ATM Asynchronous Transfer Mode ppsx

– Mạng càng phức tạp, overhead càng nhiều ⇒ hiệu suất truyền thấp – Tăng kích thước dữ liệu trong một gói• Hiệu suất cũng không cao khi có ít dữ liệu cần truyền • Cho phép kích thước các

Gói ATM Lớp thích nghi ATM (AAL)

– Nhu cầu một hệ thống hướng kết nối để đảm bảo thời gian truyền chính xác và có khả năng biết trước

– Chuyển dịch một số chức năng sang phần cứng (để tăng tốc độ) và loại bỏ các chức năng bằng phần mềm

– Mạng càng phức tạp, overhead càng nhiều ⇒ hiệu suất truyền thấp – Tăng kích thước dữ liệu trong một gói

• Hiệu suất cũng không cao khi có ít dữ liệu cần truyền

• Cho phép kích thước các gói thay đổi được

• Lưu thông mạng hỗn hợp

– Kích thước header lớn ⇒ mất nhiều thời gian và hiện thực tốn kém khi

xử lý các gói – Kích thước gói thay đổi ⇒ lưu thông mạng không thể đoán trước được – Khó khăn cho việc truyền các gói audio và video trên mạng (các ứng dụng dữ liệu loại này đòi hỏi thời gian trễ đều và thấp)

dce

Chuyển mạch cell

• Cell là một gói dữ liệu nhỏ có kích thước cố định

• Trong ATM, dòng dữ liệu trong các kết nối luận lý là dòng các tế bào (cell) có kích thước cố định

• Giảm thiểu tối đa việc điều khiển dòng và điều khiển lỗi

– Giảm chi phí (trong việc xử lý các tế bào và truyền các bit overhead)

• Tốc độ dữ liệu (lớp vật lý)

– 25.6Mbps đến 622.08Mbps

• Sự giống nhau giữa ATM và chuyển mạch gói (X.25) hoặc Frame Relay

– Truyền dữ liệu theo các đoạn rời rạc – Nhiều kết nối luận lý chia sẻ chung một giao tiếp vật lý đơn

dce

ATM – Kiến trúc mạng

User-Network Interface (UNI)

Network-Network Interface (NNI)

User-User Signalling

User Network Network User

User-Network Interface (UNI)

dce

Kiến trúc nghi thức

dce

Mặt (plane) mô hình tham chiếu

• Mặt người dùng (user plane)

– Hỗ trợ việc truyền thông tin cho người dùng

• Mặt điều khiển (control plane)

– Điều khiển cuộc gọi và kết nối

• Mặt quản trị (management plane)

dce

Kết nối luận lý trong ATM

• Kết nối kênh ảo (Virtual Channel Connections – VCC)

• Tương tự như mạch ảo (virtual circuit) trong X.25

• Đơn vị cơ bản của quá trình chuyển mạch

• Kết nối giữa 2 người dùng đầu cuối

• Chế độ song công (full duplex)

• Các tế bào có kích thước cố định

• Truyền dữ liệu, trao đổi điều khiển giữa user-network và

network-network (quản trị mạng và định tuyến)

• Kết nối đường dẫn ảo (Virtual Path Connection – VPC)

– Nhiều VCC có cùng điểm cuối – Tất cả cell trên các VCC trong cùng VPC sẽ được chuyển mạch cùng với nhau

dce

Quan hệ giữa các kết nối trong ATM

dce

Ưu điểm của VP

• VP được thiết kế để đáp ứng nhu cầu kết nối mạng tốc độ cao, trong đó chi phí điều khiển chiếm phần lớn chi phí toàn bộ

– VP nhóm các kênh ảo dùng chung đường truyền – Quản lý ít nhóm hơn

• Ưu điểm

– Kiến trúc mạng đơn giản hóa – Hiệu năng và độ tin cậy của mạng tăng lên – Giảm thiểu việc xử lý và rút ngắn thời gian kết nối – Cung cấp các dịch vụ mạng nâng cao

dce

Thiết lập cuộc gọi dùng VP

dce

Kết nối kênh ảo (virtual channel)

• Giữa những người dùng đầu cuối

– Dữ liệu người dùng end-to-end– Tín hiệu điều khiển

– VPC cung cấp cho người dùng tổng dung lượng các kênh

• Việc tổ chức VCC được thực hiện bởi người dùng miễn sao không vượt quá dung lượng được cung cấp

• Giữa người dùng đầu cuối và mạng

– Tín hiệu điều khiển

• Giữa các thực thể trong mạng

– Quản trị lưu thông mạng– Định tuyến

dce

Đặc tính của VC/VP

• VC

– QoS (Quality of Service)

• Cell loss ratio

• Cell delay variation

– Kết nối kênh chuyển mạch và bán thường trực

• Switched VCC: theo yêu cầu, cần thiết lập và xóa kết nối

• VCC bán thường trực: thời gian sử dụng dài, được thiết lập và cấu hình bởi quản lý mạng

– Tính toàn vẹn tuần tự các cell – Trao đổi các tham số lưu thông và giám sát việc sử dụng

• Người dùng có thể thương lượng với mạng về các thông số của VCC do mình yêu cầu

• VPC

– Bao gồm 4 tính chất trên – Hạn chế các ID của VCC trong VPC: một hoặc vài ID của VCC được dành riêng cho mạng, user không được phép sử dụng

dce

Tín hiệu điều khiển – VCC

• Trong ATM, cần có cơ chế thiết lập và giải phóng các VPC vàVCC

– Được thực hiện riêng cho mỗi kết nối

• VCC điều khiển giữa người dùng và mạng

– Cho việc điều khiển tín hiệu – Dùng để thiết lập VCC để mang dữ liệu người dùng

• VCC điều khiển giữa các người dùng

– Trong một VPC được thiết lập trước – Dùng giữa 2 người dùng mà không cần sự can thiệp của mạng để thiết lập và giải phóng VCC giữa các người dùng

dce

Tín hiệu điều khiển – VPC

• Bán thường trực (Semi-permanent)

– Không cần tín hiệu điều khiển

• Người dùng điều khiển (Customer controlled)

– Người dùng sử dụng VCC điều khiển để yêu cầu thiết lập VPC

• Mạng điều khiển (Network controlled)

– VPC do mạng thiết lập

dce

Tế bào ATM (cell)

• Kích thước cố định

• Header chiếm 5 octet

• 48 octet thông tin

dce

Định dạng tế bào ATM

dce

Định dạng header

• Điều khiển dòng chung GFC

– Chỉ cần cho giao tiếp người dùng và mạng – Điều khiển dòng chỉ xảy ra tại UNI

• ID cho VPC

• ID cho VCC

• Loại tải (payload) PT

– Cho biết loại thông tin trong vùng payload

• Độ ưu tiên mất tế bào CLP

• Điều khiển lỗi cho header HEC

Signaling bit 0: no signaling 1: signaling

Management bits 00: link-associated management 01: end-to-end management 10: resource management

11: reserved

dce

CLP

• Được dùng để hủy bỏ các cell

• 1: có thể được bỏ để giảm tải

• 0: cell phải tồn tại trừ khi không còn lựa chọn nào khác

dce

Điều khiển dòng chung (GFC)

• Điều khiển dòng lưu thông trong giao tiếp người

dùng và mạng (UNI) để giảm nhẹ tải tức thời

• Được điều khiển dòng

– Có thể là một nhóm mặc định (A) – mô hình 1 hàng đợi– Có thể là 2 nhóm (A và B) – mô hình 2 hàng đợi

• Điều khiển dòng từ người dùng đến mạng

– Được điều khiển từ phía mạng

• Nếu cờ TRANSMIT=1, các cell trên kết nối không

điều khiển có thể được truyền bất kỳ lúc nào

• Nếu cờ TRANSMIT=0, không có cell nào được gởi (trên kết nối có hoặc không có điều khiển)

• Nếu nhận được tín hiệu HALT, cờ TRANSMIT được gán bằng 0 và được duy trì cho đến khi nhận được tín hiệu NO_HALT

dce

Công dụng của HALT

• Hạn chế tốc độ dữ liệu hiệu dụng trên ATM

• Tuần hoàn

• Ví dụ, để giảm tốc độ dữ liệu đi một nửa, tín

hiệu HALT được phát ra mỗi 50% thời gian

• Được thực hiện đều đặn trong suốt thời gian kết nối

dce

Điều khiển lỗi cho header

• Trường điều khiển lỗi 8 bit

• Được tính dựa vào 32 bit còn lại trong header

• Cho phép sửa lỗi sai 1 bit so với HDLC chỉ

cho phép phát hiện lỗi

dce

Tác vụ HEC ở đầu thu

trong header một cell

hiệu suất của HEC

dce

Lớp vật lý trên cơ sở cell

• Không cần đóng khung

• Dòng liên tục của các cell 53 byte

• Các cell được phân cách dựa trên trường

HEC

dce

Sơ đồ chuyển trạng thái phân cách cell

suất phân cách cell

dce

Thời gian thu nhận so với tốc độ lỗi bit

• Các kết nối đặt biệt có thể được chuyển mạch dùng các kênh SDH

• Kỹ thuật ghép/tách kênh SDH có thể được

dùng để hợp một số dòng ATM

trên cơ sở SDH

dce

Phân loại các dịch vụ ATM

• Thời gian thực (Real time)

– Tốc độ bit cố định (Constant bit rate – CBR)– Tốc độ bit thay đổi (Real time variable bit rate – rt-VBR)

• Không thời gian thực

– Tốc độ bit thay đổi (Non-real time variable bit rate – VBR)

nrt-– Tốc độ bit có thể (Available bit rate nrt-– ABR)– Tốc độ bit không ràng buộc (Unspecified bit rate – UBR)– Tốc độ frame được bảo đảm (Guaranteed frame rate –GFR)

dce

CBR

• Tốc độ dữ liệu luôn cố định

• Giới hạn trên khít khao theo thời gian trễ

• Dùng cho ứng dụng audio và video không nén

– Video conferencing – Interactive audio

– Phân phối và lưu trữ Audio/Video

dce

rt-VBR

• Dành cho các ứng dụng ràng buộc về thời gian

– Ràng buộc chặt chẽ thời gian trễ và sự thay đổi thời gian trễ

• Các ứng dụng rt-VBR truyền dữ liệu với tốc độ thay đổi theo thời gian

– e.g video nén

• Tạo ra các khung ảnh kích thước thay đổi

• Tốc độ khung ban đầu (chưa nén) không thay đổi

• Do đó tốc độ dữ liệu nén thay đổi

• Có thể ghép/tách các kết nối theo TDM bất đồng bộ

dce

nrt-VBR

• Có thể đặc tả các tính chất của dòng lưu thông

mong đợi để mạng cung cấp các dịch vụ phù hợp

• Hệ thống đầu cuối đặc tả

– Tốc độ cell tối đa (Peak cell rate)– Tốc độ trung bình hoặc tốc độ có thể chịu được– Thước đo sự bùng nổ lưu thông

• Mạng sẽ cung cấp kết nối với độ trễ thấp và tỉ lệ mất cell thấp

• e.g hệ thống đặt chỗ vé máy bay, giao dịch ngân

hàng

• Dùng cho các ứng dụng có thể bị mất cell hoặc có

thể chịu được thời gian trễ thay đổi

– e.g lưu thông TCP

• Các cell được truyền trên cơ sở FIFO

• Dịch vụ nỗ lực cao nhất

– Không có feedback khi ngẽn mạng

dce

ABR

• Các ứng dụng đặc tả tốc độ cell tối đa (peak

cell rate – PCR) và tốc độ cell tối thiểu (minimum cell rate – MCR)

• Tài nguyên được cấp tối thiểu theo MCR

• Dung lượng còn dư được chia sẻ giữa các

nguồn ABR

• e.g giao tiếp các LAN

• Khó hiện thực dịch vụ ABR giữa các router và mạng ATM

• Dịch vụ GFR tốt hơn các dịch vụ khác đối với luồng dữ liệu

dce

Các dịch vụ tốc độ bit trên ATM

dce

Lớp thích nghi ATM (AAL)

• Hỗ trợ các nghi thức truyền dữ liệu không dựa trên ATM

• Xử lý các cell thất lạc và thêm vào sai

• Điều khiển dòng và định thời

• Hỗ trợ nhiều nghi thức khác nhau trên ATM

(Multiprotocol over ATM – MPOA)

– IPX, AppleTalk, DECNET

• Mô phỏng LAN trên mạng ATM

• Lớp con phân mảnh và tái hợp (Segmentation and

re-assembly sublayer – SAR)

– Đóng gói (và mở gói) các thông tin nhận được từ lớp con

CS vào các cell

• 4 loại

– Loại 1– Loại 2– Loại 3/4– Loại 5

dce

Nghi thức AAL

dce

Phân mảnh và tái hợp các PDU

CS SAR

CS SAR

dce

AAL loại 3/4

• Có kết nối hoặc không kết nối

• Chế độ thông báo hoặc chế độ luồng dữ liệu

dce

AAL loại 5

• Vận chuyển luồng dữ liệu cho các nghi thức

hướng kết nối lớp trên

dce

CPCS PDUs

dce

Ví dụ truyền AAL 5

dce

ATM – tóm tắt

• ATM là nghi thức chuyển mạch cell, khi kết hợp với B-ISDN

sẽ cung cấp các kết nối tốc độ cao cho các mạng trên thế giới

• Một cell là một khối thông tin nhỏ có kích thước cố định

• Các ATM cell bao gồm 53 byte (5 byte header và 48 byte dữliệu)

• Trong ATM, không có sự khác biệt về thời gian xử lý các cell (kích thước bằng nhau)

• Chức năng chuyển mạch và tách/ghép kênh trong ATM có

thể được thực hiện bằng phần cứng

• ATM dùng kỹ thuật TDM bất đồng bộ và dựa trên các mạch

ảo thường trực

• UNI là giao tiếp giữa người dùng và bộ chuyển mạch ATM

• NNI là giao tiếp giữa 2 bộ chuyển mạch ATM

• Một kết nối ảo là tổ hợp của một VPI và một VCI

• ATM định nghĩa 3 lớp

– AAL – chấp nhận truyền dẫn từ các dịch vụ lớp trên và ánh

xạ chúng vào các ATM cell– Lớp ATM – cung cấp dịch vụ tìm đường, quản trị lưu thông, chuyển mạch và ghép/tách kênh

– Lớp vật lý – định nghĩa môi trường truyền dẫn, truyền dẫn các luồng bit, mã hóa và biến đổi tín hiệu dạng điện sang dạng quang

dce

ATM – tóm tắt

• AAL được chia làm 2 lớp con

– Convergence sublayer (CS) – tăng thêm chi phí và xử lý dòng dữ liệu

ở trạm gởi; thực hiện cách công việc ngược lại ở trạm nhận – Segmentation and Reassembly (SAR) – ở trạm gởi, phân đoạn dữ liệu thành các gói kích thước băng nhau, thêm header và trailer; thực hiện chức năng ngược lại ở trạm nhận

• Có 4 loại AAL, mỗi loại dùng cho một loại dữ liệu khác nhau

– AAL1 – dòng dữ liệu tốc độ không đổi – AAL2 – dòng dữ liệu tốc độ thay đổi – AAL3/4 – chuyển mạch gói truyền thống (mạch ảo hoặc datagram) – AAL5 – các gói không cần thông tin từ lớp SAR

• Ở lớp ATM, header 5 byte được thêm vào mỗi đoạn dữ liệu

48 byte

• Mặc dù ban đầu được thiết kế cho WAN, ATM vẫn

có thể được dùng trong LAN

• LAN Emulation (LANE) cho phép bộ chuyển mạch

ATM hoạt động như bộ chuyển mạch LAN

dce

Đọc thêm

• W Stallings, Data and Computer

Communications (7th edition), Prentice Hall

2003, chapter 11

• ATM Forum Web site

• Frame Relay forum