Nghiên cứu hệ thống ATM & ứng dụng ATM trong mạng cục bộ (ATM - LAN)

oại thông tin khác nhau như tiếng nói, hình ảnh, số liệu trong cùng một lúc( như cầu truyền hình) truyền từ một điểm đến nhiều điểm hoặc từ một điểm đến một điểm. Cứ mỗi lần như vậy, cùng với sự tiến bộ trong thông tin, những hệ thống thông tin cùng với sự cung cấp cho nó ngày càng lớn dần lên, nó đã và đang đặt ra những thách thức mới về mặt quản lý cho con người. Mạng dịch vụ tổ hợp số băng hẹp N - ISDN ra đời vào đầu những năm 80 như là một cứu cánh cho sự phát triển này. Nó cho phép một mạng có thể cung cấp tất cả các dịch vụ hiện có. Tuy nhiên, sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin và nhu cầu trao đổi thông tin ngày càng tăng nhanhvà đa dạng hoá của xã hội đòi hỏi phải cấp bách các dịch vụ truyền ảnh bao gồm cả ảnh tĩnh và ảnh động chất lượng cao và truyền số liệu, truyền file tốc độ siêu cao mà chúng yêu cầu tốc độ bít tới vài trăm Mb/s, thậm chí tới hàng chục Gb/s. Nói chung mạng ISDN băng hẹp không thể đáp ứng, thoả mãn được các yêu cầu bổ xung nêu trên. một mạng viễn thông thống nhất đáp ứng tất cả các loại hình dịch vụ viễn thông và xử lý tin với tốc độ yêu cầu rất khác nhau từ một vài Kb/s đến hàng chục Gb/s, thậm chí hàng Tb/s gọi là mạng số liên kết đa dịch vụ băng rộng (B-ISDN) và chỉ có B- ISDN với có khả năng cung cấp dịch vụ đa phương tiện. Ngày nay một số giải pháp kỹ thuật đã được đề xuất nhằm cải thiện độ thực hiện của mạng viễn thông và tiến tới thực hiện B-ISDN. Trong số các Công nghệ thông tin khác nhau phải kể đến công nghệ quan trọng nhất đó là phương thức truyền không đồng bộ ( Asynchronous transfer Mode - ATM). ATM có thể ứng dụng trong các môi trường khác nhau như mạng LAN, mạng WAN, mạng công cộng, mạng cáp truyền hình. Do vậy ITU-T đã quyết định rằng kiểu truyền không đồng bộ ATM sẽ là phương pháp truyền cho mạng B-ISDN trong tương lai và đã đưa ra các khuyến nghị về ATM, đặt cơ sở cho mạng ATM cũng như phần lớn các tham số của nó. Tại Việt Nam hiện nay cùng với sự phát triển nhanh chóng của ngành Bưu chính Viễn thông, công nghệ ATM cũng đã bắt đầu được chú trọng nghiên cứu nhằm đáp ứng được những nhu cầu ngày càng tăng của xã hội. Bản đồ án này là một phần trong quá trình nghiên cứu, tìm tòi nhằm tiến tới nhanh chóng áp dụng công nghệ mũi nhọn này tại Việt Nam, nội dung chủ yếu là : nghiên cứu hệ thống ATM và ứng dụng ATM trong mạng cục bộ (ATM-LAN). Đề án gồm hai phần : Phần A: Trình bày lý thuyết chung về công nghệ truyền tải không đồng bộ ATM như đặc điểm chung, các dịch vụ, các tính toán để thiết lập tham số ATM, các giao thức ở các tiếp giáp khác nhau, chuyển mạch truyền dẫn. Phần B: Trình bày các ứng dụng của công nghệ ATM và đặc biệt là ứng dụng trong mạng ATM-LAN. Phần này tôi cố gắng trình bày trong phạm vi có thể về kiến thức mạng ATM-LAN, ứng dụng quan trọng của ATM là mô phỏng ATM-LAN. B-ISDN là một kỹ thuật rất mới, ATM- LAN cũng chưa được sử dụng rộng rãi do còn một số vấn đề cần giải quyết, do đó bản đồ án không tránh khỏi một số thiếu sót và nhiều vấn đề vẫn chưa được trình bày và giải quyết. Vì vật tôi rất mong được sự góp ý và giúp đỡ của các thầy cô và các bạn. Mục lục Lời nói đầu. Phần I: Cơ sở lý thuyết chung về công nghệ chuyển tải không đồng bộ ATM. Chương I : ATM giải pháp cho các dịch vụ viễn thông băng rộng 1.1 Giới thiệu. 1.1.1 Các đặc điểm của mạng viễn thông ngày nay. 1.1.2 Sự ra đời của hệ thống viễn thông mới B- ISDN 1.2 Giới thiệu về ATM và khả năng của ATM. 1.2.1 Khái niệm cơ bản về ATM. 1.2.2 Các lĩnh vực công nghệ mới quyết định sự ra đời và phát triển của ATM Chưong II : Xây dựng các tham số cơ bản cho B-ISDN 2.1. Các tham số của hệ thống. 2.1.1.Tốc độ bit tự nhiên, tốc độ bit trung bình, tốc độ bit cực đại và tốc đọ truyền dịch vụ của mạng 2.1.2. Các tham số đặc trưng cho chất lượng mạng. 2.2. Lựa chọn kiểu truyền cho B-ISDN. 2.2.1. chuyển mạch kênh 2.2.2.chuyển mạch kênh đa tốc độ 2.2.3 chuyển mạch kênh tốc độ cao 2.2.4. chuyển mạch gói. 2.2.5. dạng truyền không đồng bộ ATM. 2.3. Tính toán các tham số cơ bản cho ATM. 2.3.1. Độ trễ. 2.3.2. Tỷ lệ lỗi. 2.4. Xác định độ dại cho tế bào ATM. 2.4.1. Lựa chọn giữa hai giải pháp độ dài cố định hay thayđổi 2.4.2. Lựa chọn kích thước của tế bào ATM. 2.5. Tóm tắt. Chương III : kỹ thuật mạng ATM 3.1. Mở đầu . 3.2. Đặc điểm kỹ thuật của B-ISDN 3.3. Kỹ thuật liên kết mạng trong B-ISDN 3.3.1. Mô hình sắp xếp các lớp mạng của B- ISDN 3.3.2. Một số khái niệm có liên quan đến kênh ảo và đường ảo 3.3.3. Các ứng dụng của cuộc nối kênh ảo và đường ảo. 3.4. Cấu trúc tế bào ATM. 3.4.1.Số liệu nhận dạng kênh ảo VCD và đường ảo VPI. 3.4.2 Kiểu tế bào. 3.4.3 CLP 3.4.4HEC 3.4.5GFC 3.5 Nguyên lý chuyển mạch và báo hiệu trong ATM. 3.5.1 Nguyên lý chuyển mạch 3.5.2 Nguyên lý báo hiệu 3.6 Cấu trúc phân lớp của mạng ATM 3.6.1Tổng quan 3.6.2 Các lớp thấp trong B- ISDN 3.6.3 Các lớp cao trong B-ISDN 3.7 Mạng của người sử dụng và các vấn đề thông tin liên mạng 3.7.1Đặc điểm giao diện UNI 3.7.2Mô hình mạng CN 3.8 Tóm tắt Chương IV : hệ thống truyền dẫn trong ATM 4.1 Tổng quan 4.2 Các thiết bị truyền dẫn băng rông 4.2.1 Bộghép kênh SDH 4.2.2 Bộ phân kênh SDH 4.2.3 Bộ hân luồng thông tin đồng bộ 4.2.4 Bộ tập trung và bộ dãn ATM 4.2.5 Bộ nối xuyên ATM 4.2.6 Chuyển mạch ATM 4.2.7 Các khối dịch vụ 4.2.8 phần tử kết nối liên mạng IWU 4.3 Các chức năng truyền dẫn băng rộng 4.3.1 Tạo ra các tế bào ATM từ dong thông tin lên tục 4.3.2 Truyền dẫn tế bào ATM 4.3.3 Ghép kênh và tập trung dòng thông tin 4.3.4 Phân luồng và trung chuyển dòng tế bào 4.4 Mạng truyền dẫn SONET/SDH 4.5 Cấu trúc truyền dẫn băng rộng 4.5.1 Cấu trúc mạng địa phương Câu trúc mạng trung kế 4.6 Tóm tắt Phần B : tổng quan mô hình cấu trúc mạng băng rộng Chương V : tổng quan về mô hình mạng ATM 5.1 Cấu trúc mạng cục bộ 5.2 Phương tiện truyền 5.3 Quan hệ giữa phương tiện truyền và cấu trúc 5.4 Các giao thức điều khiển truy nhập phương tiện truyền 5.4.1Truy nhập ngẫu nhiên CSMA/CD 5.4.2Token BUS 5.4.3Token Ring 5.5 Kiến trúc ATM - LAN 5.6 Mô phỏng ATM - LAN Chương IV : Mô phỏng mạng ATM-LAN 6.1 Tổng quan 6.2 Kiến trúc giao thức 6.3 Mô phỏng LAN 6.3.1 Giới thiệu 6.3.2 Client và Server trên LAN mô phỏng 6.3.3 Toàn cục của mô phỏng LAN 6.3.4 Dạng khung LAN mô phỏng Chương I : ATM giải pháp cho các dịch vụ viễn thông băng rộng 1.1Giới thiệu. 1.1.1.Các đặc điểm của mạng viễn thông ngày nay. Cho đến nay các mạng viễn thông là các mạng chuyên dụng, ứng với mỗi loại dịch vụ thông tin lại có ít nhất một loại mạng viễn thông để phục vụ dịch vụ đó. Ví dụ ; mạng telex : dùng để gửi các bức điện dưới dạng ký tự đã được mã 5 bit ( mã Baudot). Tốc độ truyền rất thấp ( từ 75 đến 300 bit/s ). Mạng điện thoại công cộng : còn gọi là mạng POTS ( plain old telephone service ), ở đây thông tin tiếng nói được số hoá và chuyển mạch qua hệ thống mạch điện thoại công cộng PSTN ( Public switched telephone network ) Mạng truyền số liệu bao gồm mạng truyền mạch gói để trao đổi giữa các máy tính dựa trên các thủ tục X25 và mạng truyền số liệu chuyển mạch kênh X21. Các tín hiệu truyền hình có thể truyền theo 3 cách : truyền bằng sóng vô tuyến, truyền qua hệ thống mạng truyền hình CATV ( community antenna TV) bằng cáp đồng trục hoặc qua hệ thống vệ tinh, còn gọi hệ thống truyền hình trực tiếp DBS ( direct broadcast system ). Trong phạm vi cơ quan việc truyền số liệu giữa các máy tính được thực hiện bởi mạng cục bộ LAN ( local area network ) mà nổi tiếng nhất là mạng Ethernet, token bus và token ring Mỗi mạng trên được thiết kế cho các dịch vụ riêng biệt và không thể sử dụng cho các mục đích khác. Ví dụ : ta không thể truyền hệ thống nói qua mạng truyển mạch gói X25 vì trễ qua mạng này quá lớn. Hậu quả là hiện nay có rất nhiều loại mạng khác nhau cùng song song tồn tại. Mỗi mạng lại yêu cầu phương pháp thiết kế, sản xuất, vận hành, bảo dưỡng khác nhau. Như vậy mạng viễn thông hiện tại có rất nhiều nhược điểm mà quan trọng nhất là : Chỉ truyền được các dịch vụ độc lập tương ứng với từng loại mạng . Thiếu mềm dẻo : sự ra đời của các thuật toán nén tiếng nói, nén ảnh và tiến bộ trong công nghệ VLSI ảnh hưởng mãnh mẽ tới tốc độ truyền tín hiệu. Ngoài ra còn có nhiều dịch vụ truyền thông trong tương lai mà hiện nay chưa dự đoán trước được, mỗi loại dịch vụ sẽ có tốc độ truyền khác nhau. Ta dễ dàng nhận thấy rằng hệ thống hiện nay rất khó thích nghi yêu cầu của các dịch vụ khác trong tương lai. Kém hiệu quả trong việc bảo dưỡng, vận hành cũng như việc sử dụng tài nguyên. Vì tài nguyên sẵn có trong một mạng không thể chia sẻ cho các mạng khác cùng sử dụng. 1.1.2.Sự ra đời của hệ thống viễn thông mới B- ISDN Như đã nêu trên, yêu cầu có một mạng viễn thông duy nhất ngày càng trở nên bức thiết, chủ yếu là do các nguyên nhân sau : Các yêu cầu dịch vụ băng đang tăng lên Các kỹ thuật xử lý tín hiệu, chuyể mạch truyền dẫn ở tốc độ cao ( khoảng vài trăm Mbit/s tới vài Gbit/s) đã trở thành hiện thực. Những tiến bộ về khả năng xử lý ảnh và số liệu Sự phát triển của mạng ứng dụng phền mềm trong lĩch 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. So với các mạng khác, dịch vụ tổ hợp và mạng tổ hợp có nhiều ưu điểm về mặt kinh tế, phát triển, thực hiện vận hành và bảo dưỡng. Sự cần thiết phải thoả mãn tính mền 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 ). Khuyến nghị ITU -T121 đưa ra tổng quan về khả năng của B-ISDN như sau : B-ISDN cung cấp các cuộc nối thông qua chuyển mạch các cuộc nối cố định ( parmanent ) hoặc bán cố định ( Semi – parmanent ), các cuộc nối từ điểm tới điểm, hoặc từ điểm tới nhiều điểm và cung cấp các dịch vụ theo yêu cầu cố định. Cuộc nối trong B- ISDN phục vụ cho các dịch vụ chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói theo kiểu đa phương tiện( Multimedia ), đơn phương tiện ( monomedia) theo kiểu hướng liên kết ( connectionless) và theo cấu hình đơn hướng hoặc đa hướng B- ISDN là một mạch thông minh có khả năng cung cấp các dịch vụ cải tiến, cung cấp các cung cụ bảo dưỡng và vận hành (OAM), điều khiển và quản lý mạch rất hiệu quả. 1.2. Giới thiệu về ATM và khả năng của ATM. 1.2.1. Khái niệm cơ bản về ATM. B-ISDN theo ITU-T dựa trên cơ sở truyền không đồng bộ ATM. Như vậy ATM sẽ là nền tảng của B- ISDN trong tương lai. Hình 1.1. Cấu trúc khung thời gian trong ATM Kênh1 Kênh2 Kênh n Kênh1 Kênh2 Kênhn Khe thời gian Kkung thời gian 125m Hình 1.1 : Cấu trúc khung thời gian trong STM Kênh1 Kênh5 Kênh1 Kênh1 Kênh5 Kênh1 Kênh không sử dụng Phần tiêu đề của tế bào ATM Phần thông tin của người sử dụng Hình 1.2 : cấu trúc luồng thông tin trong ATM Trong kiểu truyền không đồng bộ, thuật ngữ “ truyền “ bao gồm cả lĩnh vực truyền dẫn và chuyển mạch, do đó “ dạng truyền “ ám chỉ cả chế độ truyền dẫn và chuyển mạch thông tin trong mạng. Thuật ngữ “ không đồng bộ” giải thích cho một kiểu truyền trong đó các gói trong cùng một cuộc nối có thể lặp lại một cách bất thường như lúc chúng đựoc tạo ra theo yêu cầu cụ thể mà không theo chu kỳ. Để minh hoạ, hình 1.1 và 1.2 biểu diễn sự khác nhau giữa dạng truyền đồng bộ và dạng truyền không đồng bộ. Trong dạng truyền đồng bộ STM ( Synchronous transfer mode ), các phần tử số liệu tương ứng với kênh đã cho được nhận biết bởi vị trí của nó trong khung truyền ( Hình 1 ) trong khi ở ATM các gói thuộc về một cuộc nối lại tương ứng với các kênh ảo cụ thể và có thể xuất hiện tại bất kỳ vị trí nào ( Hình 2). ATM còn có hai đặc điểm quan trọng Thứ nhất : ATM sử dụng các gói có kích thước nhỏ và cố định gọi là các tế bào ATM ( ATM cell), các tế bào nhỏ cùng với tốc độ truyền lớn sẽ là cho trễ truyền và biến động trễ ( delay jitter) giảm đủ nhỏ đối với dịch vụ thời gian thực, ngoài ra kích thước nhỏ cũng sẽ tạo điều kiện cho việc hợp kênh ở tốc độ cao được dễ dàng hơn. Thứ hai : còn có một đặc điểm rất quan trọng là khả năng nhóm một vài kênh ảo ( Virtual path) 1.2.2.Các lĩnh vực công nghệ mới quyết định sự ra đời và phát triển của ATM. Có hai yếu tố ảnh hưởng tới ATM đó là : Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ bán dẫn cũng như công nghệ quang điện tử. Sự phát triển các ý tưởng mới và khái niệm hệ thống . 1.2.2.1. Các tiến bộ về mặt công nghệ. Công nghệ bán dẫn : Công nghệ CMOS là công nghệ rất có triển vọng bởi độ tích hợp lớn, tốc độ cao ( khoảng vài trăm Mbit/s tới vài Gbit/s, độ tiêu tốn năng lượng thấp. Công nghệ quang : Các đưòng truyền dẫn quang có các ưu điểm như : độ suy giảm thấp ( dẫn tói khoảng cách truyền lớn), độ rộng băng truyền lớn, kích thước nhỏ, độ mền dẻo cơ học cao, tránh được nhiễu của trường điện từ, xác suất truyền lỗi thấp và không có nhiều xuyên âm. 1.2.2.2. Các ý tưởng mới về khái niệm hệ thống. Các quan điểm mới vê hệ thống đựoc phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây, đó là hệ thống phải có độ mên dẻo thích hợp, độ rộng băng của hệ thống tuỳ thuộc cào yuê cầu của từng dịch vụ cụ thể, các dịch vụ thời gian thực đựoc truyền theo phương pháp truyền mạng gói. Các ý tưởng này phải thoả mãn hai chức năng chính của mạng đó là : 1 3 3 2 1 3 2 1 3 2 2 1 Điều khiẻn lỗi đầy đủ Nút chuyển mạch Đầu cuối Điều khiển lỗi đầy đủ Đầu cuôi Tính trong suốt về mặt nội dung ( Semantic transparency ). Tính trong suốt về nội dung là chức năng đảm bảo việc truyền đúng từ đàu phát tới đầu thu ( tức là sự chính xác về mặt nội dung ) Hình 1.3 : Điều khiển lỗi đầy đủ trên mọi liên kết của mạng Chuyển mạch gói Trong các mạng chuyển gói khi mới ra đời, chất lượng truyền số liệu còn thấp, do đó để đảm bảo chất lượng truyền chấp nhận được, người ta phải thực hiện chức năng điều khiển lỗi trên mọi liên kết ( link by link ). Việc điều khiển lỗi nay được thực hiện bởi các thủ tục HDL ( Hight level Data Link control) bao gồm các chức năng : giới hạn khung ( frame delimiting ), đảm bảo truyền bit chính xác, kiểm tra lỗi ( kiểm tra mã dư vòng CRC - Cyclic Redundancy Check ), sửa lỗi bằng các thủ tục truyền lại. Hình 1.3 trình bày thủ tục điều khiển lỗi đầy đủ của mạng chuyển mạch gói thông qua mô hình liên kết các hệ thống mở OSI. Ta thấy rằng quá trình điều khiển được thực hiện trên lớp 2. Ơ đây quá trình điều khiển lỗi được thực hiện trên mọi liên kết thông qua nút chuyển mạch, do đó nút chuyển mạch phải xử lý rất nhiều thông tin làm ảnh hưỏng tới độ xử lý và độ tin cậy của hệ thống. 2a 2b 1 2a 1 2a 1 2b 2a 1 3 3 Nút chuyển mạch Điều khiển lỗi đầy đủ ( từ đầu cuối đến đầu cuối) Đầu cuối Đầu cuối Điều khiẻn lỗi có giứa hạn Điều khiẻn lỗi có giứa hạn Hình 1.4 : Điều khiển lỗi có giới hạn ở mạng chuyển tiếp khung. 1b 2 1a 1b 1a 1b 1a 2 1b 1a 3 3 Nút chuyển mạch Điều khiển lỗi đầy đủ ( từ đầu cuối đến đầu cuối) Đầu cuối Đầu cuối Hình 1.5 : chuyển mạch tế bào trong mạng ATM với các chức năng tối thiểu. Chức năng Chuyển mạch gói Chuyển tiếp khung ATM Truyền lại gói X - - Giới hạn khung X X - Kiểm tra lỗi X X - Bảng 1.1 : Các chức năng thực hiện ở nút mạng của X25 chuyển tiếp khung ATM. Đối với b- isdn ý tưởng này còn được mở rộng hơn nữa, các chức năng điều khiển lỗi không còn được cung cấp ở các nút chuyển mạch trong mạng nữa mà trong trường hợp cần thiết, sẽ được cung cấp bởi các thiết bị đầu cuối. Như vậy các chức năng điều khiển trong mạng được giảm từ điều khiển lỗi đầy đủ ( full error control ) ở mạng chuyển gói X 25 xuống còn cực kỳ tối thiểu ở mạng ATM, do đó các nút ở ATM có độ phức tạp tối thiểu và vì thế có tốc độ truyền rất cao, có thể lên tới 600 Mbit/s ( Hình 1.5). Bảng 1.1 trình bày các chức năng được thực hiện ở tại nút mạng chuyển mạch gói thế hệ cũ và mạng chuyển mạch gói thế hệ mới ( phương pháp chuyển tiếp khung) của mạng ATM. Rõ ràng nút mạng ATM hầu như không phải xử lý thông tin điều khiển nào trong khi đó nút mạng của hệ thống chuyển gói thế hệ cũ phải xử lý rất nhiều thông tin. Độ trong suốt về mặt thời gian ( time transferency). Các dịch vụ thời gian thực yêu cầu dòng bit có trễ rất ngắn khi được truyền từ đầu phát tới đầu thu. Có thể phân biệt hai loại trễ : trễ do chuyển mạch và trễ do truyền từ điểm đầu tới điểm cuối. Hệ thống chuyển mạch gói và chuyển tiếp khung rất khó khăn khi thực hiện các dịch vụ thời gian thực vì độ trễ cao. Do độ phức tạp của nút chuyển mạch, chúng chỉ có thể hoạt động ở tốc độ vừa và thấp. Mạng ATM chỉ cần các chức năng tối thiểu ở nút chuyển mạch , do đó nó cho phép truyền số liệu với tốc độ rất cao, trễ trên mạng và các biến động giảm xuống còn vài trăm ms , do đó quan hệ thời gian được đảm bảo như trong trường hợp chuyển mạch kênh. 1.3.Tóm tắt. Chương này đã trình bày các đặc điểm của các mạng viễn thông hiện hữu cũng như các hạn chế của chúng và nhu cầu dịch vụ băng rộngđang tăng lên. Từ đó vấn đề đặt ra là phải có một mạng tổ hợp băng rộng duy nhất ( B-ISDN) thay thế tất cả các mạng viễn thông nói trên. Chính trên cơ sở này mà ATM hình thành và phát triển. Sự phát triển của kỹ thuật ATM là kết quả trực tiếp của các ý tưởng mới về khái niệm hệ thống được hỗ trợ bởi các thành tựu to lớn trong công nghệ bán dẫn và công nghệ quang điện tử. ATM có khả năng đáp ứng được một loạt các dịch vụ băng rộng khác nhau, kể cả trong lĩnh vực gia đình cũng như trong thương mại. Chương II : các tham số và đặc điểm cơ bản của B-ISDN. 2.1. các tham số của hệ thống. Sau đây sẽ trình bày một số tham số của các dịch vụ trong mạng băng rộng sau đó sẽ trình bày tới các tham số và tính toán về lỗi cũng như trễ trong mạng. Các tham số này rất quan trọng vì có thể dựa vào đó để đánh giá chất lượng mạng. 2.1.2 . Tốc độ tự nhiên, tốc độ trung bình, tốc độ bit cực đại và tốc độ truyền dịch vụ của mạng. Mạng băng rộng tương lai cần được truyền một số lượng lớn các dịch vụ, từ các dịch vụ tốc độ thấp như : đo lường từ xa, báo động từ xa, tiếng nói, fax, tới các dịch vụ tốc độ trng bình như : âm nhạc, điện thoại truyền hình, truyền số liệu tốc độ cao hoặc các dịch vụ có tốc độ rất cao như : HDTV, thư viện vidio... Các dịch vụ này có tốc độ từ vài bit/s tới vài trăm Mbit/s, thời gian truyền từ vìa giây tới vài giờ ( Hình 2.1). Hình 2.1. Đặc điểm tốc độ thời gian truyền của các dịch vụ băng rộng. Có thể biểu diễn tốc độ bit tự nhiên của dịch vụ bằng hàm S(t), hàm này kéo dài trong thời gian truyền thông tin T. Có hai giá trị quan trọng là : tốc độ bit cực đại ( the peak natural bit rate ) và tốc độ trung bình E(S(t)) được tính trong khoangr thời gian T. Quãng thời gian T cùng với hai giá trị E(S(t)) và S là các tham số quan trọng của dịch vụ. Ta có công thức : S = max[s(t)] E[s(t)]= 1/T Tỷ lệ giữa E và S được gọi là đại lượng B ( Bustinss). B đặc trưng cho sự thay đổi của tốc độ dòng bit theo thời gian. Để minh hoạ cho 2 đại lượng E và S được thể hiện trên hình 2.2. B = S/ E[s(t)] S(t) (bit/s) S E[s(t)] 0 t(s) T Hình 2.2 : Đồ thị minh hoạ đại lượng S, S(t) và E. Rõ ràng tốc độ bit tự nhiên S(t) đối với mỗi phiên liênlạc, nhưng S và E(St)) như nhau đối với mỗi loại dịch vụ, bảng 2.1 trình bày một số giá trị E và B của vài loại dịch vụ. Dịch vụ E[s(t)](Mbit/s) B Truyền số liệu 1,5-130 10 Truền văn bản , tài liệu 1,5-45 1-10 Điện thoại truyền hình/ hội nghị truyền hình 1,5-130 5 TV 30-130 2-3 Truyền hình phân giải cao 130 5 Bảng 2.1 : Các đặc điểm tham số E và B của một số dịch vụ. Sau đây ta xét mối liên hệ giữa tốc độ truyền và tốc độ bit cực đại ( hay tốc độ truyền tự nhiên của dịch vụ ) và ảnh hưởng của nó đến chất lượng truyền. Từ hình 2.3 nhận thấy rằng, nếu tốc độ truyền nhỏ hơn tốc độ bit cực đại S thì chất lượng bịgiảm xuống do một số bit sẽ phải cắt bỏ để đảm bảo tốc độ bit tự nhiên của dịch vụ phù hợp với tốc độ truyền. Tốc độ (bit/s) Phần bị giảm chất lượng truyền Tốc độ ruyền tren mạng Tốc độ truyền tự nhiên của dịch vụ 0 t(s) Hình 2.3 : Chất lượng giảm do tốc độ truyền nhỏ hơn tốc độ bit cực đại Mặt khác, nếu tốc độ truyền luôn lớn hơn hoặc bằng tốc độ bit cực đại của dịch vụ thì các thông tin vô nghĩa sẽ được sử dụng để điền đầy vào khoảng chênh lệch giữa tốc độ bit tự nhiên và tốc độ truyền, do đó sẽ tiêu phí độ rộng băng truyền. Điều này được minh hoạ trên hình 2.4. Tốc độ (bit/s) tiêu phí độ rộng băng truyền Tốc độ truyền trên mạng Tốc độ bit tự nhiên của dịch vụ 0 t(s) Hình 2.4 : Tiêu phí độ rộng băng truyền do tốc độ truyền lớn hơn tốc độ bit cực đại Qua hai thí dụ trên, có thể kết luận rằng cần phải lựa chọn tốc độ truyền thích hợp tuỳ theo yêu cầu dịch vụ. 2.1.2. Các tham số đặc trưng cho chất lượng mạng. Như đã trình bày ở 1.2.2.2 để truyền thông tin một cách tin cậy, mạng phải đảm bảo hai chỉ tiêu : Trong suốt về mặt nội dung. Trong suốt về mặt thời gian. 2.1.2.1 : Các tham số liên quan đến tính trong suốt về mặt nội dung. Tính trong suốt về mặt nội dung đảm boả cho mạng khả năng truyền thông tin một cáh chính xác từ nguồn tới đích với số lỗi cho phép. Truyền thực tế có 3 loại lỗi : Lỗi đơn vị số liệu dư ( residual error data unit rate) : là các lỗi không thể khôi phục được. Lỗi số liệu bị phân phối nhầm (misdelivered data unit rate) : là lỗi khi số liệu bị truyền tới các đích sai. Lỗi số liệu không được truyền đi ( not delivered data unit rate) : là lỗi khi số liệu không được truyền tới địa chỉ cho trước. Như vậy các loại lỗi trên đặc trưng cho tính thông suốt về mặt nội dung và gây ra một tỷ lệ lỗi tr nào đó, chúng có thể được định nghĩa bởi các tham số sau : Tỷ lệ lỗi bit : Được đặc trưng bằng tham số tỷ lệ bit lỗi BER ( bit error rate) : BER = Tổng số bit lỗi / Tổng số các bit được gửi đi Các bit lỗi có thể xảy ra riêng biệt ( lỗi đơn) hay xảy ra liên tục thành nhóm. Tỷ lệ lỗi gói : trong các mạng hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển mạng gói, một nhóm các lỗi có thể xẩy ra do một nhóm thông tin bị mất hoặc bị định đường nhầm ( misrouted). Tỷ lệ gói được đặc trưng bằng tham số tỷ lệ lỗi gói PER ( packet error rate ) : PER =Số gói bị lỗi/Tổng số gói được gửi Trong thực tế, lỗi gói thường xảy ra do hai nguyên nhân : các gói bị mất do định đường sai hoặc do tắc nghẽn ; được đặc trưng bằng tỷ lệ mất gói PLR (packet loss rate ) : PLR = Tổng số gói bị mất / Tổng số gói được gửi Các gói tới các đích không mong muốn nhưng các đích này lại chấp nhận chúng như các gói đúng. Đại lượng đặc trưng cho trường hợp này được gọi là tỷ lệ chèn gói PIR (packet insertion rate ) : PIR = Tổng số gói chèn vào đích nhầm/tổng số các gói được gửi đi Trong mạng các lỗi có thể xuất hiện ở phần truyền dẫn tại các bộ tập trung kênh hoặc tại nút chuyển mạch. 2.1.2.2 : Các tham số liên quan đến tính trong suốt về mặt thời gian. Độ trong suốt về mặt thời gian đảm bảo độ trễ đủ nhỏ cho các dịch vụ thông tin trên mạng, đặc biệt là các dịch vụ thời gian thực. Trong suốt về mặt thời gian được đặc trưng bởi hai tham số là trễ D và biến động trễ J ( delay jitter). Nói chung đội trễ D giữa đầu thu và đầu phát giữa các tế bào ATM có thể khác nhau được biểu thị bằng độ trễ cực đại DM và độ trễ cực tiểu Dm. Sự khác nhau giữa DM và Dm dẫn tới biến động trễ : J =DM-Dm. Chú ý : biến động trễ là độ trễ không đồng đều của các thông tin tới cùng một điểm cuối tại các thời điểm khác nhau. Nó dẫn tới việc khôi phục tiến hiệu không chính xác trong các dịch vụ yêu cầu thời gian thực. Theo ITU-T, nếu trễ giữa hai đầu cuối lớn hơn 25msthì phải lắp thêm các bộ khử tiếng vang. Tuy vậy trễ trong mạng phần lớn có giá trị xấp xỉ một giá trị trung bình Do nào đó, xác suất xảy ra trễ khác xa giá trị Do này rất nhỏ. Xác suất trễ 1 trễ D0 Hình 2.5 : Hàm mật độ trễ của các dịch vụ truyền trên mạng. Tham số trễ D lại chia thành hai loại gồm : Trễ truyền : Dt Trễ xử lý : Dp. Lúc đó D được tính : D = Dt + Dp Trễ Dt xảy ra tại các nút chuyển mạch và được cấu tạo vật lý của mỗi nút cũng như phương pháp xử lý thông tin cuả chúng. Theo ITU-T độ trễ trung bình trong chuyển mạch số phải nhỏ hơn 450 ms . Trong ATM, giá trị này còn bé hơn do tốc độ xử lý đã tưng lên đáng kể. Bảng 2.2 : Thể hiện tỷ lệ lỗi và trễ cho phép của các loại dịch vụ khác nhau Dịch vụ BER PLR PIR Trễ Thoại 10-7 10-3 10-3 25ms/500ms Truyền số liệu 10-7 10-6 10-6 1000ms Truyền hình quảng bá 10-6 10-8 10-8 1000ms Âm thanh chất lượng cao 10-5 10-7 10-7 1000ms Xử lý điều khiển từ xa 10-3 10-3 10-3 1000ms Bảng 2.2 : Tỷ lệ lỗi và trễ chấp nhận được đối với từng dịch vụ của mạng ATM. 2.2. lựa chọn kiểu truyền chuyển B-ISDN. Như đã trình bày trong 1.2.1 ITU-T chọn kiểu truyền không đồng bộ là dạng truyền cho B-ISDN truyền tương lai ; nguyên nhân để lựa chọn ATM như nền tảng củaB-ISDN ( đã giới thiệu sơ qua ở 1.1) sẽ rõ ràng hơn sau khi ta xem một hệ thống thông tin khác nhau. 2.2.1. Chuyển mạch kênh. Phương pháp chuyển mạch này đã được sử dụng từ lâu trong mạng điện thoại, nhày nay nó vẫn được sử dụng trong N- ISDN. Chuyển mạch kênh sử dụng phương pháp ghép kênh theo thời gian DTM ( time division multiplexing). Chuyển mạch kênh rất thiều phần mềm dẻo do các thông tin phải truyền theo một tấn số cố định dẫn tới giới hạn về mặt tốc độ và không thích hợp cho việc truyền các dịch vụ băng rộng có đặc điểm khác nhau. 2.2.2. chuyển mạch kênh đa tốc độ. Để khắc phục sự thiếu mền dẻo của chế độ truyền đơn tốc độ trong chuyển mạch kênh, người ta đưa ra hệ thống chuyển mạch kênh đa tốc độ MRCS ( Multirate circuit switching ). Các đường nối trong MRCS được chia thành n kênh cơ bản gồm các khung thời gian với các khe thời gian có độ dài khác nhau, mọi cuộc liên lạc có thể được xây dựng từ n kênh này. hệ thống chuyển mạch MRCS rất phức tạp do mỗi kênh cơ sở của một đường nối phải giữa đồng bộ với các kênh khác. Do đó ITU-T cũng không coi MRCS là giải pháp cho mạng băng rộng. 2.2.3. chuyển mạch kênh tốc độ cao. Các tài nguyên trong hệ thống chuyển mạch kênh tốc độ cao FCS ( Fast circuit suitching) chỉ được cung cấp khi thông tin được gửi đi và khi gửi xong thông tin tài nguyên được giải phóng trở lại. Sự cung cấp này được thiết lập mỗi lần gửi như trong trường hợp chuyển mạch gói, nhưng dưới sự điều khiển của tín hiệu báo hiệu liên kết nhanh ( fast associated signalling) chư không nằm tiêu đề như trong chuyển mạch gói. Sự kết hợp giữa FCS và MRCS được gọi là hệ thống chuyển mạch nhanh đa tốc độ MRFCS ( Multirate fast circuit switching ). Tuy vậy nó cũng còn một vài nhược điểm, đặc biệt là phức tạp khi thiết kế và điều khiển một hệ thống như vậy, vì ở đây yêu cầu khả năng thiết lập và huỷ bỏ cuộc nối trong một khoảng thời gian rất ngắn. FCS và MRCS cũng không được lựa chọn làm giải pháp cho mạch băng rộng. 2.2.4. chuyển mạch gói. Để đảm bảo chất lượng truyền chấp nhận được từ đầu cuối tới đầu cuối, cần có độ phức tạp của X25 nhằm xử lý lỗi và điều khiển luồng giữa các đường liên kết ( Link by link). Mặt khác những gói có độ dài khác nhau yêu cầu quản lý bộ đệm rất phức tạp do đó tốc độ hoạt động không cao. Trong X25 lớp hai sử dụng truy nhập đường liên kết bằng LAPB( balalced link access procedure ). LAPB được sử dụng để thực hiện các chức năng như nhận biết giới hạn khung ; chèn tách các bit chống lỗi, truyền lại các khung bị mất bằng thủ tục ARQ ( automatic repeat request) điều khiển luồng. Các hệ chuyển mạch gói sau này được cải tiến thành hai hệ thống thành chuyển mạch khung ( Frame switching) và chuyển tiếp khung (Frame relaying). Trong chuyển tiếp khung việc truyền lại các khung số liệu bị lỗi chỉ được truyền từ đầu cuối tới đầu cuối ( giữa các thiết bị đầu cuối người sử dụng). Tại nút mạng chỉ có chức năng phát hiện lỗi để huỷ bỏ các khung vì không cần thiết phải truyền các khung này, ngoài ra cũng không có chức năng điều khiển luồng hoặc phân kênh hợp kênh. Trong chuyển mạch khung, các chức năng phát hiện lỗi và điều khiển luồng vẫn còn giữa lại ở nút mạch do đó việc truyền lại khung và điều khiển luồng bằng cửa sổ trượt vẫn được thực hiện trên cơ sở các liên kết. Hai hệ thống chuyển mạch khung và chuyển tiếp khung có rất nhiều ưu điểm, tuy vậy chúng vẫn không có khả năng thực hiện các dịch vụ thời gian thực do trế lớp.’ 2.2.5.Dạng truyền không đồng bộ. Sau khi xem xét rất nhiều hệ thống khác nhau, cuối cùng ITU-T quyết định lấy ATM là mạng phục vụ cho các dịch vụ băng rộng bởi vì ATM thoả mãn được các yêu cầu đặt ra, các ưu điểm của nó là : Mềm dẻo và phù hợp với các dịch vụ trong tương lai. Có hiệu quả trong việc sử dụng tài nguyên. Chỉ sử dụng một mạng duy nhất cho tất cả các dịch vụ. ATM còn có các tên gọi khác như ATD( asynchronous time division ), IBCN ( intergrated broadband commulication network). 2.3. Tính toán các tham số cơ bản cho ATM. Như đã đề cập ở trên các tham số ở ATM đều được tính toán dựa trên cơ sở hai yêu chính là độ trong suốt về mặt thời gian đặc trưng bởi độ trễ và độ trong suốt về mặt nội dung, đặc trưng bởi tỷ lệ lỗi. 2.3.1. Độ trễ. Trễ khi truyền thông qua mạng ATM được quyết định bởi các phần khác nhau của mạng, mỗi phần đóng góp vào trễ tổng của mạng. Hình 2.7 trình bày trễ qua các khâu khá nhau của mạng. Chuyển mạchATM Mạng ATM Chuyển nạch ATM FD2+QD2 DD Chuyển mạchATM Chuyển nạch ATM FD2+QD2 DD Mạng đòng Bộ TD1 TD2 TD3 TD4 PD FD1+QD1 (a) Trễ trong mạng ATM thuần tuý TD1 TD2 TD3 TD4 PD FD1+QD1 (b) trễ trong mạng kết hợp giữa ATM và mạng đồng bộ Trong đó : Hình a: -PD : Trễ tạo gói -TD: trễ truyền -FD : Trễ chuyển mạch -QD: Trễ hàng đợi -DD: Trễ tháo gói Hình b: -FD: trễ của mạng đồng bộ Hình 2.7 : các loại trễ khác nhau trong mạng ATM. Trong mạng ATM thuần tuý, thông tin được đóng gói thành các tế bào và khôi phục thành các trạng thái đầu ở nơi nhận tin. Các tế bào được sử dụng khắp mọi nơi trên mạng. Ngựoc lại trong mạng kết hợp một phần của mạng hoạt động với tế bào phần khác hoạt động, với các khung thời gian. Các loại trễ bao gồm : - Trễ truyền ( TD) phụ thuộc vào khoảng cách điểm đầu và điểm cuối thông thường có giá trị từ 4-5 ms /km. Trễ tạo gói : ( PD) xảy ra khi các thông tin được đóng gói vào các tế bào. Trễ ch._.uyển mạch cố định : (FD) xảy ra khi một tế bào ATM đi qua chuyển mạch, nó có giá trị cố định.’ Trễ hàng đợi (QD) trễ này có giá trị thay đổi xảy ra tại các hàng đợi trong hệ thống chuyển mạch. Trễ tháo gói : (DD) xảy ra tại đầu thu của mạng ATM và tại gianh giới giữa mạng ATM và mạng đồng bộ trong trường hợp kết hợp. Như vậy ta có thể tính toán trễ tổng cộng như sau : Trong mạng thuần tuý ATM : D1=STDi +SFDj + maxqƯQDj + PD Trong mạng kết hợp. D2=STDi +SFDj + maxqƯQDj + k.PD +SSD1 Trong đó : i: - Đoạn liên kết của đường truyền j: - Số chuyển mạch ATM k: - Số lần tạo gói / tháo gói giữa mạng ATM và mạng đồng bộ SD1- trễ trong các mạng đồng bộ Bảng 2.3: Trình bày trễ qua từng khâu trong mạng Tốc độ 150 Mbit/s 600 Mb/s Kích thước tế bào (byte) 16 32 64 16 32 64 TD(m) 4000 4000 4000 4000 4000 4000 FD(m) 64 128 256 16 32 64 QD(m) 200 400 800 50 100 200 PD(m) 2000 4000 8000 2000 4000 8000 SD(m) 900 900 900 900 900 900 D1(m) 6264 8528 12256 6166 8123 12364 D2(m) 9365 13828 21956 9016 13132 21364 2.3.2. Tỷ lệ lỗi. Cũng như các hệ thống khác các lỗi xảy ra trong ATM là do sự không hoàn hảo của hệ thống chuyển dẫn hoặc của hệ thống chuyển mạch. 2.3.2.1. Sự mất tế bào do lỗi ở phần tiêu đề. Lỗi truyền sẽ dẫn tới sự thay đổi không mong muốn các thông tin truyền. Nếu lỗi xảy ra ở phần số liệu của tế bào thì cả tế bào vẫn được truyền tới điểm cuối do ATM không có bất cứ một cơ chế chống lỗi nào khi truyền từ kiên kết tới liên kết. Nếu lỗi xảy ra ở phần tiêu đề thì chuyển mạch ATM sẽ không dịch nhầm phần tiêu đề này và sau đó tế bào có thể bị định đường sai. điều này xảy ra khi phần tiêu đề mang giá trị của một đường nối khác. Nếu phần tiêu đề mang một giá trị không tồn tại thì tế bào dẽ bị huỷ bỏ. Trong cả hai trường hợp đều có thể xảy ra lỗi nhân (multiplication error) do chỉ cần một bit trong phần tiêu đề cũng dẫn tới cả tế bào. Tỷ lỗi được gọi là B. 2.3.2.2. Sự mất tế bào do tràn hàng đợi. Do kích thước thích hợp của các hàng đợi trong mạng sự mất tế bào do tràn hàng đợi giảm xuống tơí giá trị chấp nhận được ,giá trị này khoảng 10-8. Việc tính toán kích thước hàng đợi được giảm nhẹ rất nhiều bởi tính chất hướng liên kết (connection - oriented))của ATM vì nó tạo khả năng đẻ mạng cho phép hoặc từ chối một cuộc nối nhỏ hơn hoặc lớn hơn tải con lại trong hàng đợi . 2.4:Xác đinh độ dài cho tế bào ATM Sau khi tính toán các tham số trễ và tỷ lệ nỗi ,ta đi đến tính toán kích thước của tế bào ATM ,cụ thể là lựa chọn các giải pháp :độ dài ttế bào là cố định hay thay đổi ra sao để cho trễ ,tỷ lệ nỗi cũng như độ phức tạp khi thực hiện là tối thiểu . 2.4.1Lựa chọn giưă 2giải pháp độ dài cố định hoặc thay đổi. 2.4.1.1: Về mặt hiệu xuất băng truyền Có hai quan điểm khác nhau về độ dài gói ,độ dài cố định hoặc thay đổi .Nhiều nhân tố khác nhau ảnh hưởng tới ưu điểm và nhược điểm của cả hai giải pháp nhưng các yếu tố quan trọng nhất cần phải xem xét khi lựa chọn là hiệu quả của băng truyền dẫn mức độ phức tạp của chuyển mạch và trễ. Ta có công thức chung để tính hiệu suất băng truyền : h =Số byte thông tin /(Số byte thông tin + Số byte tiêu đề) Độ dài gói cố định :Trong trường hợp độ dài ATM cố định, hiệu suất băng truyền được tính theo công thức O: h = X/[(int (X/L))(L+H)] trong đó : L : Kích thước truyền số liệu của gói tính bằng byte. H : Kích thước phần tiêu đề. X : Tổng số byte thông tin hữu ích được truyền. Int(Z) : Phần nguyên của Z. Như vậy hiệu suất sẽ tối ưu khi toàn bộ thông tin được truyền đi chia hết cho kích thước trường thông tin. Lúc đó, giá trị hiệu suất băng truyền sẽ là : hFopt =L/(L+H) Người ta nhận thấy rằng hiệu suất phụ thuộc rất nhiều vào các byte thông tin hữu ích đựơc truyền đi, số byte thông tin hữu ích dài thì hiệu suất tối ưu càng dễ đạt được. Do luồng thông tin trong ATM gồm : tiếng nói, tín hiệu video, số liệu tốc độ cao lên hiệu suất gần đạt được giá trị tối ưu, kể cả khi sử dụng tế bào có độ dài cố định. Gói có độ dài thay đổi : Đối với gói có độ dài thay đổi các thông tin bổ xung và phần tiêu đề bao gồm các “ cờ “ để nhận biết giới hạn gói một vài bit được trèn thêm để nhận biết các “ cờ “ chính xác. Ngoài ra còn phải cộng thêm vào phần đầu khung phần báo hiệu độ dài gói, lúc đó hiệu suất là : h = X/ (X+H+hv) Trong đó : hv là phần thông tin bắt buộc phải bổ xung thêm để báo hiệu độ dài gói thay đổi của gói ATM. Hiệu suất truyền của gói có độ dài thay đổi rất cao, với các gói có độ dài lớn hiệu suất này đạt gần tới 100%. Kết luận : Xét về mặt hiệu suất truyền nói chung gói có độ dài thay đểi tốt hơn là gói có độ dài cố định. Tuy nhiên khi xem xét trong từng trường hợp cụ thể, ưu thế này lại rất hạn chế do luồng thông tin của mạch băng rộng sẽ bao gồm sự kết hợp của tiếng nói, tín hiệu video và số liệu đều là những tín hiệu có dòng bit liên tục./ 2.4.1.2. Về mặt tốc độ chuyển mạch và độ phức tạp. Độ phức tạp của việc thực hiện chuyển mạch đối với gói có độ dài cố định hay thay đổi phụ thuộc vào các chức năng của chúng cũng như các yuê cầu kỹ thuật tương ứng với các chức năng này. Hai nhân tố quan trọng nhất là tốc độ hoạt động và yêu cầu vềkích thước bộ nhớ hàng đợi. tốc độ hoạt động : Phụ thuộc vào các chức năng cần phải thực hiện và thời gian thực các chức năng đó. Xử lý phần tiêu đề : đối với các gói có độ dài cố định khoảng thời gian để xử lý phần tiêu đề là cố định. Trong trường hợp gói có độ dài thay đổi, thời gian xử lý là không cố định và phụ thuộc vào độ dài gói. Quản lý bộ nhớ của hàng đợi : trong trường hợp kích thước gói cố định, hệ thống quản lý bộ nhớ có thể đưa ra các khối nhớ với kích thước cố định tương ứng với kích thước của tế bào ATM. hoạt động này hết sức đơn giản như trong trường hợp quản lý bộ nhớ tự do. Trong trường hợp gói có độ dài thay đổi, hệ thống quản lý bộ nhớ phải có khả năng đưa ra các khối bộ nhớ có kích thước khác nhau sao cho các hoạt động như tìm các đoạn thông tin , tìm đoạn đầu tiên,...được tiến hành ở tốc độ cao. Việc quản lý bộ nhớ tự do cũng trỏ lên phức tạp hơn. yêu cầu về kích thước hàng đợi : trong trường hợp độ dài gói cố định, yêu cầu về kích thước hàng đợi cũng phải càng lớn. Trong trường hợp gói có độ dài thay đổi, tính toán kích thước hàng đợi phức tạp hơn nhiều và sẽ phụ thuộc vào độ dài gói. đơn giản nhất là những kích thước hàng đợi tương ứng với gói có độ dài lớn nhất, lúc đó kích thước hàng đợi sẽ lớn hơn rất nhiều so với trường hợp gói có kích thước cố định. Việc tính toán kích thước hàng đợi một cách tối ưu trong trường hợp này sẽ hết sức khó khăn. Kết luận : sau khi đối chiếu với yêu cầu về tốc độ hoạt động và kích thước bộ nhớ hàng đợi, giải pháp gói có kích thước cố định là hợp lý nhất đối với các dịch vụ băng rộng của ATM. 2.4.1.3. trễ. Như ta đã biết trong mục 1.2.1 kích thước của gói ATM cần phải giới hạn để không phát sinh ra trễ trong mạng. Trễ tiếng nói sẽ rất lớn nếu kích thước gói lớn. 2.4.1.4. Kết luận. Trong mạng băng rộng nơi các ứng dụng chính được sử dụng là tiếng nói, tín hiệu video và gói số liệu lợi ích thu về hiệu suất truyền đối với các gói có kích thước thay đổi nhỏ hơn rất nhiều so với lợi ích thu được khi sử dụng các gói có kích thước cố định, nếu so sánh về mặt tốc độ hoạt động và độ phức tạp. Mặt khác nếu sử dụng tế bào có kích thước thay đổi thì độ dài của các tế bào này không những không thể tuỳ ý mà còn rất bị hạn chế để đảm bảo trễ nhỏ. Do đó vào năm 1988, ITU-T chọn giải pháp sử dụng tế bào ATM cố kích thước cố định. 2.4.2. lựa chọn kích thước của tế bào ATM. Sau khi đã quyết định sử dụng gói có độ dài cố định vấn đề đặt ra là chọn tế bào có kích thước bao nhiêu. kích thước củ tế bào sẽ ảnh hưởng tới các chỉ tiêu sau : Hiệu suất băng truyền. Trễ ( trễ tạo gói,trễ hàng đợi, trễ tháo gói, trễ chuyển mạch, trễ truyền dẫn...) Độ phức tạp khi thực hiện. 2.4.2.1.Hiệu suất băng truyền. Hiệu suất băng truyền được quyết định bởi tỷ lệ giữa kích thước phần tiêu đề và kích thước truyền dữ liệu càng dài thì hiệu quả càng cao ( xem 2.4.1.1.). 2.4.2.2. Trễ. Trễ của hệ thống bao gồm một số loại trễ như trễ tạo gói,trễ hàng đợi, trễ tháo gói, trễ chuyển mạch, trễ truyền dẫn...như trình bày ở mục 2.3.1. Trễ tạo gói phụ thuộc vào kích thước của trường số liệu trong tế bào. Hình 2.9 thể hiện hiệu suất truyền đối với các tế bào có độ dài khác nhau ( so sánh giữa hai tế bào H = 4 và H= 5 ) cũng như trễ tạo gói của chúng ( so sánh giữa hai tốc độ truyền tiếng nói là 64 Kbit/s và 32Kbit/s). Trễ(ms) (h%) Hiệu suất băng truyền h4 (H=4) 2 100 4 90 h 4 (H=5) 80 8 70 16 60 8 16 32 64 128 Hình 2.9 : HIệu suất truyền và trễ toạ gói đối với các trường dữ liệu có độ dài khác nhau. Trễ hàng đợi bị ảnh hưởng bởi tỷ lệ giữa độ lớn của trường dữ liệu L và độ lớn phần tiêu đề. Hình 2.9 thể hiện sự phụ thuộc của trễ hàng đợi và tỷ lệ L/H. Ta nhận thấy rằng trễ bé nhất khi L/H có giá trị từ 8 - 16 tướng ứng với kích thước của tế bào từ 32 + 4 byte tới 64 + 4 byte. Trễ tháo gói được quyết định bởi biến động trễ là nguyên nhân của trễ tổng của một vài hàng đợi. Trễ tháo gói cũng bị ảnh hưởng bởi độ dài của tế bào. Trễ hàng đợi (ms) 280 32+4 64+4 128+4 240 200 160 120 80 40 L/H 0 8 10 16 20 30 32 60 Trong đó : Hiệu suất tải 0.85 0.80 0.75 0.70 0.65 Hình 2.10 : Trễ hàng đợi phụ thuộc vào tỷ lệ L/H với các hiệu suất tải khác nhau. Trễ toàn mạng theo khuyến nghị Q161 của ITU-T cần phải được giới hạn sao cho giá trị của nó nhỏ hơn 25ms. Nếu tổng trễ lớn hơn giá trị này thì cần phải lắp thêm bộ khử tiếng vọng. Theo kết quả nghiên cứu của ITU-T độ dài tế bào có ảnh hưởng trực tiếp tới trễ : Đối với các tế bào có độ dài tương đối ngắn ( 32 byte hoặc nhỏ hơn) thì trễ tổng rất nhỏ. đối với các gói có độ dài trung bình ở khoảng giữa 32- 64 byte, phần lớn các trường hợp ta không cần bộ khử tiếng vọng. 2.4.2.3. Độ phức tạp khi thực hiện. Độ phức tạp của hệ thống phụ thuộc vào hai thông số cơ bản đó là tốc độ xử lý và dung lượng bộ nhớ cần thiết. P M 2 P 6400 4 3200 8 16 1600 32 M 8000 Kích thước tế bào 16 32 64 128 256 (byte) Trong đó: P : thời gian xử lý một tế bào (ms). M: kích thước bộ nhớ (bit). Hình 2.11 : Sự phụ thuộc của kích thước tế bào tới thời gian xử lý và kích thước bộ nhớ. Để giới hạn tỷ lệ mất tế bào, ta cần cung cấp một hàng đợi có kích thước đủ lớn. Vì vậy kích thước tế bào càng lớn thì kích thước hàng đợi cũng phải càng lớn. Mặt khác khi có một gói tới nút chuyển mạch thì phần tiêu đề của nó cũng cần phải được xử lý ngay trong khoảng thời gian một tế bào, do đó kích thước tế bào càng lớn thì việc thời gian dành cho việc thực hiện càng nhiều và tốc độ yêu cầu càng thấp. Thí dụ trên hình 2.11, đối với tế bào 16 byte, ta chỉ cần 8000 bit hàng đợi nhưng thời gian xử lý phải nhở hơn 1 ms . đối với tế bào 256 byte ta cần hơn 64000 bit cho một hàng đời nhưng thời gian xử lý cho phép hơn 15 . Tuy vậy, tốc độ không phải là vấn đề quan trọng nhất bởi vì công nghệ hiện nay cho phép xử lý rất nhiều thông tin trong khoảng thời gian 1ms , như vậy vấn đề chính là giới hạn bộ nhớ. 2.4.2.4. Kết luận. Các giá trị độ dài ở kích thước giữa 32 - 64 byte được ưa chuộng hơn cả. Sự lựa chọn này phụ thuộc vào ba thông số chính đã đề cập ở trên. Cuối cùng ITU-T đã đạt được một thoả hiệp sử dụng tế bào có trường số liệu 48 byte và 5 byte trường tiêu đề. 2.5. tóm tắt. Trong chương II, ta đã xem xét các tham số quan trọng của mạng ATM đó là các tham số liên quan đến lỗi và trễ. Từ các tham số này cũng như các yêu cầu về dịch vụ cụ thể người ta đã xem xét và lựa chọn các tham số truyền trong mạng ATM như độ dài hàng đợi, tốc độ xử lý, kích thước tế bào ATM. Cuối cùng ITU-T chọn giải pháp tế bào ATM kích thước cố định có độ dài 53 byte, trong đó trường số liệu dài 48 byte, phần tiêu đề dài 5 byte. Chương III: kỹ thuật mạng ATM. 3.1. Mở đầu. Sau khi xét các tham số quan trọng của mạng ATM ở chương II, chương III sẽ tiếp tục đề cập tới các kỹ thuật của ATM và các chức năng của từng lớp. ở đây còn đề cập đến cấu trúc của tế bào ATM, nguyên tắc chuyển mạch báo hiệu, chức năng vận hành giám sát bảo dưỡng OAM trong mạng ATM. 3.2. Đặc điểm kỹ thuật của B-ISDN. TE LFC Các dịch vụbăngrông Các dịch vụ cho N-ISDN có tóc độ64 Kbps Chức năng báo hiệu Giữa các nút mạng LFC TE hoặc bộ cung cấpdịchvụ Báo hiệu người sử dụng tới người sử dụng ( hoặc từ người sử dụng tới mạng ) LFC ( local function capability) các chức năng được cung cấp bởi nút chuyển mạch của bộ. TE ( terminal equipment ) thiết bị đầu cuối. Hình 3.1. Các khả năng của B-ISDN. Các đặc điểm chính của hệ thống B-ISDN được ITU-T đưa ra trong khuyến nghị I.327, theo đó các khả năng về báo hiệu, truyền dẫn của B-ISDN bao gồm : Khả năng cung cấp các dịch vụ băng rộng. Khả năng cung cấp các dịch vụ cho N-ISDN với tốc độ cơ sở là 64 Kbit/s. Cung cấp các thủ tục báo hiệu từ người sử dụng tới mạng. Cung cấp các thủ tục báo hiệu từ người sử dụng tới người sử dụng . Như đã phân tích phần tử số liệu được dùng trong ATM là các tế bào ATM. chúng có độ dài cố định là 53 byte. Tính toàn vẹn của chuỗi tế bào được đảm bảo khi truyền qua mạng ATM. nói cách khác các tế bào thuộc về cùng một kênh ảo luôn được truyền theo một thứ tự nhất định. ATM sử dụng kỹ thuật hướng liên kết. Một cuộc nối ở lớp ATM bao gồm một hoặc nhiều liên kết, mỗi liên kết được gán một số liệu nhận dạng không đổi trong suốt cuộc nối. Tuy vậy, ATM cũng cung cấp thủ tục cho các dịch vụ truyền số liệu không liên kết. Các thông tin báo hiệu của một cuộc nối sử dụng một kênh truyền khác với kênh truyền thông tin của cuộc nối đó, tức là nó sử dụng một số liệu nhận dạng khác. vì vậy báo hiệu trong ATM là báo hiệu ngoài băng. 3.3. kỹ thuật liên kết mạng trong B-ISDN. 3.3.1. mô hình sắp xếp các lớp mạng của B-ISDN. B- ISDN Các chức năng lớp cao Mạng truyềnATM Các chức năng Truyền dẫn lớpATM Các chức năng truyền dẫn vật lý Mức kênh ảo VC Mức đường ảo VP Mức đường truyền dẫn Mức nhóm tách số Mức phát Hình 3.2 : Cấu trúc phân lớp mạng của ATM. 3.3.1.1. Lớp vật lý. Trong kỹ thuật liên kết mạng, lớp vật lý bao gồm 3 mức : Mức đường truyền dẫn : mức đường truyền dẫn liên kết các phần tử có chức năng lắp ghép hoặc báo thông tin hữu ích trong hệ thống truyền dẫn, thông tin hữu ích cùng với các thông tin điều khiển tạo ra một khung truyền dẫn hoàn chỉnh. Mức nhóm, tách số : các phần tử mạng có nhiệm vụ nhóm hoặc tách dòng bit liên tục được móc nối với nhau ở mức này ( nhòm hoặc tách các khung truyền dẫn thành một dòng truyền). Mức phát : là một phần tử của mức nhóm/ tách số, nó có nhiệm vụ truyền tín hiệu giữa điểm kề nhau. 3.3.1.2. Lớp ATM. Lớp ATM bao gồm 2 mức : Mức kênh ảo : là mức có chức năng truyền đơn hướng các tế bào ATM tương ứng với một giá trị nhận dạng chung duy nhất VCI. Mức đường ảo : là mức có chức năng truyền đơn hướng các tế bào ATM thuộc về nhiều kênh ảo khác nhau nhưng lại có chung một giá trị nhận dạng đường ảo VPI. Trong một đường truyền dẫn có thể bao gồm vài đường ảo VP, trong mỗi VP có một vài kênh ảo VC. Mỗi VP và VC trong đường truyền dẫn đều có một giá trị VPI và VCI riêng, số các VP và VC phụ thuộc vào độ dài của VPI và VCI trong tiêu đề của tế bào ATM. Hình 3.3 thể hiện mối quan hệ giữa VP,VC và đường truyền dẫn. VP Đường truyễn dẫn VC VC VC VC VC VC VP Hình 3.3. Mối quan hệ giữa đường ảo, kênh ảo và đường truyền dẫn. 3.3.2. Một số khái niệm liên quan tới đường ảo, kênh ảo. 3.3.2.1. Đường ảo VP và kênh ảo VC. Như đã trình bày 3.3.1.2 3.3.2.2. Liên kết kênh ảo và liên kết đường ảo. Theo ITU-T “ liên kết kênh ảo là sự truyền đơn hướng các tế bào ATM giữa điểm mà tại đó các giá trị VCI được gán vào tế bào và điểm mà các giá trị đó bị thay đổi hoặc bị xoá “. “ Liên kết đường ảo là liên kết giữa hai điểm mà tại đó giá trị VPI được gán thay đổi chuyển xoá “. 3.3.2.3. Cuộc nối kênh ảo VCC và cuộc nối kênh ảo VPC. Cuộc nối kênh ảo . Cuộc nối kênh ảo VCC là tập hợp của một số liên kết kênh ảo. Theo định nghĩa của ITU-T : “ VCC là sự móc nối của các liên kết kênh ảo giữa hai điểm truy nhập vào lớp tương thích ATM “. Thực chất VCC là một đường nối logic giữa hai điểm dùng để truyền các tế bào ATM. Thông qua VCC, thứ tự truyền các tế bào ATM sẽ được bảo toàn. Có 4 phương pháp được sử dụng để thiết lập một quốc nối kênh ảo tại giao diện giữa người sử dụng và mạng : + Việc thiết lập và giải phóng đối với các cuộc nối được thực hiện thông qua các kênh dành sẵn mà không cần các thủ tục báo hiệu. Phương pháp này được áp dụng cho các cuộc nối cố định và bán cố định. + Qua các thủ tục báo hiệu trao đổi : phương pháp này sử dụng kênh báo hiệu trao đổi ảo để thiết lập hoặc giải phóng các kênh báo hiệu aỏ thông thường. Cuộc nối kết kênh ảo Lớp ATM Lớp vật lý Liên kết kênh ảo Khối kênh ảo (OAMF5) Cuộc nối đường ảo Liên kết đườngảo Khối đườngảo (OAMF4) Đường truyền dẫn Mức đường truyền dãn (OAMF3) Nhóm /tách số Mức nhóm tách số (OAMF2) Mức phát (OAMF1) Đầu cuối của từng lớp Điểm liên kết của cac lớp Hình 3.4 : trình bày mối liên hệ giữa các lớp mạng ATM qua cuộc nối đường ảo, cuộc nối kênh ảo... + Qua thủ tục báo hiệu giữa người sử dụng và mạng, các VCC báo hiệu được sử dụng để thiết lập hoặc giải phóng các cuộc nối kênh ảo từ đầu cuối tới đầu cuối. + Qua thủ tục báo hiệu từ người sử dụng tới người sử dụng : Nếu một VPC đã tồn tại giữa các giao diện VNI của hai người sử dụng thì một VCC nào đó trong VPC này có thể được thiết lập hoặc giải phóng thông qua VCC báo hiệu giữa hai người sử dụng này. Cuộc nối đường ảo : Cuộc nối đường ảo VPC là sự móc nối liên kết của một số đường ảo. VPC là sự liên kết hợp logic của các VCC. Trong một VPC, mỗi liên kết kênh ảo đều có một số liệu VCI riêng, tuy vậy những VC thuộc về các VP khác nhau có thể có các VCI giống nhau. Mỗi VC được nhận dạng (duy nhất) thông qua tổ hợp hai giá trị VPI và VCI. Có hai phương pháp được sử dụng để thiết lập cuộc nối đường ảo. + Thiết lập VPC không cần đến thủ tục báo hiệu. Việc thiết lập hoặc giải phóng một VPC được thực hiện qua kênh dành sẵn. ( trên cơ sở thuê bao). + Thiết lập VPC được điều khiển bởi người sử dụng hoặc mạng. Các giá trị VPI được cung cấp bởi thiết bị của người sử dụng hoặc các điểm cung cấp dịch vụ trong mạng. 3.3.3. các ứng dụng của các cuộc nối kênh ảo, đường ảo. Các VPC và VCC được sử dụng giữa : Người sử dụng và người sử dụng. Người sử dụng và mạng. Mạng và mạng. Các tế bào tương ứng một VPC và VCC sẽ được truyền qua mạng trên cùng một tuyến. Các VCC giữa người sử dụng và người sử dụng được dùng để mang thông tin người sử dụng và thông tin báo hiệu giữa hai đầu cuối. VCC giữa người sử dụng và mạng có thể được dùng để truy cập đến các chức năng nằm ở nút chuyển mạch địa phương có liên quan tới cuọc nối ( như báo hiệu tại giao diện UNI). VCC giữa các nút mạng dùng để mang các thông tin về quản lý lưu lượng mạng định tuyến và báo hiệu tại giao diện UNI. VPC liên kết những người sử dụng cung cấp cho họ những “ ống truyền dẫn”, tổ chức các VC sẽ phụ thuộc vào ống này. những VPC giữa người sử dụng và mạng được sử dụng để kết hợp những luồng thông tin từ người sử dụng tới các phần tử của mạng như chuyển mạch địa phương. VPC giữa mạng và mạng được sử dụng để tổ chức luồng thông tin của người sử dụng theo các sơ đồ định tuyến có sẵn cho việc chuyển mạch các tuyến hay thông tin quản lý mạng. 3.4. Cấu trúc tế bào ATM. Như đã biết đặc điểm của ATM là hướng liên kết. Do đó khác với mạng chuyển mạng gói, địa chỉ nguồn và đích, số thứ tự gói ( để sắp xếp lại thứ tự các gói) là không cần thiết trong ATM. Hơn nữa do chất lượng của đường truyền rất tốt nên các cơ chế chống lỗi trên cơ sở từ liên kết tới liên kết cũng được bỏ qua. ( xem 1.2.2.2.). Ngoài ra ATM cũng không cung cấp các cơ chế điều khiển luồng giữa các nút mạng do cơ cấu điều khiển cuộc gọi của nó. Vì vậy chức năng cơ bản còn lại của phần tiêu đề truyền tế bào ATM là nhận dạng cuộc nối ảo. Phần tế bào của tiêu đề có hai dạng : một dạng là các tế bào được truyền trên giao diện giữa người sử dụng và mạng UNI, dạng còn lại là dạng các tế bào được truyền giữa các nút chuyển mạch ( giữa NNI). Hình 3.5 và 3.6 thể hiện cấu trúc ATM ở giao diện NNI và UNI. 3.4.1. Số liệu nhận dạng kênh ảo VCI và đường ảo VPI. Do kênh truyền ATM có thể truyền với tốc độ từ vài Kbit/s tới vài trăm Mbit/s tại một thời điểm nào đó, do đó VCI được dùng để nhận dạng các kênh được truyền đồng thời trên đường truyền dẫn. Thông thường trên một đường truyền có hàng ngàn kênh như vậy vì thế VCI có độ dài 16 bit ( tướng ứng với 65535 kênh) 8 7 6 5 4 3 2 1 8 7 6 5 4 3 2 1 VPI VCI VCI VCI VCI PT CLP HEC Phần dữ liệu(48 byte) GFC VPI VPI VCI VCI VCI PT CLP HEC Phần dữ liệu (48byte) Hình 3.5: Cấu trúc tế bào Tại giao diện NNI Hình 3.6: Cấu trúc tế bào Tại giao diện UNI 1 1 2 2 Byte 3 3 4 4 5 5 Do mạng ATM có đặc điểm hướng liên kết nên mỗi cuộc nối được gắn một số liệu nhận dạng VCI tại thời điểm thiết lập. Mỗi giá trị VCI chỉ có giá trị tại từng liên kết từ nút tới nút của mạng. Khi cuộc nối kết thúc VCI còn có ưu điểm trong việc sử dụng trong 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 xung hoặc huỷ bỏ một dịch vụ trong khi đang thực hiện một dịch vụ khác. VPI được sử dụng để thiết lập cuộc nối đường ảo cho một số các kênh ảo VCC. VPI cho phép đơn giản hoá các thủ tục chọn tuyến cũng như quản lý nó có độ dài 8 bit hoặc 12 bit tuỳ thuộc tế bào ATM đang được truyền qua giao diện UNI hay NNI. Tổ hợp của VCI và VPI tạo thành một giá trị duy nhất cho mỗi cuộc nối. Tuỳ thuộc vào vị trí đối với hai điểm cuối của cuộc nối mà nút chuyển mạch ATM sẽ định đường dựa trên gía trị của VPI và VCI hay chỉ dựa trên gí trị VPI. Tuy vậy cần lưu ý rằng VCI và VPI chỉ có ý nghĩa trên từng chặng liên kết của cuộc nối. Chúng được sử dụng để chọn đường trên các chặng này được 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 được sử dụng ngẫu nhiên cùng một số VPI và VCI là sẽ rất cao. Để khắc phục người ta cho VCI và VPI là duy nhất trên mỗi đoạn liên kết. Trên từng đoạn liên kết này, hai nút chuyển mạch sử dụng VPI và VCI như số hiệu nhận dạng cuộc nối trên mỗi đoạn đó. Khi đã qua nút chuyển mạch, VPI và VCI nhận các giá trị mới phù hợp với đoạn tiếp theo. 3.4.2. Kiểu tế bào. PT là một trường gồm ba bit có nhiệm vụ phân biệt các kiểu tế bào khác nhau như : tế bào mang thông tin của người sử dụng, tế bào mang các thông tin về người giám sát, vận hành, bảo dưỡng. Nếu bit đầu PT có giá trị thì đây là tế bào của người sử dụng. Trong loại tế bào này bít số 2 báo hiệu tắc nghẽn trong mạng và bit 3 có chức năng báo hiệu cho lớp tương thích ATM AAL ( sẽ được trình bày ở 3.6.3). Nếu bit đầu của PT có giá trị bằng 1 thì đây là tế bào mang thông tin quản lý mạng. Hình 3.7 và bảng 3.1 trình bày cấu trúc trường PT. 0 0/1 0/1 Tế bào của người bit báo hiện lớp AAL Sử dụng Bit báo hiệu tắc nghẽn “1” nếu tắc nghẽn Hình 3.7 : các cấu trúc trường PT trong tế báo mang thông tin của người sử dụng. Bảng 3.1 : Cấu trúc trường PT trong tế bào mang thông tin OAM. Dạng bit Chức năng 100 Tế bào OAM lớp F5 liên quan tới liên kết 101 Tế bào OAM lớp F5 liên quan tới đầu cuối 110 Tế bào quản lý tài nguyên 111 Dành sẵn cho các chức năng sau này Ngoài ra còn có hai kiểu tế bào đặc biệt là tế bào không xác định và tế bào trống. Tế bào không xác định và tế bào trống đều có đặc điểm chung là chúng không mang thông tin người sử dụng. Tuy vậy tế bào trống chỉ tồn tại ở mức vật lý còn tế bào không xác định tồn tại cả ở cả mức ATM lẫn mức vật lý ( xem 3.6.1). Tế bào không xác định được gửi đi không có thông tin hữu ích dành sẵn trên đầu phát. 3.4.3. CLP. CLP là trường dùng để phan loại các trường nối khác nhau theo mức độ ưu tiên khi tài nguyên trong mm không còn là tối ưu nữa. Thí dụ trong trường hợp quá tải, chỉ có các cuộc nối với mức ưu tiên thấp oà bị mất thông tin. Có hai loại ưu tiên khác nhau là : ưu tiên về mặt nội dung và ưu tiên về mặt thời gian. Trong chế độ ưu tiên về mặt nội dung, các tế bào có độ ưu tiên cao hơn sẽ có xác suất mất gói ít hơn, còn trong chế độ ưu tiên về mặt thời gian, vài tế bào có thể có độ trễ trong mạng dài hơn các tế bào khác. Các mức ưu tiên có thể được ấn định trên cơ sở cuộc nối ( qua mỗi VCI hoặc VPI)hoặc trên ccơ sở mỗi tế bào. trong trường hợp thứ nhất các tế bào thuộc về một kênh ảo hoặc đường ảo sẽ có một mức ưu tiên xác định. Trong trường hợp thứ hai, mỗi tế bào thuộc về một kênh ảo hoặc đường ảo sẽ có các mức ưu tiên khác nhau. CLP có độ dài một bit. Giá trị bit này có thể được xác lập bởi khách hàng hoặc nhà cung cấp dịch vụ dùng cho mục đích điều khiển tắc nghẽn. Các tế bào trong đó CLP =0 có mức ưu tiên cao và CLP = 1 có mức ưu tiên thấp hơn. các tế bào có CLP =1 sẽ bị loại bỏ khi xảy ra tắc nghẽn trong mạng. 3.4.4. Trường hợp điều khiển lỗi tiêu đề HEC. Tám bit cuối cùng trong phần tiêu đề của tế bào là dùng cho trường điều khiển lôĩ tiêu đề HEC chứa mã dư vòng CRC. Mã này tính toán cho 5 bit tiêu đề. Đa thức sinh ở đây được dùng là đa thức : x8 + x2 + x + 1 . Đa thức này có thể sửa toàn bộ các lỗi đơn và phát hiện ra phần lớn các lỗi nhóm. Sửa lỗi HEC là cần thiết bởi vì tế bào trong khi truyền trên mạng nếu giá trị VPI/VCI của nó sai dẫn đến được truyền đi sai đĩa chỉ. Ngoài ra như trong SONET, HEC còn được dùng để phát hiện ra biên giới giữa từng tế bào. Thực ra cũng có hai cách xử lý với HEC. Cách thứ nhất : nếu phát hiện sai, tế bào sẽ bị loại bỏ. Cách thứ hai : là sửa lại bit bị lỗi. Thực ra thì việc dùng cách thứ nhất hoặc cách thứ hai phụ thuộc vào đường truyền. Nếu đường truyền là cáp quang thì cách thứ nhất có thể áp dụng thì sẽ không quá nhiều hoặc chỉ một bit lỗi. Nhưng đối với đường truyền cáp xoắn thông thường thì dùng cách thứ nhất có thể không mang lại kết quả tốt vì nhiễu có thể tác động đến một nhóm các bit. Do phần tiêu đề bị thay đổi theo từng chặng ( thay đổi VPI/VCI) nên CRC cần kiểm tra và tính toán lại với môĩ chặng. Đa thức sinh có thể sửa toàn bộ các lỗi đơn và phát hiện ra phần lớn các lỗi nhóm. 3.4.5. GFC. Ơ giao diện giữa người sử dụng và mạng UNI, phần tiêu đề có vài giao diện khác biệt so với giao diện NNI. Sự khác nhau căn bản nhất là trường VPI bị rút ngắn lại còn 12 bit ( so với 16 bit ở giao diện NNI) thay vào chỗ 4 bit của VPI là trường điều khiển luồng chung GFC. ( hình 3.6). Chức năng của GFC được nêu ra truyền khuyến nghị I-150 của ITU-T. Cơ chế của GFC cho phép điều khiển luồng các cuộc nối ATM ở giao diện LNI. 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 còn dùng cho cả các cuộc nối từ điểm tới điểm và từ điểm tới nhiều điểm. Khi kết hợp mạng ATM với các mạng khác như DQDB (Distributed queue Dual Bus), SMDS( Switched Multi- megabit Data Service); GFC đưa ra 4 bit nhằm báo hiệu cho các mạng này, làm thế nào để hợp kênh các tế bào của các cuộc nối khác nhau. Mỗi mạng đều có một thủ tục truy nhập riêng, do đó hầu như mỗi mạng đều phải có một logic điều khiển tương ứng để hoặc GFC thành dạng các thủ tục truy nhập của riêng nó. Do đó trong trường hợp này, GFC thực chất là một bộ các giá trị chuẩn để định nghĩa các mức độ ưu tiên của ATM đối với các quy luật truy nhập vào các mạng khác nhau. Việc buộc phải sử dụng trường điều khiển luồng chung GFC là một nhược điểm cơ bản của ATM, đó là tảoa sự khác nhau giữa các tế bào tại giao diện UNI và NNI, vì vậy các thủ tục của ATM không phải là thủ tục đồng nhất. Trong mạng sử dụng các thủ tục đồng nhất, các thiết bị viễn thông có thể được lắp đặt vào bất kỳ một nơi nào trong mạng. Trong khi đó trong ATM, ta phải chú ý xem thiết bị được lắp đặt có thích hợp với giao diện đã cho hay không. 3.5. Nguyên lý chuyển mạch và báo hiệu trong ATM. 3.5.1. Nguyên lý chuyển mạch . Hình 3.8 : Cuộc nối kênh ảo thông qua nút chuyển mạch và bộ nối xuyên. Trong mối trường ATM, việc chuyển mạch các tế bào được thực hiện trên cơ sở các giá trị VPI và VCI. Như đã nói, các giá trị VPI, VCI nói chung chỉ có hiệu lực trên một đường liên kết. Khi tế bào tới nút chuyển mạch, gía trị của VPI hoặc cả VPI và VCI được thay đổi cho phù hợp với liên kết tiếp theo. Việc chuyển mạch chỉ thực hiện trên giá trị VPI được gọi chuyển mạch VP, nút nối xuyên hoặc bộ tập trung. Nếu thiết bị chuyển mạch thay đổi cả hai giá trị VPI và VCI ( các giá trị VPI và VCI thay đổi ở đầu ra) thì nó được gọi là chuyển mạch VC hoặc chuyển mạch ATM. T D1 A D2 B a1,x2 a2,y1 a1,x1 a1,x1 VPY =y1 VCI=a1 VCI=a2 VPX=x2 VPI=x1 VPI=y2 Cuộc nối kênh ảo VCC Trong đó : - D1,D2 : Bộ nối xuyên - T : Chuyển mạch ATM - A,B : Thiết bị đầu cuối Hình 3.8 Minh hoạ cuộc nối kênh ảo VCC thông thường. T là nút chuyển mạch nơi mà giá trị VPI và VCI bị thay đổi. A và B là hai thiết bị đầu cuối; D1 và D2 là các bộ nối xuyên, nơi chỉ thay đổi giá trị VPI ; ai, xn lần lượt là các giá trị VCI, VPI tương ứng. Hình 3.9 : Sơ đồ giải thích nguyên lý chuyển mạch VP. Hình 3.10 giải thích nguyên tắc chuyển mạch VC. 3.5.2. Nguyên lý báo hiệu 3.5.2.1. Tổng quan : B-ISDN sử dụng nguyên tắc báo hiệu ngoài băng giống như của N-ISND. Trong B-ISDN, kênh ảo VC là phương tiện logic để tách các kênh boá hiệu ra khỏi kênh người sử dụng . Người sử dụng có thể có các thực thể báo hiệu khác nhau được nối với hệ thống điều khiển quản lý cuộc gọi của mạng thông qua các VC riêng rẽ. 3.5.2.2. Các yêu cầu báo hiệu trong B-ISDN Báo hiệu của B-ISDN phải cung cấp và hỗ trợ cho các dịch vụ có tốc độ 64kbit/s của N-ISDN cũng như các dịch vụ băng rộng, như vậy có ngghĩa là báo hiệu của B-ISDN phải bao gồm các chức năng báo hiệu đã có của N-ISDN theo khuyến nghị Q-931 của ITU-T, ngoài ra cần phải có các chức năng báo hiệu mới. Các chức năng báo hiệu mới của ATM có nhiệm vụ: Thiết lập (hoặc thiết l._. của dãy sẽ tiếp liền sau bởi trạm đầu tiên . Mỗi trạm được biết địa chỉ của trạm kề trước và sau nó .Hình 5.5 Một packet điều khiển mà ta gọi là thẻ bài ( token) được dùng để cấp phát quyền truy nhập phương tiện truyền , nó được chạy trên vòng logíc này . Khi một trạm nhận được Token thì nó được trao quyền sử dụng phương tiện trong một thời đoạn xác định , trong thời đoạn đó nó có thể truyền một hoặc nhiều packet dữ liệu . Khi công việc đã song hoặc đã hết thời hạn cho phép , trạm sẽ chuyển Token đến trạm kế tiếp trong vòng logíc . Các trạm không sử dụng Token vẫn có thể có mặt trên Bus nhưng chúng chỉ có thể trả lời cho các yêu cầu xác nhận ( nếu chúng là đích của packet nào đó) . Trạm A Trạm C Trước= C Trước = B Sau = B Sau = A Trạm B Trạm D Trước= D Trước = A Sau = C Sau = B Hình 5.5: Token Bus Cần nhấn mạnh rằng thứ tự vật lý của các trạm trên BUS là không quan trọng và độc lập với thứ tự Logíc . Phương pháp này đòi hỏi một công việc khó khăn : đó là việc duy trì vòng logic . Tối thiểu cần phải thực hiện các chức năng sau : cần bổ xung trạm vào vòng logic : Các trạm không tham dự cần được xem xét định kì để được chấp nhận bổ xung vào vòng logic. Loại bỏ trạm khỏi vòng logic : Một trạm có thể tách ra khỏi vòng bằng các nối trạm trước và trạm sau nó với nhau . Quản lý sai sót: Một số sai sót có thể xảy ra . Chẳng hạn : địa chỉ trùng ( hai trạm đều nghĩ đến lượt mình) ,và“gãy vòng“(không trạm nào nghĩ tớilượt mình) . Khởi tạo vòng logic : Khi thiết đặt mạng hoặc sau khi vòng logic bị gãy , cần phải tái tạo lại vòng .Cần có một giải thuật phân tán nào đó để vào trạm đầu , trạm nào thứ hai … Nhược điểm của Token Bus là quản lý phức tạp ,nhưng nó có ưu điểm là điều hoà lưu thông , thích hợp khi lưu lượng lớn. 5.4.3 Token ring – Truy nhập có điều khiển Phương pháp Token ring dựa trên việc lưu chuyển trong vòng một Packet Token nhỏ . Trong Packet có một bit biểu diễn trạng thái sử dụng của nó ( bận hoặc rỗi -Busy or free). Khi tất cả các trạm đều rỗi thì Token được đặt ở vị trạng thái Free ( rỗi ). Một trạm muốn truyền số liệu phải đợi đến khi Token đi qua , thay bit trạng thái của Token từ Free thành Busy và truyền một gói dữ liệu đi cùng với token đó . Lúc này không còn Token Free trên vòng nữa và do vậy các trạm cần truyền phải đợi . Gói dữ liệu được truyền đi một vòng và được trạm đích ( có địa chỉ ghi trong gói dữ liệu ) sao lại rồi đi tiếp cho đến khi quay về trạm phát . trạm phát sẽ xoá bỏ gói dữ liệu , thay đổi Token sang trạng thái Free và gửi nó vào vòng để các trạm khác có thể nhận được quyền truyền dữ liệu trên mạng. B A Free Token C D Hình 5.6: Token ring Kỹ tuật Token ring cũng có một số ưu điểm giống như kỹ thuật Token Bus . Các ưu điểm chính là khả năng điều hoà lưu thông . Nhược điểm chủ yếu là các yêu cầu để duy trì Token: Việc mất thẻ bài làm cho trên vòng không còn thẻ bài lưu chuyển nữa. Một thẻ bài bận lưu chuyển không dừng trên vòng . Đối với vấn đề mất thẻ bài , có qui định trước một trạm điều khiển chủ động . Trạm này sẽ phát hiện tình trạng mất thẻ bài bằng cách dùng chế độ ngưỡng thời gian và phục hồi bằng cách phát đi một thẻ bài “ rỗi” mới. Đối với vấn đề thẻ bài lưu chuyển không dừng , trạm monitor sử dụng một bit trên thẻ bài ( gọi là monitor bit) để “đánh dâú” ( đặt giá trị 1) khi gặp một thẻ bài “bận “ đi qua nó . Nếu nó gặp lại một thẻ bài” Kiến bận” với bit đã đánh dấu đó thì có nghĩa là trạm nguồn đã không nhận lại được đơn vị dữ liệu của mình và thẻ bài bận cứ quay vòng mãi . Lúc đó ,trạm monitor sẽ đổi bit trạng thái của thẻ bài thành “ rỗi “ và chuyển tiếp trên vòng . Các trạm còn lại trên vòng sẽ có vai trò bị động : chúng theo dõi phát hiện tình trạng sự cố của trạm monitor chủ động và thay tế vai trò đó . Cần có một giải thuật để chọn trạm thay thế cho trạm monitor hỏng. 5.5 .ATM- LAN 5.5.1 Kiến trúc ATM – LAN Có ba thế hệ của LAN : thế hệ thứ nhất : Được đặc trưng bởi CSMA /CD và token ring .Nó cung cấp nối kết từ đầu cuối tới host và hỗ trợ cho kiến trúc khách - chủ . Thế hệ thứ hai : Được đặc trưng bởi FDDI . Nó đáp ứng cho nhu cầu trục xương sống ( backbone ) của LAN và hỗ trợ cho các trạm làm việc ở tốc độ cao . Thế hệ thứ ba : Được đặc trưng bởi ATM- LAN . Nó được thiết kế để cung cấp thông lượng số liệu tổng (aggregate throungput) và bảo đảm truyền theo thời gian thực , được dùng trong ứng dụng đa phươngtiện. ATM rất thích hợp cho việc đáp ứng các yêu cầu hỗ trợ đa dịch vụ bảo vệ các lớp ứng dụng video thời gian thực,tiện lợi cho hoạt động giữacông nghệ LAN và WAN,cung cấp thông lượng lớn. Bằng cách sử dụng đường dẫn ảo , kênh ảo , có thể dễ dàng tạo ra các lớp dịch vụ ATM ,dễ dàng phân cấp bằng cách bổ xung thêm nút (node) chuyển mạch ATM và sử dụng tốc độ dữ liệu cao hơn ( hoặc thấp hơn ) trong trường hợp nối thêm các thiết bị . Thuật ngữ ATM - LAN được dùng bởi các nhà cung cấp và nghiên cứu ứng dụg cho cấu hình khác nhau .ATM - LAN là một cách sử dụng đơn giản của việc sử dụng ATM như là một giao thức truyền số liệu . 155Mbps 155 Mb/s 10- Mb/s Ethernet Tới mạng ATM Công cộng 155 Mb/s 100Mb/s : : Liên kết FDDI 100Mb/s 622Mbps ATMLAN khác : : : : Hình 5.6 Cấu hình của ATM-LAN 5.5.2 Các dạng của ATM – LAN Bao gồm các dạng sau : Cổng nối tới ATM - WAN : Chuyển mạch ATM hoạt động như một Router và bộ tập trung lưu lượng để nối kết toàn mạng tới ATM- WAN. Chuyển mạch ATM xương sống ( backbone) : Hoặc là chuyển mạch ATM đơn hoặc là chuyển mạch ATM-LAN nối tới các LAN khác. Nhóm làm việc ATM : Các trạm làm việc đa phương tiện tốc độ cao và hệ thống đầu cuối khác nối trực tiếp tới chuyển mạch ATM . Trong thực tế việc trộn lẫn 2 hoặc 3 kiểu trên đây của mạng để tạo ra ATM- LAN. Hình 5.7 cho thấy ATM - LAN backbone ( xương sống ) bao gồm nối kết ra mạng bên ngoài . Trong hình này ATM - LAN có 4 chuyển mạch nối với nhau theo phương thức điẻm - điểm ( point- to-point) tốc độ cao với tốc độ ATM chuẩn từ 155Mbps và 622Mbps . Với giả thiết này , có 3 LAN khác , mỗi cái nối với một trong các chuyển mạch ATM , Tốc dộ dữ liệu từ chuyển mạch ATM tới LAN nối kết phù hợp với tốc độ dữ liệu của LAN đó . Ví dụ nối kết tới FDDI là 100Mbps . Do chuyển mạch phải bao gồm một vài bộ đệm và khả năng chuyển đổi tốc độ tới bản đồ tốc độ dữ liệu từ LAN nối kết tới tốc độ dữ liệu ATM . Chuyển mạch ATM cũng thực hiện vài loại chuyển đổi giao thức từ giao thức MAC ( Media access control) sử dụng cho LAN trở thành dòng các tế bào ATM dùng trên mạng ATM ( Đó là cầu nối và định tuyến ) . phương pháp đơn giản này được dùng cho mỗi chuyển mạch ATM gắn vào LAN để thực hiện chức nâng định tuyến hoặc cầu nối . ATM - LAN trong hình 5.7 cho thấy phương pháp chèn trục xương sống tốc độ cao vào môi trường nội hạt . Khi nhu cầu trên phát triển , chỉ đơn giản là phát triển dung lượng của trục xương sống bằng cách đưa thêm chuyển mạch , phát triển thông lượng chuyển mạch , phát triển tốc độ dữ liệu của trung kế giữa các chuyển mạch . Với các chiến lược này ,tải của LAN riêng biệt với giả thiết có thể phát triển và só lượng LAN cũng có thể phát triển. Tuy nhiên với trục chính ATM đơn giản không thể đáp ứng tất cả nhu cầu của LAN . Trong cấu hình này , hệ thống đầu cuối dùng chung phương tiện và dùng chung môi trường có hạn chế tộc độ dữ liệu . Cách tiếp cận thuận tiện và hiệu qủa là sử dụng công nghệ ATM với Hub. Hình 5.8 đưa ra một cấu hình có thể của phương pháp này .Mõi ATM – Hub gồm có một số các cổng hoạt động với các tốc độ dữ liệu và giao thức khác nhau . Mỗi Hub nhỏ bao gồm một số lượng module và mỗi module chứa cổng với dữ liệu và gíao thức đã cho . Sự khác nhau chủ yếu giữa ATM - Hub (trong hình 5.8) và nút ATM (trong hình 5.6) là cách thức điều khiển hệ thống đầu cuối khác nhau . Trong ATM - Hub mỗi hệ thống đầu cuối có một nối kết điểm - điểm tới Hub . Mỗi hệ thống đầu cuối bao gồm phần cứng và phần mền truyền thông để giao tiếp với các kiểu riêng biệt của LAN , trong mỗi trường hợp LAN chỉ có hai kiểu thiết bị hệ thống đầu cuối và Hub. Ví dụ : Mỗi thiết bị nối kết tới cổng Ethernet 10Mbps dẫn ra giao thức CSMA/CD với 10Mbps . Tuy nhiên mỗi hệ thống đầu cuối đều có đường riêng của mình tác dụng của nó là cung cấp 10Mbps . Do đó mỗi hệ thống có thể hoạt động gần với tốc độ dữ liệu tối đa 10Mbps. Chuyển mạch ATM Cổng ATM Cổng nối Tiếp Cổng Ethernet Cổng token ring Cổng FDDI Cổng Ethernet Server 100Mbps Ethernet ATM Hub 155Mbps 155Mbps WAN line 100Mbps Ethernet 16Mbps Token ring 100Mbps FDDI À À À À : : : : Hình 5.7 : Cấu hình của ATM- LAN- Hub Sử dụng cấu hình nay như trong hình 5.6 và 5.7 có thuận lợi là việc cài đặt LAN đang tồn tại và phần cứng của LAN,có thể được sử dụng lại với công nghệ ATM . Điều bất lợi là việc sử dụng môi trường trộn lẫn các giao thức yêu cầu phải cài đặt một vài loại chuyển đổi giao thức . Phương pháp đơn giản hơn là yêu cầu hệ thống đầu cuối phải được tổ chức với khả năng của ATM và đây gọi là ATM- LAN thuần tuý . Hình 5.8 Biểu diễn cấu hình một nút đơn trong ATM - LAN thuần tuý và cũng đưa ra ý nghĩa của việc cài đặt chuyển mạch ATM, ở đây mỗi hệ thống đầu cuối nối trực tiếp tới chuyển mạch ATM với tốc độ dữ liệu chuẩn (155Mbps). Ma trận chuyển mạch trong hình 5.8 là một nhómcác phần tử chuyển mạch .Khi tín hiệu truyền tới phần dầu của thiết bị , phần tử chuyển mạch chọn ngẫu nhiên để chuyển nó tới một trong hai đầu ra . Đầu ra của tầng đầu là đầu vào của tầng tiếp theo , cứ tiếp tục như vậy . Xử lý này đảm bảo việc truyền xuyên qua ma trận chuyển mạch , giảm tắc nghẽn . Bộ điều khiển module chuỷên mạch Giao diện cổng Giao diện cổng 155Mbps Tầng chuyển mạch Ma trận chuyển mạch Phần tử chuyển mạch : : : : : Hình 5.8 : LAN dựa trên chuyển mạch ATM Mỗi phần tử chuyển mạch đều có bộ đệm đủ lớn để giữ một vài tế bao ATM. Các tế bào được giữ lại để tránh tắc nghẽn và được nhân lên cho việc thực hiện đa phân phát . Trong trường đa phân phát , phần tử chuyển mạch kiểm tra để xem nó cần phải copy hay không . Nếu vậy phần tử chuyển mạch chuyển tế bào copy qua cả hai cổng ra . Lưu ý có phần gối lên nhau của các ứng dụng ATM - LAN và kênh thông tin quang . Cả hai đều dùng sợi quang như môi trường truyền dẫn . Cả hai dựa vào công nghệ chuyển mạch và đều đạt được tốc độ dữ liệu lớn hơn 100Mbps. Điểm mạnh của ATM- LAN là tốc độ cao , thời gian phân bố và tích hợp với mạng ATM- WAN . Điểm mạnh của kênh thông tin quang là tốc độ cao , truyền dữ liệu và khối lượng lớn có hiệu quả , tích hợp kênh I/O và hỗ trợ mạng . 5.6 Kết kuận Trong chương này ta tìm hiểu sơ bộ về mạng cục bộ ,phương tiện truyền ,đồng thời xem xét các giao thức điều kiển truy nhập phương tiện truyền và cuối cùng việc kết hợp ATM – LAN đem lại hiệu quả ra sao . Chương VI: mô phỏng mạng ATM- LAN 6.1 Tổng quan Hệ thống đầu cuối được gắn trực tiếp với LAN hiện hữu được cài đặt lớp MAC phù hợp với kiểu của LAN . Hệ thống đầu cuối được gắn trực tiếp tới mạng ATM có cài đặt giao thức ATM và ALL. Như vậy có phần cần phải xem xét : Tương tác giữa hệ thống đầu cuối trên mạng ATM và hệ thống đầu cuối trên LAN hiện hữu . Tương tác giữa hệ thống đầu cuối trên LAN hiện hữu và hệ thống đầu cuối trên LAN hiện hữu khác , cùng kiểu. Tương tác giữa hệ thống đầu cuối trên LAN hiện hữu và hệ thống đầu cuối trên LAN hiện hữu khác , khác kiểu . Giải pháp chung nhất cho vấn đề này là Router. Router hoạt động ở mức IP ( Internet Protocol) . Mọi hệ thống đầu cuối đều cài đặt IP . Mọi mạng đều kết nối qua router . Nếu dữ liệu lang thang ở đâu đó trong phạm vi của LAN riêng biệt thì nó trực tiếp nằm trên router nội hạt . Lớp LLC và MAC bị cắt ra ,do đó IP PDU được định tuyến qua một hoặc nhiều mạng khác tới LAN đích nơi mà lớp LLC và MAC thích hợp với yêu cầu . Tương tự ,nếu một hoặc cả hai hệ thống đầu cuối nối kết trực tiếp vào ATM, lớp AAL và ATM bị cắt hoặc ghép vào IP PDU. Mặc dù phương pháp này có hiệu quả , nó cho thấy chắc chắn số lượng xử lý tiếp và trễ của mỗi router. Trong mạng rộng trễ này trở lên quá lớn . Mạng có 1000 router là tăng trưởngbình thường , mạng có 10000 router cũng đã được thiết lập . Nhưng kỹ thuật để khai thác ATM có hiệu quả thì yêu cầu giảm số lượng của router. Một cách khác có thể giải quyết là chuyển mọi hệ thống đầu cuối lên trợc tiếp hoạt động trên ATM , lúc đó sẽ không còn sự phân cách công nghệ sử dụng cho mọi mạng bao gồm các LAN và WAN thành phần . Tuy nhiên với hàng triệu nút Ethernet và token ring đã cài đặt trên LAN dùng chung môi trường , hầu hết các tổ chức đơn giản đều không đáp ứng được cho mọi hệ thống vào ATM , hơn nữa mặc dù giá cả của card giao tiếp ATM đang giảm nhưng Ethernet và token ring vẫn đang rẻ hơn . Để đáp ứng yêu cầu này ,ATM Forum đã đưa ra các đặc tính đảm bảo sự cùng tồn tại của LAN hiện hữu và các ATM - LAN , còn gọi là mô phỏng ATM LAN . Đối tượng của ATM LAN dùng chung môi trường đang tồn tại giao tiếp với mạng ATM và thiết bị nối trực tiếp qua chuyển mạch ATM. Hinh 6.1 Cho thấy các kiểu cấu hình được xây đựng từ mô phỏng ATM LAN . Nó được định nghĩa như sau : Làm cho hệ thống đầu cuối của hai mạng LAN riêng cùng kiểu ( cùng lớp MAC ) có thẻ trao đổi khung MAC qua mạng ATM . Làm cho hệ thống đầu cuối của LAN có thể tương tác với hệ thống đầu cuối LAN mô phỏng cùng kiểu và kết nối trực tiếp tới chuyển mạnh ATM . Mô phỏng ATM LAN vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu thứ 3 ở trên . 6.2 Kiến trúc giao thức Hình 6.2 thể hiện kiến trúc giao thức liên quan tới mạng ATM LAN mô phỏng ,ở đây chúng ta xem xét tương tác giữa hệ thống nối kết ATM với hệ thống đầu cuối nối kết vào LAN hiện hữu .Lưu ý rằng hệ thống đầu cuối nối kết tới LAN hiện hữu không bị ảnh hưởng .nó cho phép sử dụng các kỹ sảo của giao thức , bao gồm giao thức MAC chỉ định tới LAN và LLC chạy trên đỉnh của chúng . Các giao thức mức ứng dụng sẽ không được biết là chúng chạy trên nền ATM. Có thể nối 2 LAN bằng giao thức MAC sử dụng cầu nối . Nếu cầu nối được kết nối vào 2 LAN , khoảng địa chỉ MAC sẽ phân chia cho 2 LAN sử dụng , mỗi địa chỉ duy nhất sẽ dành cho một hệ thống nối kết vào . Nếu có một khung MAC truyền trên một LAN được đánh địa chỉ tới một LAN khác , cầu nối sẽ lấy khung MAC từ một LAN đầu tiên và truyền nó tới LAN thứ hai .quá trình sử lý này coi như trong suốt đối với các hệ thống đầu cuối . Mạng ATM Cầu nối LAN À : Lớp áp dụng TCP/IP LLC MôphỏngLAN AAL5 ATM Lớp vật lý ATM Lớp vật lý Lớp vật lý LANE AAL5 ATM Lớp vật lý Lớp MAC Lớp vật lý LLC Lớp áp dụng TCP/IP Bridge MAC Lớp vật lý ATM Host Chuyển mạch ATM Chuyển đổi Ethernet Hoặc ATM-To-LAN Token ring host Hình 6.2 : Kiến trúc giao thức mô phỏng LAN Trong hình 6.2 cầu nối logic phải tăng thêm do khả năng chuyển đổi khung MAC đến và tế bào ATM .Đây là một trong những chức năng chính của module mô phỏng LAN. Người ta chỉ địng dùng AAL5 để phân đoạn khung MAC thành ATM tế bào và tái tạo lại tế bào đến thành khung MAC .Đối với tế bào ATM ra ,bộ chuyển đổi ATM-To-LAN nối kết tới chuyển mạch ATM thông thường như là một phần của mạng ATM. Hình 6.2 cho thấy Host trên LAN hiện hữu đang trao đổi dữ liệu với Host gắn vào mạng ATM .Để thực hiện việc này Host ATM phải bao hàm Module mô phỏng LAN chấp nhận khung MAC từ AAL và chuyển nội dung lên lớp LLC . Do đó Host cần thiết phải mô phỏng LAN khi nó có thể nhận và truyền khung MAC cùng một dạng của LAN hiện hữu . Từ quan điểm của hệ thống đầu cuối trên mạng LAN hiện hữu , Host ATM là hệ thống đầu cuối khác với địa chỉ MAC .Toàn bộ xử lý của mô phỏng LAN trong suốt đối với hệ thống đang tồn tại có cài đặt LLC và MAC. 6.3 Mô phỏng LAN 6.3.1 Giới thiệu Với kiến trúc giao thức được mô tả trên đây , giao thức có thể thiết lập số lượng các LAN mô phỏng độc lập . LAN mô phỏng sẽ cung cấp giao thức MAC đơn và có hai kiểu hiện thời : ETHERNET/IEEE 802.3 ETHERNET/IEEE 802.5 LAN mô phỏng có một vài kết hợp như sau : Các hệ thống đầu cuối trên một hoặc nhiều LAN hiện hữu Các hệ thống đầu cuối gắn trực tiếp vào chuyển mạch ATM Mỗi hệ thống đầu cuối trên LAN mô phỏng đều có một địa chỉ MAC duy nhất . Dữ liệu trao đổi giữa các hệ thống đầu cuối trên cùng LAN mô phỏng liên quan đến giao thức MAC và nó trong suốt đối với lớp cao hơn . Có nghĩa là xuất hiện LLC cho tất cả hệ thống đầu cuối trên LAN mô phỏng là LAN dùng chung môi trường . Giao tiếp giữa các hệ thống đầu cuối trên LAN mô phỏng được thực hiện qua Router và Bridge . Lưu ý rằng Router hoặc Bridge có thể nối các tế bào hình gói và phân chia chúng thành các tế bào và gửi chúng tới LAN mô phỏng khác. 6.3.2 Client và servert trên LAN mô phỏng Chúng ta thảo luận vấn đề sau : Thiết bị gắn trực tiếp tới chuyển mạch ATM và hệ thống chuyển đổi ATM- To - LAN có địa chỉ ATM cơ sở . Làm thế nào để dịch giữa địa chỉ này với địa MAC. ATM sử dụng giao thức hướng liên kết liên quan tới đường ảo và kênh ảo . Vậy làm sao để có được giao thức LAN MAC hướng không liên kết từ hướng liên kết. Thực thể Mô tả Khách hàng LAN (LEC) Thiết lạp đấu nối tới các dịch vụ của LAN , thiết lập đấu nối đữ liệu tới các khách hàng ,địa chỉ MAC tới địa chỉ ATM Cấu hìng mạng LAN (LECS) Trợ giúp khách hàng trong việc lựa chọn LES Dịch vụ LAN (LES) Thiết lập khởi động địa chỉ bản đồ , chấp nhận khách hàng Dịch vụ quảng bá và không xác nhận Thực hiện đa truyền thông Bảng 6.3 Định nghĩa cho ba loại khách – chủ (Client và server) Đa phân phát và quảng bá trên mạng LAN dùng chung phương tiện truyền là điều dễ dàng thực hiện . Vậy việc đưa khả năng này vào môi trường ATM như thế nào ? Để thực hiện điều đó ATM Forum mở rộng khả năng dựa trên phương pháp Client - Server . ATM LAN mô phỏng yêu cầu hai thành phần khách - chủ (client - server) Client hoạt đọng thay mặt các thiết bị gắn vào LAN hiện hữu ,và sử dụng địa chỉ MAC . Một client có thể đáp ứng cho việc đưa thêm thực thể MAC vào cấu hình chung có liên quan đến công việc dịch địa chỉ MAC và địa chỉ ATM . Một client được cung cấp router , server gắn vào ATM, hoặc có thể chuyển mạch ATM nối kết trực tiếp tới một trong những cái sau đây . Server đáp ứng cho việc tích hợp một thực thể MAC vào cấu hình chung và quản lý mọi công việc có liên quan , như tìm kiếm địa chỉ ,mô phỏng quảng bá .Server có thể được cài đặt thành hai thành phần riêng biệt hoặc trong chuyển mạch ATM. Mỗi LAN mô phỏng gồm có một hoặc nhiều client và dịch vụ mô phỏng LAN đơn. Dịch vụ LAN mô phỏng trong thực tế bao gồm 3 kiểu của server , nó thực hiện các nhiệm vụ riêng biệt : LECS ( LAN Emulation Configuration server),LES ( LAN Emulation Server), BUS ( Broadcast and Unknown Server). Lý do để phân chia Server thành 3 module là nhười quản lý có thể quyết định có một hoặc nhiều loại server cho việc điều hành có hiệu quả , và có thể quyết định phân bố xác định Server để tối thiểu hoá gánh nặng truyền thông . Bảng 6.2 đưa ra tóm tắt cho 3 loại của Server và client . Hình 6.3 chỉ ra rằng client và 3 kiểu của server tương tác với nhau . Client có thể thiết lập nối kết kênh ảo , gọi là nối kết điều khiển ,tới LECS và LES . Nối kết tới LECS dùng bởi LEC để khuyếch đại đầu vào cho LAN mô phỏng và định vị cho LES. LES đáp ứng việc đăng ký client mới và địa chỉ MAC của chúng vào LAN mô phỏng và việc thiết lập bản đồ giữa địa chỉ MAC và địa chỉ ATM. Trạm làm việc LEC Cầu Nối LEC LECS LES BUS Mạng ATM LANhiện hưũ Hình 6.3: Đáu nối khách hàng LAN thông qua LUNI Mỗi khi client và hệ thống đầu cuối của nó hội nhập vào LAN mô phỏng , hầu hết các công viẹc được thực hiện qua kết nối kênh ảo gọi là kết nối dữ liệu. Khung MAC phân đoạn thành tế bào ATM , truyền qua nối kết dữ liệu giữa hệ thống đầu cuối trên cùng LAN mô phỏng . Đối với việc truyền thông báo , nối kết kênh ảo được thiết lập giữa hai client , đây là việc thiết lập giao thức thể hiện trong hình 6.2 . Cuối cùng , nối kết dữ liệu giữa client và Bus dùng cho quảng bá hoặc phân phát cũng được dùng để điều khiển việc truyền mà client gửi không biet địa chỉ của client nhận. 6.3.3 Toàn cục của mô phỏng LAN Để rõ ràng khái niệm liên quan tới LAN mô phỏng , chúng ta có các sự kiện sau : Khởi động ( Intialization): Hội nhập với LAN mo phỏng ,một client phải bắt đầu bằng việc duy trì địa chỉ ATM của server LAN mô phỏng ( LES )cho LAN mô phỏng . Client xác định nối kết kênh ảo tới server cấu hình LAN mô phỏng ( LECS). Có 3 kỹ thuật ,trong đó Client phát hiện ra địa chỉ LECS ATM do vậy nó thể thực hiện việc khởi động : Client có thể dùng thủ tục quản lý mạng như một phần của giao tiếp quản lý cục bộ tạm thời (ILMI) ATM Forum . Thủ tục này có vị trí giữa client và phần mềm ILMI trong chuyển mạch ATM liên kết . Nếu phần mềm ILMI có địa chỉ LECS yêu càu LAN mô phỏng , nó cung cấp địa chỉ tới client . Client sẽ thiết lập nối kết kênh ảo tới LECS. Nếu thủ tục ILMI thất bại , client thử danh sách địa chỉ tiền định nghĩa trong đặc tính gọi là địa chỉ thông dụng . Địa chỉ nàu được cung cấp để đáp ứng LECS trên bất kỳ mạng ATM, thông báo tới đặc tính ATM Forum. Client dùng địa chỉ này để thiết lập nối kết kênh ảo tới LECS. Nếu địa chỉ thông dụng thất bại , Client thử nhận dạng đường ảo / nhận dạng kênh ảo thông dụng định nghĩa trong đặc tính ATM Forum. Khi mạng ATM được xây dựng, người quản lý mạng thiết lập đường ảo / kênh ảo này một cách bền vững. Cấu hình (Configuration ) : Khi một cuộc nối kết được thực hiện giữa client và LECS, client có thể gắn vào một thông báo của LECS. LECS gán client tới dịch vụ LAN mô phỏng riêng biệt bằng cách cho client địa chỉ ATM của LES . LECS trả về client thông tin về LANmô phỏng . Tên này (LAN)có thể định nghĩa bởi người quản lý cấu hình đẻ cho một nhốm làm việc . Hội nhập (Joining): Client có thông tin nhận biết cho việc hội nhập vào LAN mô phỏng . Client phát JOIN RESQUEST tới LES bao gồm địa chỉ ATM của client , địa chỉ MAC , kiểu LAN , kích thước khung tối đa , số nhận dạng client và chỉ thị uỷ nhiệm . thông số sau cùng thông báo rằng client đáp ứng tới hệ thống đầu cuối gắn trực tiếp vào chuyển mạch ATM hoặc là bộ phận chuyển đổi LAN - To- ATM hỗ ttrợ cho hệ thống đầu cuối trên LAN hiện hữu . Nếu LES chuẩn bị chấp nhận client, nó sẽ gửi trở về thông báo chấp nhận JOIN RESPONSE. Nếu khác nó sẽ gửi trả lại báo hiệu từ chối JOIN REFUSE Đăng ký và khởi động Bus(Registration and Bus Initilization) Mỗi khi client nối kết với LAN mô phỏng , nó thực hiện qua thủ tục đăng ký. Nếu client uỷ nhiệm cho số lượng các hệ thống đầu cuối trên LAN hiện hữu , nó gửi danh sách toàn bộ địa chỉ MAC trên LAN hiện hữu , và đó là một phần của LAN mô phỏng tới LES. Tiếp theo , client yêu cầu LES cho địa chỉ ATM của Bus . Địa chỉ này có chức năng như là địa chỉ quảng bá đối với LAN mô phỏng và nó sử dụng khi khung MAC trở thành quảng bá cho mọi trạm làm việc trên LAN mô phỏng . Client sẽ thiết lập nối kết dữ liệu tới Bus. truyền dữ liệu (Data transfer) : Mỗi khi client đăng ký ,nó sẵn sàng để gửi và nhận khung MAC . Trong trường hợp hệ thống đầu cuối gắn vào chuyển mạch ATM, hệ thống này sẽ phát sinh khung MAC của nó cho việc truyền tới một hoặc nhiều hệ thống khác trên LAN mô phỏng . Trong trường hợp Client uỷ nhiệm , nó có chức năng là cầu nối nhận khung MAC từ hệ thống đầu cuói trên LAN hiện hữu của nó và sẽ truyền những khung MAC . Trong cả hai trường hợp khung MAC đi ra phải phân mảnh thành tế bào ATM và truyền qua kênh ảo . Có 3 trường hợp cần xem xét : Frame MAC duy nhất , biết được địa chỉ ATM Frame MAC duy nhất , không biết được địa chỉ ATM Phân phát , quảng bá khung MAC Nếu client biết địa chỉ ATM của khung duy nhất nó kiểm tra nối kết dữ liệu ảo đã thiết lập sẵn sàng cho client đích . Nếu vậy nó gửi khung qua nốikết này . Nếu khác , nó sử dụng báo hiệu ATM để thiết lập nối kết và gửi các khung . Nếu địa chỉ không xác định , client gửi thực hiện hai hoạt động . Đầu tiên , client gửi khung qua nối kết dữ liệu được duy trì tới Bus . Bus truyền khung tới đích MAC có chủ định hoặc quảng bá khung tới mọi đích MAC trên LAN mô phỏng . Trong trường hợp sau , đích có chủ định sẽ nhận ra địa chỉ MAC của nó và chấp nhận khung . Thứ hai , client thử nhận biết dịa chỉ ATM cho MAC này để tham chiến sau này . Nó thực hiện bằng cách gửi LE - ARP - REQUEST tới LES, câu lệnh bao gồm địa chỉ MAC mà địa chỉ ATM đang cần . Nếu LES biết được địa chỉ ATM nó sẽ gửi địa chỉ tới client trong LE - ARP - RESPOSE. Ngoài ra , LES gửi yêu cầu trong lúc thử nhận biết địa chỉ ATM . LES gửi ra LE - ARP - REQUEST tới tất cả client trên mạng ATM mô phỏng . Client thể hiện địa chỉ MAC dưới dạng câu hỏi sẽ trả về địa chỉ ATM của nó tới LES, có thể gửi trả địa chỉ tới Client yêu cầu ban đầu . Cuối cùng, nếu khung MAC là phân phát hay quảng bá , client gửi sẽ truyền khung tới Bus qua nối kết dữ liệu ảo .Bus sẽ lặp lại khung đó và gửi nó qua nối kết dữ liệu ảo tới client trong LAN mô phỏng. 6.3.4 Dạng khung LAN mô phỏng LAN mô phỏng có hai dạng khung : Dạng khung dữ liệu : Sữ dụng nối kết dữ liệu giữa các client và giữa client với BUS Dạng khung điều khiển : qua nối kết điều khiển giữa các client với LES và LECS. Hình 6.4 cho thấy dạng khung dữ liệu : Dạng 1: Cho IEEE 802.3 Dạng 2 : Cho IEEE 802.5 Trong mỗi trường hợp dạng khung dữ liệu được rút ra từ dạng khung MAC . Khảo sát trường bhợp IEEE 802.3. Khi client nhận được LLC PDU từ mức kế tiếp cao hơn , nó xây dựng một khung MAC để truyền đi . Khung này có chung dạng với khung MAC thông thường , ngoài một vài khác biệt , trường tuần tự kiểm tra khung bị bỏ qua ,điều này loại trừ tiêu đề không cần thiết , tiêu đề LE được được đưa vào , 16 bit này chứa nhận dạng client . Khi khung được nhận bởi client đích, phần đầu LE được cắt đi nếu đích là hệ thông gắn vào ATM , nó bỏ qua trường MAC duy trì và chuyển tới thông tin LLC . Nếu đích là bộ chuyển đổi ATM - To- LAN gán với LAN IEEE 802.3 nó bóc phần đầu cộng vào trường FSC vào khung MAC và truyền khung MAC tới LAN. Mô tả cho khung MAC IEEE 802.5 cũng tương tự , một lần nữa phần đầu LE được xen vào . Trong trường hợp này 3 trưởng cuối của khung bỏ qua : FCS ( Frame check sequense),ED( Ending delimiter),FS ( Frame status). Tất cả các trường này được khôi phục lại nếu khung được truyền lại trên LAN Token Ring. 8 bit 8 bit LE Header (2) LE Header (2) AC PAD (1) FC (1) Địa chỉ đích (6) Địa chỉ nguồn (6) Độ dài (6) Đơn vị dữ liệu giao thức LLC ( PDU) Địa chỉ đích (6) Địa chỉ nguồn (6) Trường thôngtin định tuyến (0-30) Đơn vị dữ liệu giao thức LLC (PDU) (a) IEEE 802.3 (b) IEEE 802.5 Hình 6.4 : khuôn dạng khung dữ liệu của LAN Hình 6.4: khuôn dạng khung dữ liệu LAN Hình 6.5 cho thấy dạng khung điều khiển chung , gồm có các trường : marker: thường xuyên X “ FFOU” chỉ thị khung điều khiển. Protocol : Thường xuyên X “01” chỉ thị giao thức ATM LANmô phỏng. Version: Thường xuyên X”01” chỉ thị version 1. Op – code: Kiểu khung điều khiển .(Chẳng hạn : LE Configure – Request và LE- ARP- Request. Trạng thái : Thiết lập zero theo yêu cầu , dùng cho đáp ứng .( Ví dụ : Thông số yêu cầu khônghợp lệ lặp lại địa chỉ ATM LAN đích không hợp lệ) . Transaction ID : Giá trị tuỳ biến , giá trị tuỳ biến được gán bởi việc yêu cầu sử dụng để đáp ứng được yeu cầu khác nhau Requester- LECID : Nhận dạng yêu cầu Flag : Thay đổi yêu cầu Sourse – LAN- destination Target – LAN – address : Địa chỉ ATM của người gửi LAN type : Dạng LAN 802.3 hoặc LAN 802.5. Max frame size: Kích thước khungtối đa cho phép của LAN mô phỏng hoặc client có thể chấp nhận Number TVLS : Số lượng giá trị chiều dài kiểu đầu vào ELAN name size : Số lượng byte của trường tên Target – ATM – address: Địa chỉ ATM của người nhận ELAN name : Tên được gán cho LAN mô phỏng TLVS: là một dãy các thông số cụ thẻ cho OP- CODE định trước , các tham sốnhận dạng chiều dàivà giá trị . Marker Protocol Version Op - Code Status Transaction Requester LECID Cờ Nguồn- LAN -Đích Mục tiêu - LAN - Đích Nguồn - ATM - Địa chỉ Kiểu LAN Mục tiêu - ATM - Địa chỉ Max Frame size Số lượng TLVs ELAN Name size Tên ELAN TLVs 32 bit Hình 6.5 Khung điều khiển LAN Kết luận Công nghệ ATM / B-ISDN ngày càng khẳng định nó là công nghệ hàng đầu của ngành công nghiệp viễn thông , đặc biệt trong là trong thế kỷ thứ 21 này ,kỷ nguyên thông tin thì nó càng phải được trú trọng nghiên cứu không chỉ ở nước ta mà trên toàn cầu . nhận thấy tầm quan trọng của nó như vậy và được sự chấp nhận của nhà trường tôi xin được nghiên cứu một phần nhỏ trong lĩnh vực công nghệ ATM . Nói chung ứng dụng ATM LAN nó còn rất mới mẻ chưa được áp dụng phổ biến ở Việt Nam nhưng tôi tin trong tương lai không xa thế hệ sing viên Việt Nam sẽ có thể áp dụng một cách triệt để ,toàn diện góp phần xây dựng đát nước ta trở nên hùng mạnh hơn sánh vai với các cường quốc năm châu. Cuối cung tôi xin chân thành cảm ơn cô giáo Trần ngọc Thọ ,và tất cả các thầy cô trong khoa đã giúp tôi hoàn thành xuất sắc đồ án này. Tài liệu tham khảo 1. Access to B-ISDN via Pons ATM Communication in Practice ULRICH KILLAT Willeyand Teubneur - 1996 2.Mạng máy tính và các hệ thống Nguyễn thúc hải 3.ATM solutions for enterprise interworkinh David Ginsbung 4.ATM network concept, protocols, applications Rainer Handel 1994 5. ATM theory and Application RAINER HANDEL MANFRED N.HUBER, STEFAN SCHRODER Addison – Wesley 1994 6. Công nghệ ATM Giải pháp cho mạng viễn thông băng rộng GS.TS. Đỗ trung Tả (chủ biên) Th.s. Nghiêm phú Hoàn Ks. Lê đắc Kiên Ks. Nguyễn đức Trung 7. Kỹ thuật chuyển mạch Tổng công ty bưu chính viễn thông I 8. Gigabit networking CRAIG PARTRIDGE Addison- Wesley 1994 9. Công nghệ ATM và CDMA LG INFIRMATION and TELECOMMUNICATION,LTD Nhà xuất bản Thanh Niên – 1996 10.Local and Metropolitan area network WILLIAM STALLINGS Upper saddle river, New Jersey – 1997 11. Nghiên cứu kỹ thuật chuyển mạch không đồng bộ Trương quang dũng , nguyễn kim lan , đỗ mạnh quyết , trần Vũ hà ,nguyễn thành phúc . 12. Các tạp chí bưu chính viễn thông Nhận xét của giáo viên hướng dẫn Nhận xét của giáo viên đọc duyệt đề tài ._.