Xemina - Công nghệ ATM docx

ATM sẽ là nền tảng của B-ISDN trong tương lai.Kiểu truyền không đồng bộ bao gồm cả trong truyền dẫn và chuyển mạch, còn không đồng bộ là trong đó các gói trong cùng một cuộc kết nối có t

Trang 1

1

Data Communication – Edit by.Lê Đắc Nhường

Kỹ thuật truyền số liệu Công nghệ ATM

Trang 2

Hiện nay, các mạng viễn thông hiện tại có đặc điểm chung là tồn tại một cách riêng lẽ, ứng với mỗi một loại dịch vụ thông tin lại có ít nhất một loại mạng viễn thông riêng biệt để phục vụ dịch vụ đó Thí dụ:

Mạng Telex: dùng để gởi các bức điện dưới dạng các ký tự đã được mã

hóa bằng mã 5 bit 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 mạng này tiếng nói được số hóa và chuyển mạch ở hệ thống chuyển mạch điện thoại công cộng PSTN (Public Switched Telephone Network)

1.1 Giới thiệu:

Trang 3

3

Mạng truyền số liệu: bao gồm các mạng chuyển mạch gói để trao đổi số

liệu giữa các máy tính dựa trên giao thức của X.25 và hệ thống truyền số liệu chuyển mạch kênh dựa trên các giao thức X.21

Các tín hiệu truyền hình: có thể được truyền theo 3 cách:

 Truyền bằng sóng vô tuyến

 Truyền qua hệ thống mạng truyền hình CATV (Community Antena TV)

bằng cáp đồng trục

 Truyền qua hệ thống vệ tinh còn gọi là hệ thống truyền hình trực tiếp

DBS (Direct Broadcast System)

Trong phạm vi cơ quan, số liệu giữa các máy tính được trao đổi thông qua mạng cục bộ LAN thường là mạng: Ethernet, Token Bus, và Token Ring

1.1 Giới thiệu

Trang 4

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 hệ thống mạng viễn thông hiện tại có rất nhiều nhược điểm mà quan trọng là:

Chỉ truyền được các dịch vụ độc lập tương ứng với từng mạng

Thiếu mềm dẻo: Sự ra đời của các thuật toán nén tiếng nói, nén ảnh,…

và tiếng bộ trong công nghệ VLSI ảnh hưởng mạng mẽ tới tốc độ truyền tín hiệu Hệ thống hiện nay rất khó thích nghi với yêu cầu của các dịch vụ khác nhau trong tương lai

Kém hiệu quả trong việc bảo dưỡng, vận hành cũng như việc sử dụng tài

nguyên Tài nguyên có trong một mạng không thể chia sẻ cho các mạng khác cùng sử dụng

1.1 Giới thiệu

Trang 5

5

Do cần 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 rộng đang tăng lên

Các kỹ thuật xử lý tín hiệu, chuyển mạch, truyền dẩn ở tốc độ cao (cỡ vài trăm Mbit/s đến vài Gbit/s) đã trở thành hiện thực

Tiến bộ về khả năng xử lý ảnh và số liệu

Sự phát triển của các ứng dụng trong lĩnh vực tin học và viễn thông

Sự cần thiết phải tổ hợp các dịch vụ phụ thuộc lẫn nhau ở chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói vào một mạng băng rộng duy nhất

Sự cần thiết thỏa mãn tính mềm dẻo cho các yêu cầu về phía người sử dụng

Vì vậy cũng như người quản trị mạng.mạng B-ISDN ra đời nhằm đáp ứng các điều kiện trên

1.2 Sự ra đời của hệ thống viễn thông mới B-ISDN:

Trang 6

ISDN theo ITU-T dựa trên cơ sở kiểu truyền không đồng bộ ATM (Asynchronous Tranfer Mode) ATM sẽ là nền tảng của B-ISDN trong tương lai.Kiểu truyền không đồng bộ bao gồm cả trong truyền dẫn và chuyển mạch, còn không đồng bộ là trong đó các gói trong cùng một cuộc kết nối có thể lập lại một cách bất thường như lúc chúng được tạo ra theo yêu cầu cụ thể mà không theo một chu kỳ nào cả

ATM còn có hai đặc điểm quan trọng:

ATM sử dụng các gói có kích thước nhỏ và cố định gọi là các tế bào (ATM cell), các tế bào nhỏ cùng với tốc độ truyền lớn sẽ làm cho trễ truyền và biến động trễ (Delay Jitter) giảm đủ nhỏ đối với các dịch vụ thời gian thực, ngoài ra kích thước nhỏ cũng tạo điều kiện cho việc hợp kênh

ở tốc độ cao được dể dàng

ATM còn có một đặc điểm rất quan trọng là khả năng nhóm một vài kênh

ảo thành một đường ảo nhằm giúp cho việc định tuyến được dể dàng

1.3 Khái niệm cơ bản về ATM:

Trang 7

7

Tính trong suốt về mặt nội dung: là chức năng đảm bảo việc truyền đúng

các bit từ đầu phát đến đầu thu (tức là sự chính xác về mặt nội dung) Khi mới

ra đời, trong các mạng chuyển mạch gói chất lượng truyền số liệu còn kém, do

đó để đảm bảo chất lượng truyền chấp nhận được người ta phải thực hiện chức năng điều khiển lổi trên mọi liên kết

Việc điều khiển lổi này được thực hiện bởi giao thức HDLC (High Level Data Link Control) bao gồm các chức năng: giới hạn khung, đảm bảo truyền bit chính xác, kiểm tra lổi, Ở 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 một loạt các thủ tục phức tạp khác nhau làm ảnh hưởng đến tốc xử lý chung của hệ thống

1.4 Tính trong suốt của hệ thống:

Trang 8

Sau này, do chất lượng của hệ thống truyền dẫn và chuyển mạch tăng lên nên tỷ lệ lỗi trên mạng giảm Với một mạng chất lượng cao như vậy người ta chỉ cần thực hiện một số chức năng của thủ tục HDLC

Bằng cách này người ta giảm được khối lượng thông tin mà nút chuyển mạch cần xử lý, nhờ đó tốc độ của nút tăng lên

Như vậy lớp 2 trên mô hình OSI được chia thành hai lớp con Lớp 2a chuyên cung cấp các chức năng cơ bản của lớp 2, lớp 2b cung cấp các chức năng bổ sung Các hệ thống ứng dụng nguyên lý này được gọi là chuyển tiếp

khung (Frame Relay).

Trang 9

9

Đối với B-ISDN ý tưởng này cịn được mở rộng hơn nữa, các chức năng điều khiển lổi khơng cịn 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

Do đĩ các nút của ATM cĩ độ phức tạp tối thiểu và vì thế cĩ tốc độ truyền rất

cao cĩ thể lên đến 600Mbit/s

Chức năng Chuyển mạch gói Chuyển tiếp khung ATM

-Các chức năng được thực hiện ở nút mạng của X.25, chuyển tiếp khung và AT

Trang 10

Tính trong suốt về mặt thời gian: Các dịch vụ thời gian thực yêu cầu

dòng bit có trễ rất ngắn khi được truyền từ đầu phát đến đầu thu, tức là chúng yêu cầu tính chính xác về thời gian

Có thể phân biệt hai loại trễ:

+ Trễ do chuyển mạch

+ Trễ từ điểm đầu đến điểm cuối

Mạng ATM chỉ cần những chức năng tối thiểu ở nút chuyển mạch, do đó

nó cho phép truyền số liệu tốc độ rất cao, trễ trên mạng và các biến động trễ giảm xuống, do đó quan hệ thời gian được đảm bảo như trong trường hợp chuyển mạch kênh

Trang 11

11

Các dịch vụ phục vụ cho các thuê bao gia đình: Các dịch vụ quan trọng

cho các thuê bao gia đình là những dịch vụ:

 Truyền hình cáp CATV

 Truyền hình số chuẩn SDTV (Standard Digital TV)

 Tương lai là dịch vụ truyền hình độ phân giải cao HDTV (High

Definition TV)

 Một ứng dụng quan trọng nữa là dịch vụ điện thoại truyền hình trong

đó các hình ảnh chất lượng cao được truyền đi ở tốc độ từ 2 tới 5 Mbit/s với giá thành phải chăng

1.5 Các dịch vụ tương lai của B-ISDN trên cơ sở ATM.

Trang 12

Các dịch vụ phục vụ trong lĩnh vực kinh doanh và giao dịch: Các thuê

bao trong phạm vi công sở, văn phòng có những đặc điểm hoàn toàn khác so với các thuê bao gia đình Điểm chung duy nhất giữa hai lĩnh vực này là điện thoại truyền hình Tuy vậy, dịch vụ này cũng phải được mở rộng để tiến tới:

 Điện thoại hội nghị truyền hình, sao cho người sử dụng có thể dùng

dịch vụ điện thoại truyền hình để liên lạc vài điểm cùng một lúc

 Các hệ thống ATM-LAN được nối với nhau sẽ tạo khả năng truy nhập

hệ cơ sở dữ liệu phân tán với tốc độ rất cao

 Ngoài ra, các dịch vụ truyền ảnh, y tế, sẽ có chất lượng phục vụ cao

hơn

Trang 13

13

Dịch vụ Tốc độ (Mbit/s)

Truyền văn bản, tài liệu 1,5 - 45 Điện thoại truyền hình/Hội nghị truyền hình 1,5 - 130

Đặc điểm các dịch vụ băng rộng cơ bản

Trang 14

2.1 Synchronous Transfer Mode (STM):

Các frame trên đường truyền được chia thành các Pulse

Frame

Trang 15

15

Mỗi Pulse Frame gồm 1 frame đồng bộ và các time slot

Mỗi Time slot chứa thông tin của một chanel

Trang 16

Cách thức Multiplex: đồng bộ thành tín hiệu user sẽ có một vị trí cố định

(thứ tự time slot) so với SYNC Frame Một time slot chỉ được sử dụng cho một chanel.Với các băng thông rộng hơn thì nó có thể sử dụng thêm vài chanel

Trang 17

17

Mạng chuyển mạch (Switching Network): Được sử dụng bởi các tổng đài

vì vậy hoạt động theo nguyên lý STDM

Trong quá trình bắt đầu khởi tạo kết nối, time slot thuê bao A sẽ được kết nối với time slot của thuê bao B

SN (Switching Network): thực hiện việc tương thích các time slot về lãnh vực thời gian và SS (Space stage)

Trang 18

Trong đó:

TS: Time Slot.

SS: Space Stage.

Mổi 8 bit code của đầu vào multiplex line có thể

a-Chuyển đến bất kỳ time slot nào của đầu ra multiplex line

b-Chuyển đến cùng một time slot nào của bất kỳ đầu ra multiplex line

Trang 19

19

Time Stage

Trang 20

Space Stage:

Ngược lại với time stage, nó không làm thay đổi time slot SS chuyển 8 bit code từ incoming multiplex line sang outgoing multiplex line 1 cách ngẫu nhiên

Trang 21

21

2.2 Packet Transfer Mode (PTM)

Các gói data của các thuê bao được truyền đến line trung kế giữa 2 chuyển mạch gói (tại vị trí và thời điểm nó xuất hiện) Các chuyển mạch đầu cuối sẽ sắp xếp các gói và chuyển chúng đến user cần chuyển

Trang 22

2.2 Packet Transfer Mode (PTM)

Không có các Frame đặt biệt cho các gói truyền trên line.Vì vậy, bộ thu phải đồng bộ cho mổi gói mới

Kích thước của mổi gói data biến đổi từ vài byte đến vài Kbyte

Cấu trúc một gói data :

Thông tin trước khi truyền qua chuyển mạch gói, thông tin phải được tạo gói.Ở đích đến, thông tin sẽ được khôi phục lại giống như ban đầu

Trang 24

2.2.1 Chuyển mạch gói X25

Chuyển mạch gói X.25 là kết nối có hướng Kết nối setup phải được thực hiện đầu tiên nếu không việc truyền không thể xảy ra Sau khi thuê bao đích

nhận được CAR sẽ phát trả lời lại gửi CAC (Call Accept Packet).Khi đó thiết

lập được đường truyền xong sẽ phát data theo X.25 protocol

Trong quá trình truyền giữa các phần với nhau,sẽ có một bảng tóm tắt trung gian lưu trử các gói data, một gói đặt biệt sẽ kiểm tra Routing (tìm

đường trên mạng) của dữ liệu.Vì vậy phát sinh packet delay.

Chuyển mạch gói sẽ kiểm tra lỗi, thiếu dữ liệu, trùng lắp, Sau đó nó sẽ hiệu chỉnh lại Chuyển mạch gói sau khi nhận được một gói thông tin của thuê bao hay của một chuyển mạch gói khác thì nó sẽ trả lời bằng gửi RR (Receive Ready Packet)

Trang 25

25

2.2.1 Chuyển mạch gói X25

Khi một thuê bao muốn hủy bỏ kết nối nó sẽ phát gói CLR (Clear Request

Packet) và các chuyển mạch gói trả lời bằng CLC (Clear Confirm Packet).

Trang 26

2.2.2 Frame Relay

Nguyên nhân của Frame Relay: Bất chấp đường truyền tốc độ cao, chuyển mạch gói X.25 rất chậm trong việc thực thi và kết nối Mạch chuyển mạch chỉ tương thích với các thiết bị đầu cuối với cùng một tốc độ truyền và cùng một lưu lượng data với băng thông không đổi.Nói cách khác đây chính là sự lãng phí về tài nguyên

Còn nếu chúng ta thiết kết mạch kết nối là một đồ thị đầy đủ thì chi phí rất lớn Trên đây chính là những khuyết điểm, vì vậy chúng ta cần phải có một kỹ

thuật chuyển mạch sau cho nó có thể cung cấp độ rộng băng thông theo

yêu cầu (Bandwidth on Demand).

Lưu lại thời gian xử lý của những đoạn dữ liệu riêng biệt để có thể thực hiện được nếu đường truyền chất lượng cao và sửa chửa lổi có thể thực hiện thực hiện tốt cho các thiết bị đầu cuối

Trang 27

27

Đặt tính của Frame Relay: Sự khác biệt giữa X.25 protocol và Frame Relay là

ở lớp 1, 2 của OSI (Open System Interconnect)

Trang 28

Lớp vật lý dùng để xác định về mặt cơ học, điện tử, và các giá trị toán tử

Hiện nay tốc độ data 1,5 Mbit/sec (T1) và 2 Mbit/sec (E1) được sử dụng cho mạng FR

Lớp 2 chỉ dùng cho việc phát hiện lỗi mà không làm gì khác

Tóm lại: FR là dịch vụ kết nối có hướng với việc phân kênh tĩnh ở cấp

Network - Nework hay User- Network Vì vậy với một đường truyền có thể

vài kết nối ảo tới các đích đến khách nhau trong cùng một thời gian

Trang 29

Tạm thời: SVC (Switched Virtual Connection) thuê bao có thể

khởi tạo hay xóa bỏ kết nối

Lâu dài: PVC (Permanent Virtual Connection) thuê bao không

thể khởi tạo hay xóa bỏ kết nối

Trang 30

Chuyển mạch gói trong mạng nội bộ (Local Network):

Thông thường mạng LAN sử dụng chuyển mạch gói Tất cả các thiết bị giao tiếp giống nhau và sử dụng cùng một phương thức (Method) để truy xuất trong mạng LAN

Trang 31

31

Mỗi một thiết bị đều có một địa chỉ riêng biệt

Khi thông tin chuyển từ thiết bị đầu cuối này sang thiết bị đầu cuối khác thì nó phải được đóng gói và xử lý Mỗi một gói sẽ chứa địa chỉ nguồn và địa chỉ đích

ở phần header

Gói sau khi tạo xong sẽ được phát lên mạng LAN Các thiết bị đầu cuối sẽ so trùng địa chỉ của gói và địa chỉ đích của gói với địa chỉ hiện hành của thiết bị Nếu đúng thì lấy gói đó

Các dịch vụ mà thông tin phát lên mạng không có thiết lập độ ưu tiên kết nối được gọi là CLS (Connectionless Service)

Trang 32

Các mạng LAN có thể kết nối với nhau thông qua các router và cầu để có được mạng WAN

Trang 33

33

2.3 ATM (Ansynchronous Transfer Mode)

Bằng cách sử dụng mạch phân kênh thời gian bất đồng bộ, các message

được phân ra thành từng khối (cell, packet) Các cell phải được gán cho một

vị trí cố định trên đường truyền Và bất kể đó là dịch vụ gì thì các cell có cùng

kích thước bao gồm header và data

Trang 34

2.3 ATM (Ansynchronous Transfer Mode)

Ứng dụng của nguyên lý ATM

trong hệ thống chuyển mạch:

Các cell được trau đổi với

nhau qua hệ thống chuyển mạch

của mạng dựa vào các thông tin

chứa trong cell header

Hệ thống mạng chuyển mạch

như vậy gọi là hệ thống chuyển

mạch ATM theo nguyên lý ATM

chuyển tải các cell cho tất cả các

dịch vụ, và băng thông

Trang 35

- Là mode kết nối có hướng

- Việc áp dụng các nguyên lý STDM vào đường truyền và chuyển mạch gọi là STM

Trang 36

Tóm tắt các kỹ thuật

2 PTM: Truyền data với các gói có kích thước thay đổi Các gói được

truyền khi có yêu cầu Mode truyền là dạng kết nối có hướng hay connectionless

Trang 37

- Dựa trên nguyên lý ATDM trong việc truyền các cell và chuyển mạch.

- ATM là mode kết nối có hướng

Trang 38

3 Cấu trúc phân lớp trong mạng ATM

 Giải thích cấu trúc cơ bản của ATM cell

 Định nghĩa các trạng thái của các loại cell khác nhau

 Cấu trúc lớp vật lý của ATM

 Cell format của NNI và UNI.

 Các nhiệm vụ của ATM layer

 Các loại AAL và đặc tính

 Các loại dịch vụ và mô tả chúng

 Các ứng dụng đầu tiên trong mạng ATM

Trang 39

39

3.1 Cấu trúc của ATM Cell

-ATM cell có cấu trúc giống nhau cho bất kỳ loại dịch vụ nào

-Header:5 octet (5 bytes).Thông tin chứa trong header giúp cho việc tìm

đường của các ATM cell qua mạng.Do mạng ATM hoạt động theo cách kết nối

có hướng nên các cell chỉ có thể luân chuyển qua các vùng mà các kết nối tồn tại.Lưu ý:các cell header không dùng để khởi tạo bắt tay trong các kết nối

-Payload:48 octet (48 bytes).Chứa data của người sử dụng,và các tín hiệu

điều khiển tương ứng.Sau khi phát xong các cell,bên phần thu sẽ tổ chức lại các luồng data,gói data cho giống như ban đầu

Trang 40

3.1 Cấu trúc của ATM Cell

 Các giá trị VCI (Virtual Chanel Indentifier) và VPI (Virtual Path Indentifier) được chức trong cell header

 Trong mỗi kết nối VCI,VPI đều được nhận dạng.Tất cả các cell của một kết nối đều có mã nhận dạng giống nhau.Khi đi qua chuyển mạch của mang ATM thì VCI,VPI có thể sẽ thay đổi giá trị

Định dạng
Số trang	80
Dung lượng	1,23 MB