Tài liệu Báo cáo môn học môn mạng viễn thông đề tài 4 atm, frame relay, x25

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BÁO CÁO MÔN HỌC Môn: MẠNG VIỄN THÔNG Đề tài: 4 ATM, Frame Relay, X25 Sinh viên thực hiện Phạm Xuân Quang Phan Văn Quang Nguyễn Võ Chấn Quốc Trần Hữu Quốc Lê Thành Tài Phan Khả Thịnh MSSV 18200208 18200209 18200212 18200213 18200222 18200246 GVHD : ThS. Trần Thị Huỳnh Vân SVTH : Nhóm 14 LỚP : 18VTM 1 Báo cáo Mạng Viễn Thông GV.ThS Trần Thị Huỳnh Vân MỤC LỤC A. Frame Relay............................................................................................................4 I. Frame relay là gì?.................................................................................................4 II. Phương thức hoạt động của Frame Relay.........................................................4 1. Cấu trúc của một khung Frame Relay......................................................4 2. Cấu hình tổng của Frame Relay................................................................8 3. Nguyên lý hoạt động Frame Relay.............................................................8 III.Ứng dụng của Frame Relay.............................................................................10 1 . Kết nối mạng.................................................................................................10 2 .Hỗ trợ chuẩn SNA của IBM..........................................................................11 3 . Phục vụ các ứng dụng trong ngân hàng......................................................11 B. ATM....................................................................................................................... 11 I. Giới thiệu chung về ATM..................................................................................11 1. Sự ra đời của ATM........................................................................................11 2. Khái niệm ATM.............................................................................................12 3. Đặt điểm của công nghệ ATM.......................................................................12 II. Lớp ATM...........................................................................................................13 1. Một số khái niệm liên quan đến kênh ảo và đường ảo................................14 2. Nguyên tắc định tuyến trong chuyển mạch ATM........................................14 ................................................................................................................................. 15 ................................................................................................................................. 15 Hình 3.4: Nguyên tắc tự định tuyến.....................................................................15 Hình 3.5 : Nguyên tắc bảng điều khiển................................................................15 3. Mô tả và sự xáo trộn tế bào..........................................................................16 4. Qúa trình chuyển mạch và xử lý gói trong ATM........................................16 5 .Nguyên lý chuyển mạch ATM.......................................................................17 III. Tế bào ATM.....................................................................................................18 1.Phân loại tế bào ATM.....................................................................................18 2. Cấu trúc tế bào ATM.....................................................................................19 3 .Đặc điểm của các trường trong cấu trúc tế bào...........................................20 a.Số hiệu nhận dạng kênh ảoVCI (Virtual Channel Identifier).................20 b. Số hiệu nhận dạng đường ảo VPI (Virtual Path Indentifier).................20 1 2 Báo cáo Mạng Viễn Thông GV.ThS Trần Thị Huỳnh Vân c. Kiểu tế bào PT (Payload Type).................................................................21 d. CLP (Cell Loss Priority)............................................................................21 e. HEC (Header Error Control)....................................................................22 f. GFC (Generic Flow Control).....................................................................22 VI. Lớp tương thích ATM (AAL).........................................................................22 1. Tổng quan.......................................................................................................22 2. Chức năng và phân loại AAL........................................................................23 3. AAL1............................................................................................................... 25 a. Lớp con SAR..............................................................................................25 b. Lớp con CS.................................................................................................26 4. AAL2............................................................................................................... 26 5. AAL 3/4...........................................................................................................27 a. Lớp con SAR..............................................................................................27 b. Ý nghĩa các trường trong SAR-PDU như sau:........................................28 6. AAL5............................................................................................................... 29 a. Lớp con SAR...............................................................................................30 b. Lớp con CS..................................................................................................30 C. X25........................................................................................................................ 31 I. Sơ lược về X.25...................................................................................................31 II. Địa chỉ và mạch ảo:...........................................................................................31 1. Mạch ảo chuyển mạch (SVC):.......................................................................32 2. Mạch ảo vĩnh viễn (PVC):.............................................................................32 III. Thiết bị và Thành phần Mạng X.25:..............................................................32 1. Thiết bị đầu cuối dữ liệu (DTE):...................................................................32 2. Thiết bị kết cuối mạch dữ liệu (DCE):..........................................................33 3. Trao đổi chuyển mạch gói (PSE):.................................................................33 IV. Cấu trúc của X.25............................................................................................34 1. Lớp vật lý:......................................................................................................34 2. Lớp khung ( hay lớp liên kết dữ liệu ) :........................................................34 3. Lớp mạng:......................................................................................................35 V. Một số chức năng của X.25:.............................................................................36 1. Hỗ trợ thiết bị người dùng:...........................................................................36 1 3 Báo cáo Mạng Viễn Thông GV.ThS Trần Thị Huỳnh Vân 2. Kiểm soát lỗi...................................................................................................36 VI. Ưu và nhược điểm của X.25:..........................................................................36 1. Nhược điểm:...................................................................................................36 2. Ưu điểm:.........................................................................................................36 TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................37 1 4 Báo cáo Mạng Viễn Thông GV.ThS Trần Thị Huỳnh Vân A. Frame Relay. I. Frame relay là gì? Frame Relay là dịch vụ nối mạng dữ liê ̣u theo phương thức chuyển mạch gói, hoạt đô ̣ng ở mức liên kết (link level). Đây là một chuẩn của CCITT và ANSI định ra quá trình truyền dữ liệu qua mạng dữ liệu công cộng. Về mă ̣t cấu trúc, Frame Relay đóng gói dữ liê ̣u và chuyển đi theo cùng cách thức được sử dụng bởi dịch vụ X.25. II. Phương thức hoạt động của Frame Relay. 1. Cấu trúc của một khung Frame Relay. F A I FCS F  1 byte dành cho cờ F (flag) dẫn đầu. Flag - cờ luôn có giá trị 01111110. Thể hiện theo mã Hexal là 7E  2 byte địa chỉ A (adress) để biết khung chuyển tới đâu. Header của Frame Relay. Trong đó: 1 5 Báo cáo Mạng Viễn Thông GV.ThS Trần Thị Huỳnh Vân Hình1: Cấu trúc header của Frame Relay + Byte thứ 2 bao gồm: * Bit 0 - EA: Extended Address. Khi khách hàng dùng nhiều cần mở rộng thêm địa chỉ có nghĩa là tǎng số DLCI (Data Link Connection Identifier) thì dùng bit mở rộng địa chỉ EA. * Bit 1 - C/R - Command/ respond. Bit này dùng để hỏi và đáp, nhưng mạng Frame Relay không dùng mà chỉ dành cho các thiết bị đầu cuối (FRAD) sử dụng mỗi khi cần trao đổi thông tin cho nhau, Bit C/R do FRAD đặt giá trị và được giữ nguyên khi truyền qua mạng. * Từ bit 2 đến bit 7 - DLCI ở byte thứ 2 có 6 bit và ở byte thứ 3 có 4 bit tổng cộng 10 bit để nhận dạng đường nối data nói cách khác là địa chỉ nơi nhận, 10 bit có thể nhận dạng tới 1024 địa chỉ. Khi các đường kết nối ảo DLCI phát triển thêm chúng ta có thể dùng 3 byte địa chỉ như hình 2, lúc này sẽ có 16 bit địa chỉ tương đương 65536 địa chỉ. 1 6 Báo cáo Mạng Viễn Thông GV.ThS Trần Thị Huỳnh Vân Hình 2 : Trường hợp mở rộng 3 byte địa chỉ. + Byte thứ 3. * Bit 1 - bit EA (tương tự bit EA của byte thứ 2) * Bit 2 - bit DE. Bít đánh dấu các Frame mà mạng lưới, thiết bị có quyền loại bỏ nó nếu như độ nghẽn của mạng cao. Mạng lưới hoặc FRAD sẽ đặt bit DE= 1 cho các Frame phát đi với tốc độ cao hơn tốc độ khách hàng đǎng ký mà mạng phải cam kết đảm bảo. Tuy nhiên các khung Frame này vẫn được chuyển đi bình thường tới người nhận nếu độ nghẽn mạng thấp, nhưng nếu độ nghẽn mạng cao thì những Frame có DE = 1 này sẽ bị loại bỏ trước tiên. Bình thường bit DE = 0. Hình 3 : Minh hoạ cho bit DE Bc: (Committed Burst Size): Là số lượng dữ liệu data tối đa mạng lưới chấp nhận truyền đi trong các khoảng thời gian Tc . 1 7 Báo cáo Mạng Viễn Thông GV.ThS Trần Thị Huỳnh Vân Tc: (Committed Rate Measurement Interval): Tc = Bc/CIR là khoảng thời gian mà FRAD cho phép gửi Bc và thậm chí cả Be. Be: (Exess Burst Size): Là số lượng dữ liệu data tối đa mà mạng không đảm bảo truyền tốt nhưng vẫn truyền thử xem. * Bit 3 - Bit BECN và Bit 4 - Bit FECN. Hai bit này do mạng lưới đặt cho từng cuộc nối một (Từng DLCI) báo cho các FRAD biết để điều hành thông lượng. Khi bị nghẽn các bit này được đặt = 1 theo 4 trường hợp sau đây trên cơ sở của hình 4. Hình 4: Mô hình hướng của FECN, BECN * Bit 5 đến bit 8 - Dành cho DLCI.  Trường thông tin I Trường thông tin của một Frame có thể thay đổi độ dài nhưng đều chứa hai loại thông tin chính đó là thông tin dữ liệu của người dùng (Application Data hay User Data ) và thông tin về giao thức từng lớp sử dụng PCI (Protocol Control Information) để thông báo cho lớp tương ứng của bên nhận biết.  Hai Byte kiểm tra khung - FCS (Frame Check Sequence). Hai byte 16 bit để kiểm tra khung (FCS) đi sát với trường thông tin phần user data thực chất là kết quả của kiểm tra độ dư theo chu kỳ - CRC (Cyclic Redundacy Check). 1 8 Báo cáo Mạng Viễn Thông GV.ThS Trần Thị Huỳnh Vân CRC nói chung là một giá trị được tính toán theo một phương pháp riêng phụ thuộc vào tổng số byte của một khối dữ liệu (Block of data), giá trị này sẽ được bên phát gửi sang bên phía thu, bên thu cũng đếm lại và so sánh với giá trị bên phát gửi sang, nếu hai giá trị như nhau có nghĩa là dữ liệu truyền đi tốt, nếu khác nhau là có lỗi. Hình 6: Kiểm tra lỗi các khung gửi đi bằng FCS.  Và cuối cùng là 1 byte cờ F để kết thúc 2. Cấu hình tổng của Frame Relay. Hình: Cấu trúc mạng Frame Relay + Các kênh riêng tạo ra các liên kết vật lý giữa FRAD và FRND. + FRND (Frame Relay Access Device): các thiết bị truy cập mạng. thường là các Router, Bridge, ATM switch…. 1 9 Báo cáo Mạng Viễn Thông GV.ThS Trần Thị Huỳnh Vân + FRND (Frame relay Netwok Device): các thiết bị chuyển mạch Frame Relay Switch. + FRAD và FRND chuyển đổi dữ liệu thông qua các quy định của giao tiếp UNI. 3. Nguyên lý hoạt động Frame Relay. Người sử dụng gửi một Frame đi với giao thức LAP-D hay LAP-F (Link Access Protocol D hay F), chứa thông tin về nơi đến và thông tin người sử dụng, hệ thống sẽ dùng thông tin này để định tuyến trên mạng. Công nghệ Frame Relay có một ưu điểm đặc trưng rất lớn là cho phép người sử dụng dùng tốc độ cao hơn mức họ đǎng ký trong một khoảng thời gian nhất định , có nghĩa là Frame Relay không cố định độ rộng bǎng (Bandwith) cho từng cuộc gọi một mà phân phối bandwith một cách linh hoạt điều mà X.25 và thuê kênh riêng không có. Ví dụ người sử dụng ký hợp đồng sử dụng với tốc độ 64 kb, khi họ chuyển đi một lượng thông tin quá lớn, Frame Relay cho phép truyền chúng ở tốc độ cao hơn 64 kb. Hiện tượng này được gọi là "bùng nổ" - Bursting. Thực tế trên mạng lưới rộng lớn có rất nhiều người sử dụng với vô số frame chuyển qua chuyển lại, hơn nữa Frame Relay không sử dụng thủ tục sửa lỗi và điều hành thông lượng (Flow control) ở lớp 3 (Network layer), nên các Frame có lỗi đều bị loại bỏ thì vấn đề các frame được chuyển đi đúng địa chỉ, nguyên vẹn, nhanh chóng và không bị thừa bị thiếu là không đơn giản. Để đảm bảo được điều này Frame relay sử dụng một số nghi thức sau:  DLCI (Data link connection identifier) - Nhận dạng đường nối data. Cũng như X.25, trên một đường nối vật lý frame relay có thể có rất nhiều các đường nối ảo, mỗi một đối tác liên lạc được phân một đường nối ảo riêng để tránh bị lẫn, được gọi tắt là DLCI.  CIR (committed information rate) - Tốc độ cam kết. Đây là tốc độ khách hàng đặt mua và mạng lưới phải cam kết thường xuyên đạt được tốc độ này.  CBIR (Committed burst information rate) - Tốc độ cam kết khi bùng nổ thông tin. 1 10 Báo cáo Mạng Viễn Thông GV.ThS Trần Thị Huỳnh Vân Khi có lượng tin truyền quá lớn, mạng lưới vẫn cho phép khách hàng truyền quá tốc độ cam kết CIR tại tốc độ CBIR trong một khoảng thời gian (Tc) rất ngắn vài ba giây một đợt, điều này tuỳ thuộc vào độ "nghẽn" của mạng cũng như CIR.  DE bit (Discard Eligibility biy) - Bit đánh dấu Frame có khả nǎng bị loại bỏ. Về lý mà nói nếu chuyển các Frame vượt quá tốc độ cam kết, thì những Frame đó sẽ bị loại bỏ và bit DE được sử dụng. Tuy nhiên có thể chuyển các frame đi với tốc độ lớn hơn CIR hay thậm chí hơn cả CBIR tuỳ thuộc vào trạng thái của mạng Frame relay lúc đó có độ nghẽn ít hay nhiều (Thực chất của khả nǎng này là mượn độ rộng bǎng "Bandwith" của những người sử dụng khác khi họ chưa dùng đến). Nếu độ nghẽn của mạng càng nhiều (khi nhiều người cùng làm việc) thì khả nǎng rủi ro bị loại bỏ của các Frame càng lớn. Khi Frame bị loại bỏ, thiết bị đầu cuối phải phát lại. Do mạng Frame relay không có thủ tục điều hành thông lượng (Flow control) nên độ nghẽn mạng sẽ không kiểm soát được, vì vậy công nghệ Frame relay sử dụng hai phương pháp sau để giảm độ nghẽn và số frame bị loại bỏ :  Sử dụng FECN (Forward explicit congestion notification): Thông báo độ nghẽn cho phía thu và BECN (Backward Explicit Congestion Notification) Thông báo độ nghẽn về phía phát. Thực chất của phương pháp này để giảm tốc độ phát khi mạng lưới có quá nhiều người sử dụng cùng lúc. Hình 7 Nguyên lý sử dụng FECN và BECN  Sử dụng LMI (Local Manegment Interface): để thông báo trạng thái nghẽn mạng cho các thiết bị đầu cuối biết. LMI là chương trình điều khiển giám sát đoạn kết nối giữa FRAD và FRND. 1 11 Báo cáo Mạng Viễn Thông GV.ThS Trần Thị Huỳnh Vân III.Ứng dụng của Frame Relay. 1 . Kết nối mạng Viê ̣c xuất hiê ̣n các chương trình ứng dụng theo kiểu khách/chủ, xử lý phân bố, đã tạo nên nhu cầu kết nối các mạng cục bô ̣ lại với nhau (LAN interconnection).  Trong trường hợp các mạng cục bô ̣ này cách xa về địa lý, viê ̣c kết nối chúng thành các mạng diê ̣n rô ̣ng (WAN) sẽ nảy sinh nhiều vấn đề. Ví dụ, mô ̣t tổ chức (công ty, tâ ̣p đoàn ...) có thể có nhiều mạng cục bô ̣ dùng hê ̣ điều hành, thủ tục, phương tiê ̣n truyền khác nhau. Hơn nữa, về mă ̣t công nghê,̣ mạng cục bô ̣ (LAN) và mạng diê ̣n rô ̣ng (WAN) là hoàn toàn khác nhau. Vì vâ ̣y, để kết nối chúng lại với nhau, phải có mô ̣t thiết bị trung gian giữa hai loại mạng này.   Giải pháp kết nối mạng diê ̣n rô ̣ng, mạng hình nhê ̣n trước đây phụ thuô ̣c rất lớn vào các kênh kết nối trực tiếp, do đó viê ̣c thay đổi cấu trúc mạng đòi hỏi phải thay đổi cấu hình phần cứng và phần mềm; tốn nhiều thời gian, chi phí. Với Frame Relay, viêc̣ thêm mạch ảo giữa các đầu cuối trở lên khá đơn giản, viêc̣ thay đổi mạch ảo được thực hiê ̣n rất dễ dàng và nhanh chóng. Ứng dụng trong kết nối mạng cục bô ̣ (LAN), phương thức kết nối này đem đến những lợi ích như: Đơn giản về mạng lưới, giảm thiểu chi phí đầu tư về thiết bị, giảm chi phí so với kênh trực tiếp (thông thường chỉ bằng 30-40% so với các đường kết nối trực tiếp), nâng cao hiê ̣u quả sử dụng mạng lưới (40% nhờ khả năng hỗ trợ nhiều thủ tục khác nhau của Frame Relay), giảm thiểu gián đoạn trong quá trình truyền tin do không còn cơ chế sửa lỗi khi truyền. 2 .Hỗ trợ chuẩn SNA của IBM. Frame Relay hỗ trợ chuẩn truyền số liê ̣u của IBM SNA Network, không có thay đổi lớn về phần mềm, phần cứng (front end processor) trong viê ̣c đánh địa chỉ và cấu hình mạng lưới. Đến nay, có khoảng 50.000 công ty sử dụng các máy tính lớn (mainframe) dựa trên cấu hình của IBM SNA. Viê ̣c duy trì, bảo dưỡng và thay đổi hê ̣ thống là khó và tốn kém, đồng thời viê ̣c kết nối với các chuẩn khác (LAN) khá khó khăn. Frame Relay cho 1 12 Báo cáo Mạng Viễn Thông GV.ThS Trần Thị Huỳnh Vân phép các nhà quản trị hê ̣ thống sử dụng IBM SNA giải quyết các vấn đề trên mô ̣t cách đơn giản và tiết kiê ̣m. 3 . Phục vụ các ứng dụng trong ngân hàng Mô ̣t ví dụ điển hình khi Frame Relay được ứng dụng trong ngân hàng. Trước đây các ngân hàng thường sử dụng nhiều cấu hình mạng khác nhau. - Mạng X.25 liên kết máy chủ SNA với các máy đầu cuối tại văn phòng dùng để các nhân viên thu tiền ghi nhâ ̣n các giao dịch của khách hàng. - Mạng bảo vê ̣ Security/Alarm. - Mạng dùng cho thư điê ̣n tử - email hoă ̣c xử lý số liê ̣u. - Mạng chuyển tiếng nói “voice” trợ giúp các máy điê ̣n thoại tại các máy thu tiền tự đô ̣ng (Bank’s ATM machines). Tất cả các ứng dụng trên có thể được sử dụng kết hợp qua mô ̣t kênh kết nối Frame Relay duy nhất. Ngoài ra Frame Relay còn có thể dùng cho nhiều ứng dụng khác như: Thoại trên môi trường Frame Relay; Û́ng dụng kết nối internet; Tạo bước đê ̣m cho công nghê ̣ ATM. Mạng Frame Relay cho phép người sử dụng hoă ̣c các thiết bị mạng như FRAD, Router liên lạc với nhau thông qua mạng ATM Backbone. B. ATM. I. Giới thiệu chung về ATM 1. Sự ra đời của ATM ATM phương thức truyền tải không đồng bộ, cung cấp các dịch vụ băng rộng tương lai. ATM lần đầu tiên dược nghiên cứu tại trung tâm nghiên cứu CNET (của France Telecom) và Bell Lads vào năm 1983, sau đó tiếp tục phát triển tại trung tâm nghiên 1 13 Báo cáo Mạng Viễn Thông GV.ThS Trần Thị Huỳnh Vân cứu Allatebell từ năm 1984. Các trung tâm này tích cực nghiên cứu những nguyên lý cơ bản và góp tích cực trong công việc thiết lập các tiêu chuẩn đầu tiên về ATM. Hiện nay công nghệ ATM đã phát triển tới độ khá hoàn hảo và ổn định. Công nghệ này đã được nghiên cứu và triển khai tại nhiều nước trên thế giới. Nhiều mạng ATM đã được triển khai, bước đầu cung cấp dịch vụ băng rộng với khách hàng. Việc ứng dụng công nghệ ATM vào mạng viễn thông được bắt đầu vào năm 1990. ATM là sự kết hợp của công nghệ truyền dẫn và công nghệ chuyển mạch qua mạng giao tiếp chuẩn, dựa vào công nghệ ATM để phân chia và ghép tiếng nói, số liệu, hình ảnh…. Vào trong một khối có chiều dài cố định gọi là tế bào. 2. Khái niệm ATM ATM là phương thức truyền không đồng bộ kỹ thuật chuyển mạch gói chất lượng cao. Có phương thức truyền tải định hướng, chuyển gói nhanh dựa trên ghép không đồng bộ phân chia thời gian. ATM đã kết hợp tất cả những lợi thế của kỹ thuật chuyển mạch trước đây vào một kỹ thuật truyền thông duy nhất. Sử dụng các gói cố định gọi là các tế bào, nó có thể truyền tải một hỗn hợp các dịch vụ bao gồm thoại, hình ảnh, số liệu, có thể cung cấp các băng thông theo yêu cầu. ATM có thể loại trừ được các “ nút cổ chai “ thường xảy ra ở các mạng LAN và WAN hiện nay 3. Đặt điểm của công nghệ ATM Công nghệ ATM dựa trên cơ sở của phương pháp chuyển mạch gói, thông tin được nhóm vào các gói tin có chiều dài cố định, ngắn; trong đó vị trí của gói không phụ thuộc vào đồng hồ đồng bộ và dựa trên nhu cầu bất kỳ của kênh cho trước. Các chuyển mạch ATM cho phép hoạt động với nhiều tốc độ và dịch vụ khác nhau. ATM 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, các tế bào nhỏ với tốc độ truyền lớn sẽ làm cho trễ truyền và biến động trễ giảm đủ nhỏ đối với các dịch vụ thời gian thực, cũng sẽ tạo điều kiện cho việc hợp kênh ở tốc độ cao được dễ dàng hơn. - Thứ hai, ATM có khả năng nhóm một vài kênh ảo thành một đường ảo nhằm giúp cho việc định tuyến được dễ dàng. ATM khác với định tuyến IP ở một số điểm. Nó là công nghệ chuyển mạch hướng kết nối. Kết nối từ điểm đầu đến điểm cuối phải được thiết lập trước khi thông tin được gửi đi. ATM yêu cầu kết nối phải được thiết lập bằng nhân công hoặc thiết lập một cách tự động thông qua báo hiệu. Mặt khác, ATM không thực hiện định tuyến tại các nút trung gian. Tuyến kết nối xuyên suốt được xác định trước khi trao đổi dữ liệu và được giữ cố định trong suốt thời gian kết nối. Trong quá trình thiết lập kết nối, các tổng đài ATM trung gian cung cấp cho kết nối một nhãn. Việc này thực hiện hai điều: dành cho kết nối một số tài nguyên và xây dựng bảng chuyển tế bào tại mỗi tổng đài. Bảng chuyển tế bào này có tính cục bộ và chỉ chứa thông tin về các kết nối đang 1 14 Báo cáo Mạng Viễn Thông GV.ThS Trần Thị Huỳnh Vân hoạt động đi qua tổng đài. Bảng so sánh công nghệ IP và ATM Công nghệ Bản chất Công nghệ IP ATM - Là một giao thức chuyển mạch gói có độ tian cậy và khả năng mở rộng cao - Do phương thức định tuyến theo từng chặng nên điều khiển lưu lượng rất khó thực hiện. - Sử dụng gói tin có chiều dài cố định 53 byte gọi là tế bào (cell). - Nguyên tắc định tuyến chuyển đổi VPI/VCI -Nền tảng phần cứng tốc độ cao - Đơn giản, hiệu quả -Tốc độ chuyển mạch cao, mềm dẻo hỗ trợ QoS theo yêu cầu -Không hỗ trợ QoS - Giá thành cao, không mềm dẻo trong hỗ trợ những ứng dụng IP và VoA Ưu điểm Nhược điểm II. Lớp ATM Lớp ATM là thành phần chủ yếu của mạng ATM, nó nằm trên lớp vật lý, các dịch vụ chính của mạng đều có thể tìm thấy ở lớp này. Các chức năng của lớp ATM hoàn toàn độc lập với các chức năng của lớp vật lý dưới nó. Lớp ATM có các chức năng chuyển các tế bào từ lớp tương thích ATM (AAL) đến lớp vật lý để truyền đi và ngược lại từ lớp vật lý đến các lớp AAL để sử dụng tại hệ thống mới. Các đơn vị thông tin trong lớp ATM là các tế bào. Mỗi tế bào có một bộ nhận dạng số chứa trong Header để gắn nó tới kết nối xác định. ATM sử dụng các đấu nối ảo để vận chuyển thông tin và được chia làm hai mức: mức đường ảo và mức kênh ảo.  Kênh ảo VC (Virtual Channel) là kênh thông tin cung cấp khả năng truyền đơn hướng các tế bào ATM. 1 15 Báo cáo Mạng Viễn Thông GV.ThS Trần Thị Huỳnh Vân Hình 3.3: Sự kết hợp các kênh ảo, đường ảo Đường ảo VP (Virtual Path) là sự kết hợp có tính chất logic hoặc của một nhóm các kênh ảo thành một “bó” mà nó có cùng một đặc tính lưu lượng và được truyền đi cùng một đường trong mạng. Một đường truyền vật lý (như cáp quang chẳng hạn) có thể chứa nhiều đường kết nối ảo. Hình 3.3 mô tả quá trình kết hợp các VCs, VPs và đường truyền. 1. Một số khái niệm liên quan đến kênh ảo và đường ảo Các khái niệm này gồm có liên kết đường ảo, liên kết kênh ảo, cuộc nối kênh ảo, cuộc nối đường ảo. Cuộc nối kênh ảo VCC là tập hợp của một số liên kết. Theo định nghĩa của ITUT: 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 dùng để thiết lập một cuộc nối kênh ảo tại giao diện UNI.  Các VCCs cố định (Permanent) hoặc bán cố định (Semi-Parmanent) được thiết lập tại thời điểm định trước mà không cần báo hiệu.  Một VCC được thiết lập/giải phóng bằng cách sử dụng một thủ tục báo hiệu trao đổi.  Thiết lập/giải phóng một VCC đầu cuối được thực hiện bằng một thủ tục báo hiệu từ người sử dụng đến mạng.  Nếu một PVC đang tồn tại giưa hai UNI, thì một VCC trong VPC này có thể được thiết lập/ giải phóng bằng việc sử dụng một giao thức báo hiệu từ người sử dụng tới người sử dụng. Cuộc nối đường ảo VPC (Virtual Path Connection) là sự móc nối của một số liên kết đường ảo. VPC là sự kết hợp logic của các VCCs (Virtual Channel Connection). Trong một VPC mỗi liên kết kênh ảo đều có một số nhận dạng VCI (Virtual Channel Indentifier) riêng. Tuy vậy những VCs thuộc về các VP khác nhau có thể có cùng số VCI. Mỗi VC được nhận dạng duy nhất thông qua tổ hợp hai giá trị VPI và VCI. Có 3 phương pháp sau được sử dụng để thiết lập/ giải phóng một VPC giữa các điểm cuối VPC:  Một VPC được thiết lập/giải phóng dựa trên một kênh định trước và do đó không cần thủ tục báo hiệu.  Việc thiết lập/giải phóng VPC có thể được điều khiển bởi khách hàng. Các thủ tục quản lý mạng dùng cho mục đích này.  Một VPC cũng có thể được thiết lập/giải phóng bởi mạng sử dụng các thủ tục 1 16 Báo cáo Mạng Viễn Thông GV.ThS Trần Thị Huỳnh Vân quản lý mạng. Nhiệm vụ trung tâm của lớp ATM là biến đổi địa chỉ mạng ở các lớp cao thành các giá trị VPI và VCI tương ứng. Các giá trị VPI và VCI được tạo ra dựa trên số hiệu nhận dạng của điểm truy nhập dịch vụ SAP. Tại đầu thu, trường tiêu đề được tách ra khỏi tế bào ATM. Tại đây giá trị VPI và VCI được dùng để nhận dạng điểm truy nhập dịch vụ. Phân kênh và hợp kênh các tế bào: Tại đầu phát các tế bào thuộc về các kênh ảo và đường ảo khác nhau được hợp thành một dòng tế bào duy nhất. Tại đầu thu dòng tế bào ATM được phân thành các đường ảo và kênh ảo độc lập để đi tới các thiết bị. Biến đổi VPI/VCI Nếu các tế bào được định tuyến thông qua các chuyển mạch ATM hoặc các nút nối xuyên thì các giá trị VPI/VCI đưa tới các thiết bị này cần phải được biển đổi thành các giá trị VPI/VCI mới để xác định đích mới của tế bào. 2. Nguyên tắc định tuyến trong chuyển mạch ATM Có hai phương thức định tuyến được sử dụng trong chuyển mạch ATM đó là nguyên tắc định tuyến dùng bảng định tuyến và tự định tuyến. Theo nguyên tắc này: việc biên dịch VPI/VCI cần phải thực hiện tại đầu vào của ccas phần tử chuyển mạch sau khi biên dịch xong tế bào sẽ được thêm phần mở rộng bằng một định danh nội bộ thể hiện rằng đã xử lý tiêu đề của tế bào. Tiêu đề mới của tế bào được đặt trước nhờ nội dung của bảng biên dịch, việc tăng thêm tiêu đề tế bào ở đây yêu cầu tăng thêm tốc độ nộ bộ của ma trận chuyển mạch. Ngay sau khi tế bào được định danh nội bộ, nó được định hướng theo nguyên tắc tự định hướng. Mỗi cuộc nối từ đầu vào tới đầu ra có một tên nội bộ nằm trong ma trận chuyển mạch xác định. Trong đó cuộc nối đa điểm VPI/VCI được gán tên nội bộ nhiều chuyển mạch do đó có khả năng các tế bào được nhân bản và định hướng tới các đích khác nhau phụ thuộc vào tên được gán. Bộ định tuyến Bảng A B,n,m Phần tử chuyển mạch tự định tuyến Phần tử chuyển mạch tự định tuyến Bỏ n Bỏ m Hình 3.4: Nguyên tắc tự định tuyến 1 17 Báo cáo Mạng Viễn Thông GV.ThS Trần Thị Huỳnh Vân Quy tắc gán tiêu đề cho tế bào: VPI/VCI = VPI/VCI mới + định danh nội bộ. - Nguyên tắc bảng định tuyến : Theo nguyên tắc này, VPI/VCI trong tiêu đề tế bào được biên dịch tại mỗi phần tử chuyển mạch thành một tiêu đề mới và mã số cổng đầu ra thích hợp nhờ một bảng định tuyến gắn với phần tử chuyển mạch này. Trong giai đoạn thiết lập cuộc nối, nội dung của bảng được cập nhập. Bảng định tuyến Bảng A Bm Bảng định tuyến Phần tử chuy Hình 3.5ển: Nguyên tắc bảng điều khiển mạch B Cn 3. Mô tả và sự xáo trộn tế bào Bỏ “m” Phần tử chuy ển mạch Bỏ “n” Sự mô tả tế bào cho phép xác định những đường biên của tế bào. Trường HEC của tế bào hoàn thành sự mô tả tế bào. Tín hiệu ATM phải được giao chuyển thông suốt trên tất cả các giao diện mạng mà không có bất cứ ràng buộc từ những hệ thống truyền dẫn được sử dụng. Sự xáo trộn được sử dụng để nâng cao tính bảo mật và tính chất mạnh mẽ của cơ cấu mô tả tế bào HEC. Hơn nữa, nó giúp làm ngẫu nhiên dữ liệu trong trường thông tin cho những sự cải tiến có thể ở sự thực thi truyền dẫn. Sự mô tả tế bào được thực hiện bằng việc sử dụng sự tương quan giữa các bit phần đầu (header) để được bảo vệ (4 octets đầu tiên trong phần đầu) và octet HEC. Octet này được cung cấp ở điểm cuối khởi đầu bằng cách sử dụng một đa thức sinh bao phủ 4 octet đầu tiên này của tế bào. Đa thức sinh là X8 + X2 + X +1. Có một mối tương quan ở điểm cuối nhận giữa 4 octet đầu tiên này với octet HEC, cái mà chúng ta có thể gọi là số dư. Điều này chỉ đúng khi không có lỗi ở phần đầu. Khi có một lỗi, mối tương quan không còn hoàn toàn, và bộ xử lý sẽ đi đến tế bào tiếp theo. 4. Qúa trình chuyển mạch và xử lý gói trong ATM Giao thức ATM tương ứng với lớp 2 như định nghĩa trong mô hình tham chiếu (OSI) các hệ thống mở. ATM là kết nối có hướng, một kết nối cuối- cuối cần được thiết lập trước khi định tuyến các tế bào ATM. Các tế bào được định tuyến dựa trên hai giá trị quan trọng chứa trong 5 byte mào đầu tế bào : nhận dạng luồng ảo(VPI) và nhận dạng kênh ảo (VCI) , trong đó một luồng ảo bao gồm một số các kênh ảo. Số các bít dành cho VPI phụ thuộc vào kiểu giao diện. nếu đó là người sử dụng (UNI), giữa 1 18 Báo cáo Mạng Viễn Thông GV.ThS Trần Thị Huỳnh Vân người sử dụng và chuyển mạch ATM đầu tiên, 8 bít dành cho VPI. Điều này có nghĩa là có tới 28= 256 luồng ảo sẵn có trong điểm truy cập người sử dụng. Mặt khác nếu nó là giao diện node mạng (NNI), giữa các chuyển mạch trung gian ATM, 12 bít sẽ dành cho VPI. Điều này cho thấy có 2+^= 4096 luông ảo có thể có giữa các chuyển mạch ATM. Trong cả UNI và NNI, có 16 bít dành cho VCI. Vì thế có 216= 65536 kênh ảo cho mỗi luồng. Sự kết hợp cả VPI và VCI tạo nên một liên kết ảo giữa hai đầu cuối. thay vì có cùng VPI/VCI cho toàn bộ luồng định tuyến, VPI/VCI được xác định trên mỗi liên kết cơ sở thay đổi với mỗi chuyển mạch ATM. Một cách cụ thể, tại mỗi liên kết đwuf vào đến một node chuyển mạch, một VPI/VCI có thể được thay thế bằng một VPI/VCI khác tại đầu ra bằng sự tham chiếu tới bảng gọi là bảng định tuyến trong hcuyeenr mạch ATM. Với bảng định tuyến mạng ATM có thể tăng số lượng các đường định tuyến. Mỗi chuyển mạch ATM có một bảng định tuyến chứa ít nhất các trường sau : VPI/VCI cũ và VPI/VCI mới, địa chỉ cổng đầu ra và ưu tiên. Khi một tế bào ATM đến đường đầu vào của chuyển mạch nó bị chia thành 5 byte mào đầu và 48 byte tải trọng. Bằng cách sử dụng VPI/VCI chứa trong phần mào đầu như giá trị VPI/VCI cũ , chuyển mạch tìm trong bảng định tuyến VPI/VCI mới của các tế bào đang đi đến. Khi đã tìm thấy giá trị VPI/VCI cũ sẽ được thay thế bằng VPI/VCI mới. Hơn nữa địa chỉ cổng đầu ra tương ứng và trường ưu tiên được đính kèm trong 48byte tải trọng trước khi nó được gửi đi đến kết cấu chuyển mạch. Địa chỉ cổng đầu ra chỉ tới cổng đầu ra nào mà tế bào được định tuyến. Có 3 kiểu định tuyến trong kết cấu chuyển mạch : chế độ unicast là chế độ mà một tế bào được định tuyến tới một số các cổng đầu ra xác định, multicast là chế độ một tế bào được định tuyến tới một số cổng đầu ra và broadcast là chế độ một tế bào được định tuyến tới tất cả các cổng đầu ra. Trường ưu tiên cho phép chuyển mạch truyền các tế bào một cách có lựa chọn tới các cổng đầu ra hay loại chúng khi bộ đệm đầy, tùy theo yêu cầu dịch vụ. Các kết nối ATM được thiết lập trước hoặc thiết lập một cách linh động theo báo hiệu được sử dụng, giống như báo hiệu UNI và báo hiệu định tuyến gioa diện mạng-mạng riêng(PNNI). Thiết lập trước được tham chiếu tới các kết nối ảo cố định (PVCs), thiết lập linh động được tham chiếu tới các kết nối ảo chuyển mạch(SVCs). Với các SVCs bảng định tuyến được cập nhập bởi bộ xử lý cuộc gọi trong suốt quá trình thiết lập cuộc gọi. Quá trình thiết lập cuộc gọi sẽ tìm được một đường định tuyến phù hợp giữa nguồn và đích. VPI/VCI của mỗi đường dẫn dọc theo tuyến, các địa chỉ cổng đầu ra của bộ chuyển mạch và trường ưu tiên được xác định và được bộ xử lý cuộc gọi điền vào bảng. Bộ xử lý cuộc gọi phải đảm bảo rằng tại mọi chuyển mạch VPI/VCI của tế bào đang dến từ cổng đầu vào khác nhau có cùng một cổng đầu ra là khác nhau. Mỗi chuyển mạch ATM có một bộ xử lý cuộc gọi. 5 .Nguyên lý chuyển mạch ATM 1 19 Báo cáo Mạng Viễn Thông GV.ThS Trần Thị Huỳnh Vân Việc chuyển mạch các tế bào ATM được thực hiện trên cơ sở các giá trị VCI, VPI. Như đã trình bày ở trên VCI, VPI chỉ có giá trị trên một chặng kết nối cụ thể. Khi tế bào đến nút chuyển mạch, giá trị của VPI hoặc cả giá trị VPI, VCI đều được thay đổi cho phù hợp với chặng tiếp theo. Thiết bị chuyển mạch chỉ dựa trên giá trị VPI được gọi là chuyển mạch VP (VP Switch), nút nối xuyên (ATM Cross- Connect) hoặc bộ tập trung (Concentrator). Hình3.6: Cuộc nối kênh ảo thông qua các nút chuyển mạch và bộ nối xuyên Nếu thiết bị chuyển mạch thay đổi cả hai giá trị VPI, VCI thì nó được gọi là chuyển mạch VC hoặc chuyển mạch ATM. Hình 3.6 mô tả một cuộc nối VCC thông thường, T là nút chuyển mạch nơi mà VCI, VPI đều bị thay đổi, A, B là các thiết bị đầu cuối, D1, D2 là các bộ nối xuyên, nơi chỉ thay đổi giá trị VPI, a i, xi, yi là các giá trị VCI, VPI tương ứng. Hình 3.7 Nguyên tắc chuyển mạch VP Hình 3.7 là sơ đồ nguyên lý chuyển mạch VP. Chuyển mạch VP là nơi bắt đầu và kết thúc của các liên kết đường ảo, do vậy nó phải chuyển các giá trị VPI ở đầu vào thành các giá trị VPI tương ứng ở đầu ra sao cho các liên kết này thuộc về cùng một cuộc nối đường ảo cho trước. Lúc này giá trị VCI được giữ không đổi. 1 20