệ truyền tải không đồng bộ ATM bao gồm: “phương thức truyền tải ATM, nguyên lý kết nối mạng ATM, nguyên lý báo hiệu ATM, cấu trúc giao thức ATM”. 2.1 Định nghĩa về phương thức truyền tải không đồng bộ ATM. ATM là phương thức truyền tải không đồng bộ mà trong đó các thông tin xuất hiện tại đầu vào của hệ thống truyền thông được truyền đi một cách không đồng bộ. Tại phía đầu vào ATM sử dụng kỹ thuật ghép kênh phân chia theo thời gian không đồng bộ, các luồng thông tin được nạp vào trong các bộ đệm, sau đó được cắt nhỏ và ghép thành các tế bào có kích thước cố định và luồng tế bào được truyền tải qua mạng theo hình 1. Tế bào bao gồm trường thông tin mang thông tin của nguồn tín hiệu tới và trường mào đầu mang thông tin về mạng. Tại phía đầu ra các tế bào sẽ được kết hợp lại thành luồng thông tin ban đầu nhờ các thông tin trong trường mào đầu. K2 K5 K3 K2 K3 K4 K3 K5 Phần tiêu đề của tế bào ATM Phần thông tin của người sử dụng Kênh không sử dụng Hình 1. Cấu trúc luồng tế bào trong công nghệ ATM. Khái niệm không đồng bộ nói đến tính chất các gói trong cùng một cuộc nối có thể lặp lại bất thường không có chu kỳ. Về nguyên lý ATM gần giống với nguyên lý chuyển mạch gói tuy nhiên có một số đặc điểm khác biệt là: Các tế bào được truyền đi một cách liên tục tại những khoảng thời gian nhất định. ở giai đoạn ghép tín hiệu, các tế bào từ các nguồn thông tin khác nhau sẽ được gửi đi ngay, nếu như không có nguồn tín hiệu nào tới thì các tế bào loại “không được gán” sẽ được gửi đi. Các tế bào cũng như mào đầu có kích thước nhỏ hơn các “gói” trong hệ thống chuyển mạch gói rất nhiều để đảm bảo giá trị trễ thích hợp đồng thời tận dụng được tốc độ cao của đường truyền. Trường thông tin được truyền tải thông suốt qua mạng và không bị xử lý trong quá trình vận chuyển (ví dụ không có điều khiển lỗi như trong chuyển mạch gói). Thứ tự các tế bào tại bên thu được đảm bảo giống như bên phát. 2.2 So sánh với cấu trúc khung thời gian trong STM. Trong phương thức truyền tải đồng bộ STM, các phần tử số liệu tương ứng với kênh đã cho được nhận biết bởi vị trí của nó trong khung truyền. K1 K2 K3 … Kn K1 K2 K3 … Kn Khe thời gian Khung thời gian 125 ms Khung thời gian 125 ms Hình 2. Cấu trúc khung thời gian trong STM. 2.3 Tế bào ATM. Đơn vị cơ sở của ATM là tế bào. Các tiêu chuẩn của ATM định nghĩa một tế bào có độ dài cố định gồm 53 byte trong đó có 5 byte mào đầu và 48 byte tải tin, được mô tả ở hình 3 và hình 4. Các bit trong tế bào được truyền trên đường truyền dẫn theo trình tự từ trái qua phải. VPI VPI VCI VCI VCI PT CLP HEC Phần dữ liệu (48 octet) 1 2 3 4 5 6 7 8 Có 2 loại tế bào trong ATM: Hình 3. Cấu trúc tế bào ATM tại giao diện NNI. GFC VPI VCI VCI VCI PT CLP HEC Phần dữ liệu (48 octet) 1 2 3 4 5 6 7 8 VPI Hình 4. Cấu trúc tế bào ATM tại giao diện UNI. Trong đó: GFC : Điều khiển luồng chung (Generic Flow Control) VPI : Nhận dạng đường ảo (Virtual Path Indentifier) VCI : Nhận dạng kênh ảo (Virtual Channel Indentifier) PT : Dạng thông tin tải (Payload Type) CLP : ưu tiên tổn thất tế bào (Cell Loss Priority) HEC : Điều khiển lỗi mào đầu (Header Error Control) Chức năng của 5 byte mào đầu là nhận dạng các tế bào của cùng một cuộc nối, giá trị nhận dạng kênh ảo VCI và giá trị nhận dạng đường ảo VPI ở mào đầu chỉ có giá trị trên một đoạn đường truyền, nó có thể thay đổi sau mỗi nút chuyển mạch. Tóm lại trường mào đầu tế bào xác định nơi nhận, kiểu tế bào, mức ưu tiên. Nhận dạng đường ảo (VPI) và nhận dạng kênh ảo (VCI) xác định nơi nhận. Trường điều khiển luồng chung (GFC) cho phép thiết bị ghép kênh điều khiển tốc độ của thiết bị đầu cuối ATM. Kiểu thông tin tải (PT) cho biết tế bào chứa số liệu của người sử dụng, số liệu báo hiệu hay thông tin bảo dưỡng. ưu tiên tổn thất tế bào (CLP) cho biết mức ưu tiên tương đối của tế bào. Khi xảy ra tắc nghẽn, các tế bào có mức ưu tiên thấp hơn bị loại bỏ trước các tế bào có mức ưu tiên cao hơn. Do mào đầu rất quan trọng nên trường điều khiển lỗi mào đầu (HEC) thực hiện kiểm tra và sửa lỗi của trường này. Trường tải tin được truyền qua mạng nguyên vẹn, không được kiểm tra và sửa lỗi. ATM dựa trên các giao thức lớp cao hơn để kiểm tra và sửa lỗi cho trường này. Cấu trúc tế bào ATM sẽ được đề cập sâu hơn trong phần Mô hình tham chiếu giao thức ATM. 2.4 Các loại dịch vụ trong ATM. 2.4.1 Dịch vụ CBR (Constant Bit Rate). Trong dịch vụ này, tốc độ truyền tế bào là không đổi, dịch vụ thoại, video. 2.4.2 Dịch vụ VBR (Variable Bit Rate). Trong dịch vụ này tốc đô truyền tế bào thay đổi, dịch vụ này được chia làm 2 loại (dịch vụ yêu cầu thời gian thực và dịch vụ không yêu cầu thời gian thực). Dịch vụ yêu cầu thời gian thực cần chú ý trễ lớn và biến đổi trễ tại tốc độ đỉnh, dịch vụ không yêu cầu thời gian thực thì chỉ quan tâm đến trễ trung bình. 2.4.3 Dịch vụ ABR (Available Bit Rate). Dịch vụ này chỉ có trong ATM. Tỷ lệ mất tế bào và sự thay đổi trễ truyền không được chuẩn hoá. Căn cứ vào trạng thái lưu lượng mạng, ATM sẽ cho phép người sử dụng truyền với tốc độ không thấp hơn tốc độ đã đăng ký với mạng. 2.4.4 Dịch vụ UBR (Unspecified Bit Rate). Dịch vụ này không quan tâm đến trạng thái mất tế bào, trễ hay Q0S khác. 2.5 Các thông số đặc trưng cho tính năng mạng B-ISDN. 2.5.1 Tốc độ tế bào đỉnh PCR (Peak Cell Rate). Là tốc độ đỉnh của người sử dụng. 2.5.2 Tốc độ tế bào cho phép SCR (Sustained Cell Rate). Là chỉ số tốc độ truyền trung bình được đo trong một khoảng thời gian dài. 2.5.3 Tỷ lệ mất tế bào CLR (Cell Loss Ratio). Là tỷ số phần trăm giữa tế bào bị mất trên mạng sinh ra do tắc nghẽn hoặc do lỗi hay do các nguyên nhân khác làm cho tế bào không đến đích được trên tổng số tế bào được truyền. Đối với các tế bào bị huỷ, ATM sử dụng cơ cấu ưu tiên tế bào CLP. Khi có tắc nghẽn các tế bào bit CLP = 1 trong phần tiêu đề sẽ có ưu tiên huỷ. 2.5.4 Trễ truyền tế bào CTD (Cell Transfer Delay). Là thời gian trễ của tế bào từ thời điểm vào mạng đến thời điểm thoát ra khỏi mạng. Nó bao gồm trễ truyền, trễ xếp hàng chờ, trễ phục vụ. 2.5.5 Mức độ biến động trễ của tế bào CDV (Cell Delay Varation). Được đo bằng sự thay đổi trễ truyền tế bào. Bộ đệm càng lớn càng làm cho CDV cao. Đối với dịch vụ nhạy cảm trễ như điện thoại, vi deo thì cần hạn chế trễ này. 2.5.6 Dung sai biến động trễ tế bào CDVT (Cell Delay Variation Tolerance). CDVT là sự thay đổi cho phép giữa các khoảng thời gian giữa các tế bào nhằm đảm bảo tốc độ tế bào đỉnh PCR. 2.5.7 Dung sai chùm BT (Burst Tolerance). Đặc trưng cho sự thay đổi cho phép giữa các khoảng thời gian giữa các tế bào nhằm đảm bảo tốc độ tế bào cho phép SCR. Công nghệ ATM có kích thước cố định của tế bào cho phép đơn giản việc thực hiện chuyển mạch và ghép kênh ATM ở tốc độ cao. Khi sử dụng ATM, các gói dài không gây trễ lớn vì chúng được cắt mảnh thành nhiều gói nhỏ, nhờ vậy ATM có thể truyền tải lưu lượng tốc độ bit cố định (CBR) cho tiếng hay video tốc độ thay đổi (VBR) mặc dù các kiểu lưu lượng này có các gói rất dài trong cùng một mạng. Như vậy, với phương thức truyền tải trên, khả năng ghép các nguồn tín hiệu khác nhau trên cùng một đường truyền, tương thích với các loại tốc độ khác nhau. Nhưng có thể thấy một số nhược điểm rõ ràng của ATM đó là vấn đề trễ. Sự biến thiên trễ tế bào (CDV) sinh ra do những giá trị trễ khác nhau xuất hiện trong mạng tại những điểm chuyển mạch hay ghép kênh, dẫn đến khoảng cách giữa các tế bào thay đổi. CDV gây ảnh hưởng rất lớn tới chất lượng các dịch vụ nhạy cảm trễ như thoại hay video. Trễ tổ hợp tế bào sinh ra do thông tin từ nguồn tín hiệu phải được nạp tại các bộ đệm cho đến khi tế bào hoàn thành đủ 48 byte. Rõ ràng thời gian phải đợi tại các bộ đệm phụ thuộc vào tốc độ thông tin tới và nhất là các nguồn tín hiệu có tốc độ thấp gây trễ lớn và ảnh hưởng nhiều đến các dịch vụ nhạy cảm trễ. Đối với dạng thông tin số liệu có thể được gửi đi theo liên kết định hướng nối thông hoặc không nối thông. Trong cả hai trường hợp, số liệu không nhạy cảm thời gian như tiếng và video, nhưng số liệu rất nhạy cảm với mất mát, vì vậy ATM phải phân biệt giữa tiếng, video và số liệu dành ưu tiên lưu lượng cho tiếng và video, đảm bảo trễ giới hạn cho hai thông tin này, đồng thời đảm bảo không mất mát lưu lượng số liệu ở mức thấp nhất. 2.6 Các ưu điểm của ATM. Chuyển mạch tế bào nhanh chóng nhờ các thiết bị phần cứng. Linh động trong việc sử dụng băng thông. Cho phép thực hiện nhiều kiểu ghép kênh. Đảm bảo chất lượng dịch vụ trên một mạng duy nhất. Giảm chi phí mạng nhờ việc ghép kênh. Việc định tuyến được thực hiện dễ dàng. Từ tất cả các lý do trên việc lựa chọn công nghệ ATM là giải pháp cho mạng băng rộng B-ISDN là hoàn toàn khả thi. 3. Cấu trúc phân lớp của B-ISDN và phân lớp ATM. 3.1 Phân lớp mạng của B-ISDN. Mạng truyền tải ATM bao gồm các chức năng truyền tải lớp vật lý và các chức năng truyền tải lớp ATM với phân cấp như hình 5 trong đó: 3.1.1 Đường truyền dẫn TP. Là đường giữa các phần tử mạng thực hiện việc ghép và tách thông tin của một hệ thống truyền dẫn. 3.1.2 Mức nhóm/Tách số. Là phần mở rộng giữa các phần tử mạng để ghép và tách cấc luồng bit hoặc byte liên tục. 3.1.3 Mức phát. Là một phần của mức nhóm tách số nối giữa hai node kề nhau. 3.1.4 Kênh ảo VC. Là khái niệm dùng để chỉ sự vận chuyển đơn hướng của các tế bào ATM ứng với một giá trị nhạn dạng chung duy nhất. Giá trị nhận dạng này được gọi là giá trị nhận dạng kênh ảo VCI nằm trong trường mào đầu của tế bào ATM. Các chức năng lớp cao hơn B-ISDN Mạng truyền tải ATM Các chức năng truyền tải của lớp ATM Mức kênh ảo Mức đường ảo Mức đường truyền dẫn Các chức năng truyền tải của lớp vật lý Mức nhóm/tách số Mức phát Hình 5. Cấu trúc phân lớp của B-ISDN. 3.1.5 Đường ảo VP. VP VP VP Đường truyền dẫn VP VP VP Là khái niệm dùng để chỉ sự vận chuyển đơn hướng của các tế bào ATM thuộc về các kênh ảo mà chúng có chung một giá trị nhận dạng. Giá trị này gọi là giá trị nhận dạng đường ảo VPI cũng nằm trong trường mào đầu của tế bào ATM. VC Hình 6. Quan hệ giữa VC, VP và đường truyền dẫn. Một đường truyền dẫn chứa một hay nhiều đương dẫn ảo, còn đường truyền dẫn ảo chứa một hay nhiều kênh ảo. Như vậy nhiều kênh ảo có thể được đặt vào một đường dẫn ảo. Các thiết bị thực hiện kết nối các VC được gọi là chuyển mạch VC tương tự như các chuyển mạch điện thoại. Các thiết bị đấu nối các VP gọi là các thiết bị đấu chéo VP tương tự như mạng truyền dẫn. 3.1.6 Liên kết kênh ảo. Là sự truyền đơn hướng các tế bào ATM giữa một điểm mà tại đó các giá trị VCI được gán vào tế bào và điểm mà các giá trị VCI đó bị thay đổi hoặc được giải phóng hoặc bị “xoá”. 3.1.7 Liên kết đường ảo. Là liên kết giữa điểm mà tại đó giá trị VPI được gán và điểm tại đó VPI bị thay đổi, hoặc được giải phóng hoặc bị “xoá”. Kết nối đường ảo (VPC) được hình thành do sự móc nối của nhiều liên kết đường ảo. VPC được chuyển mạch trên cơ sở giá trị của nhận dạng đường dẫn ảo (VPI). Người sử dụng VPC có thể ấn định các VCC trong suốt đối với VPI vì chúng đi theo cùng tuyến. Kết nối kênh ảo (VCC) được hình thành do sự móc nối của một hay nhiều liên kết kênh ảo. VCC được chuyển mạch trên cơ sở kết hợp các giá trị VPI và nhận dạng kênh ảo (VCI). 3.2 Cấu trúc mạng B-ISDN/ATM. Mạng công cộng A Public UNI Chuyển mạch ATM Chuyển mạch ATM Mạng công cộng B Hệ thống đầu cuối ATM Mạng dùng riêng Hệ thống đầu cuối ATM P-UNI Hình 7. Cấu hình mạng ATM tổng quát. Trong hình 7 trình bày các cấu hình mạng ATM tổng quát. Một mô hình mạng ATM điển hình bao gồm các mạng ATM công cộng (Public Network) được liên kết với nhau, các mạng ATM dùng riêng (Private Network) và các hệ thống đầu cuối của người sử dụng được kết nối với mạng ATM công cộng thông qua các giao diện người sử dụng mạng (UNI). Mạng ATM được xây dựng theo cấu trúc có cấp bậc như sau (minh hoạ cho hai cấp). Mạng ATM công cộng bao gồm cấp mạng trục công cộng và cấp mạng truy nhập, trong khi mạng riêng bao gồm mạng trục riêng và các nhóm làm việc. Mạng ATM có thể sử dụng như là một mạng truyền tải chung có khả năng kết nối các loại hình dịch vụ đang sử dụng như POTS, LAN, Frame Relay,…thông qua các giao diện UNI. Mạng ATM hỗ trợ cả các dịch vụ liên kết hướng nối thông và dịch vụ không nối thông nhờ các lớp chuyển đổi tương thích khác nhau. Hình 7 mô tả các loại giao diện khác nhau cho các dịch vụ khác nhau: 3.2.1 Giao diện giữa các nút mạng NNI. Mạng ATM công cộng bao gồm các nút mạng ATM được kết nối với nhau qua một giao diện được gọi là NNI (Network Node Interface). Các nút mạng ATM có thể là các thiết bị ATM thực hiện chức năng chuyển mạch, hoặc chức năng kết nối chéo, hoặc có thể bao gồm cả hai chức năng trên. ATM Forum xác định tiêu chuẩn kỹ thuật cho giao diện giữa các nút mạng theo AF-PNNI-0055.000 và các tiêu chuẩn bổ sung. B-TE2 B-TA B-TE1 B-NT2 B-NT1 R Sn Tn Un ATM ES ATM ES Private ATM Switch T A Private ATM Switch Mạng riêng Mạng công cộng Public ATM INI Hình 8. Sơ đồ tham chiếu truy nhập cho mạng băng rộng. 3.2.2 Giao diện người sử dụng mạng. Các mạng ATM riêng hoặc các hệ thống đầu cuối khác hàng được kết nối với các mạng ATM công cộng qua giao diện UNI công cộng (Public User-Network Interface). Ngoài ra các hệ thống đầu cuối cũng có thể kết nối với mạng riêng ATM qua giao diện UNI riêng. Trong sơ đồ tham chiếu hình 8 trên, các thiết bị đầu cuối băng rộng B-TE1 (hỗ trợ) và B-TE2 (không phải là thiết bị đầu cuối ATM) được kết nối vào mạng thông qua các khối chức năng thiết bị kết cuối mạng B-NT1 (thuộc về mạng) và B-NT2. Khối chức năng B-TA cho phép các thiết bị không phải là đầu cuối ATM truy nhập vào mạng. Các giao diện người sử dụng - mạng UNI riêng được thực hiện tại các điểm tham chiếu chuẩn R và S. Giao diện UNI công cộng được thực hiện ở giữa các điểm tham chiếu chuẩn T và U. Các đIểm tham chiếu Sb, Tb, Ub được chuẩn hoá theo khuyến nghị ITU-T I.413 (1995)(14), trong đó có tốc độ bit tại Sb, Tb có thể là 155Mb/s (song công), 622 Mb/s (song công) hoặc là 622 Mb/s, 155 Mb/s. Tuy nhiên một số tốc độ chuẩn thấp hơn tại các điểm tham chiếu này đang được nghiên cứu và được đề cập tới trong một số tiêu chuẩn khác (như ANSI T1.624). 3.2.3 Khối chức năng kết cuối mạng B-NT1. Là một thành phần của mạng thực hiện các chức năng như kết cuối đường truyền, đIều khiển giao diện tại các điểm tham chiếu chuẩn Tb, Ub cùng với các chức năng liên quan đến OAM. Về mặt vật lý, các B-NT liên kết các điểm tham chiếu chuẩn theo kiểu điểm - điểm (một bộ thu và một bộ phát), nhưng ở lớp cao hơn, tại điểm tham chiếu Sb có thể là kết nối đa điểm. 3.2.4 Khối chức năng kết cuối mạng B-NT2. Thực hiện các chức năng (ví dụ như một mạng riêng, hoặc là chức năng của một tổng đài PBX) kết nối các hệ thống đầu cuối trên giao diện UNI riêng, các chức năng này bao gồm: Chức năng chuyển đổi tương thích cho các loại thiết bị đầu cuối và môi trường dịch vụ khác nhau. Các chức năng tập trung, đệm. Chức năng OAM. Quản lý tài nguyên. Điều khiển báo hiệu. Việc có sử dụng các khối chức năng B-NT1 và B-NT2 là tuỳ theo cấu hình mạng thực tế, ví dụ như sử dụng giao diện công cộng UNI giữa thiết bị đầu cuối khách hàng B-TE1 kết nối trực tiếp vào mạng công cộng không qua khối chức năng B-NT2. 4. Khái quát về chuyển mạch trong công nghệ ATM. Trước hết chuyển mạch là một hệ thống gồm nhiều đầu vào và nhiều đầu ra để truyền tải tế bào từ tuyến nối đến ra tuyến nối đi. Các tuyến nối đến được đấu nối với phần tử chuyển mạch thông qua các cổng vào. Sau khi xử lý mào đầu tế bào để xác định tuyến nối đi, tế bào được chuyển qua phần tử chuyển mạch để chuyển tiếp tới tuyến nối đi. Giao tiếp giữa phần tử chuyển mạch và tuyến nối đi được gọi là cổng ra. Công nghệ ATM sinh ra trên cơ sở chuyển mạch gói được sử dụng để truyền số liệu trọng mạng WAN dựa vào giao thức X25. Mạng sử dụng công nghệ ATM dựa vào môi trường truyền dẫn chất lượng cao (cáp quang) nên không cần có chế độ phát lại gói hay kiểm tra lỗi từng chặng. Nhiệm vụ chủ yếu của chuyển mạch ATM là định đường cho các tế bào. Hệ thống chuyển mạch ATM được hình thành từ các phần tử chuyển mạch đơn giản. Về nguyên tắc các phần tử chuyển mạch đó có thể đóng vai trò chuyển mạch độc lập nhưng như vậy thì kích thước chuyển mạch rất nhỏ (ví dụ 8 hoặc 16 cổng vào) do đó khó mà đáp ứng được nhu cầu thực tế. Do vậy công nghệ ATM áp dụng việc ghép nhiều phần tử chuyển mạch với nhau theo nhiều tầng để có được hệ thống chuyển mạch cần thiết. Trong phạm vi bản báo cáo này chỉ nêu lên khái niệm chuyển mạch với kênh ảo và đường ảo cùng một số ứng dụng chứ chưa đi sâu vào cấu trúc của các hệ thống chuyển mạch. 4.1 Chuyển mạch đối với kênh ảo VC và đường ảo VP. để thiết lập một kết nối giữa các đầu cuối đòi hỏi sự kết hợp của một chuỗi nhiều liên kết với nhau từ nguồn cho tới đích. Tổ hợp nhiều liên kết kênh ảo được gọi là kết nối kênh ảo VCC. Trong từng tế bào kênh ảo được nhận dạng bởi giá trị VCI, nằm trong trường mào đầu. Tại các nút chuyển mạch bảng định tuyến sẽ cung cấp các thông tin VCI cho từng tế bào khi được truyền tới, thông tin cần thiết của bảng này được cập nhật trong giai đoạn thiết lập cuộc gọi và giữ nguyên giá trị trong suốt quá trình gọi. Chuỗi các liên kết đường ảo tạo thành kết nối đường ảo VPC, nối giữa hai điểm cuối VPC hoặc trong cấu hình điểm - đa điểm có số điểm kết cuối lớn hơn 2; với điểm kết cuối VPC là điểm tại đó VCI được hình thành, thay đổi hoặc bị giải phóng. Khái niệm đường ảo dùng để chỉ các đường nối logic trực tiếp (gồm nhiều kênh ảo) giữa các điểm chuyển mạch thông qua các điểm nối chéo trung gian. Đường truyền ảo là hình thức tạo ra liên kết có tính tương đương về mặt logic giữa 2 nút chuyển mạch mà không cần thiết phải đấu nối trực tiếp bằng một liên kết vật lý. Do đó cho phép phân biệt giữa cấu trúc mạng vật lý và logic, đồng thời cho phép sắp xếp lại cấu trúc logic phù hợp với các yêu cầu về dung lượng. Đường truyền ảo được phân biệt bằng VPI trong trường mào đầu của tế bào ATM. Các bảng định tuyến tại các nút chuyển mạch VP thực hiện sự thông dịch VPI của từng tế bào khi thâm nhập vào các bộ nối chéo, tuy nhiên thông tin của các kênh ảo thuộc đường ảo này không bị xử lý. Điểm chuyển mạch VP Điểm chuyển mạch VC Điểm kết cuối kết nối kênh ảo Kết nối kênh ảo Liên kết VC Liên kết VC Điểm kết cuối kết nối kênh ảo Kết nối đường ảo Liên kết VP Liên kết VC Tại điểm chuyển mạch VC giá trị VCI và VP bị thay đổi Hình 9. Miêu tả kết nối và liên kết VC, VP. Các giá trị VPI và VCI chỉ có nghĩa đối với một liên kết. Với một kết nối VCC/VCP, giá trị VCI/VPI sẽ bị thay đổi tại những điểm chuyển mạch. Hình 9 trình bày các khái niệm về chuyển mạch VC và VP. Các điểm chuyển mạch VP kết cuối các liên kết VP do vậy phải thay đổi các giá trị VPI đến và đi ra tương ứng với đích cuối cùng của kết nối VP, trong đó các giá trị VCI sẽ được duy trì không đổi trong. Các chuyển mạch VC kết cuối các liên kết VC và các liên kết VP nếu cần thiết. Khi đó sự thay đổi giá trị VCI và VPI sẽ được thực hiện. 4.2 ứng dụng của kết nối kênh ảo và đường ảo. Các điểm kết cuối của một VCC/VCP có thể là các khách hàng, các giao diện mạng hoặc một đầu cuối sử dụng hay thực thể mạng. Tất cả các tế bào liên quan tới mạng hoặc một đầu cuối sử dụng hay thực thể mạng. Tất cả các tế bào liên quan tới một VCC/VCP riêng biệt luôn được truyền tải trên cùng một tuyến trong đó trình tự tế bào luôn được bảo toàn: “gửi trước, nhận trước”. Các kết nối VCC/VCP có thể được sử dụng giữa: Người sử dụng - người sử dụng. Các kết nối VCC có thể mang thông tin giữa các thiết bị đầu cuối sử dụng, các tin tức báo hiệu giữa các đầu cuối sử dụng. Một VPC giữa người sử dụng và người sử dụng có thể được xem như một “ống” truyền dẫn để tổ chức các VC theo các ứng dụng khác nhau như trường hợp thuê kênh riêng. Người sử dụng - mạng. VCC thiết lập giữa thiết bị của người sử dụng và điểm nút mạng cung cấp việc truy nhập các thành phần của mạng, các thông tin liên quan đến cuộc gọi ví dụ như báo hiệu. VPC trong trường hợp này cho phép người sử dụng có thể truy nhập đến các nhà khai thác mạng hoặc cung cấp cấp dịch vụ khác nhau. Mạng - mạng. Các VCC giữa các mạng có thể mang thông tin quản lý lưu lượng hay định tuyến. Các VPC nhằm để tổ chức lưu lượng của khách hàng theo một sơ đồ định tuyến đã xác định trước hoặc để xác định một đường chung dùng trong việc trao đổi thông tin định tuyến và quản lý mạng. 5. Nguyên lý báo hiệu trong công nghệ ATM. Thủ tục báo hiệu trong mạng B-ISDN dựa trên ATM phải đảm bảo cung cấp cho các loại dịch vụ khác nhau: dịch vụ băng hẹp, video, các dịch vụ băng rộng tương lai, các dịch vụ đòi hỏi kết nối đa thành phần, đa kết nối hoặc đa phương tiện. Các yêu cầu về báo hiệu trong ATM đòi hỏi thực hiện các chức năng: Khả năng điều khiển các kết nối VCC và VPC để truyền tải thông tin như: thiết lập, duy trì và giải phóng các VCC/VPC; thiết lập cấu trúc truyền thông trên cơ sở điểm - điểm, điểm - đa điểm và quảng bá; thiết lập các tham số cuộc nối, thay đổi đặc tính lưu lượng của kết nối đã thiết lập. Khả năng cung cấp các cuộc gọi đa thành phần, đa phương tiện: các cuộc gọi đặc tính đối xứng, không đối xứng; thiết lập và giải phóng đa kết nối; chèn thêm kết nối… Trong ATM các thông tin báo hiệu được truyền ngoài băng trong các kênh ảo báo hiệu SVC dành riêng, bao gồm các loại trong bảng1: Kiểu SVC Hướng Số SVC/UNI Kênh báo hiệu trao đổi MSVC. 2 hướng 1 SVC quảng bá. đơn hướng 1 SVC quảng bá có lựa chọn. đơn hướng 1kênh/1điểm cuối SVC điểm - điểm. 2 hướng 1kênh/1 điểm cuối Bảng 1. Kênh ảo báo hiệu trao đổi MSVC (Meta - SVC) được dùng để quản lý tất cả các kênh báo hiệu khác và thự._.