Truyền số liệu chuyên đề công nghệ ATM

Data Communication – Edit by.Lê Đắc Nhường 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 l

Data Communication – Edit by.Lê Đắc Nhường

Kỹ thuật truyền số liệu Công nghệ ATM

1 Giới thiệu chung về ATM

2 ATM và các chế độ ghép kênh

3 Cấu trúc phân lớp trong ATM

Hiện nay, các mạng viễn thông hiện tại có đặc điểm chung là tồn tại một cáchriêng lẽ, ứng với mỗi một loại dịch vụ thông tin lại có ít nhất một loại mạng viễnthông 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 thốngchuyển mạch điện thoại công cộng PSTN (Public Switched TelephoneNetwork)

Data Communication – Edit by.Lê Đắc Nhường

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 liệuchuyển 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 quamạng cục bộ LAN thường là mạng: Ethernet, Token Bus, và Token Ring

Hậu quả là hiện nay có rất nhiều loại mạng khác nhau cùng song song tồntại Mỗi mạng lại yêu cầu phương pháp thiết kế, sản xuất, vận hành, bảodưỡng khác nhau Như vậy hệ thống mạng viễn thông hiện tại có rất nhiềunhược 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 tínhiệu Hệ thống hiện nay rất khó thích nghi với yêu cầu của các dịch vụkhác 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 mạngkhác cùng sử dụng

Data Communication – Edit by.Lê Đắc Nhường

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 vàitrăm 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 mạchkênh 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 ứngcác điều kiện trên

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, cònkhông đồng bộ là trong đó các gói trong cùng một cuộc kết nối có thể lập lại mộtcách bất thường như lúc chúng được tạo ra theo yêu cầu cụ thể mà không theomột 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 (ATMcell), các tế bào nhỏ cùng với tốc độ truyền lớn sẽ làm cho trễ truyền vàbiến 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 độcao 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

Data Communication – Edit by.Lê Đắc Nhường

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 rađời, 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 chứcnăng điều khiển lổi trên mọi liên kết

Việc điều khiển lổi này được thực hiện bởi giao thức HDLC (High Level DataLink Control) bao gồm các chức năng: giới hạn khung, đảm bảo truyền bit chínhxác, kiểm tra lổi, Ở đây quá trình điều khiển lỗi được thực hiện trên mọi liên kếtthông qua nút chuyển mạch, do đó nút chuyển mạch phải xử lý một loạt các thủtục phức tạp khác nhau làm ảnh hưởng đến tốc xử lý chung của hệ thống

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

Bằng cách này người ta giảm được khối lượng thông tin mà nút chuyểnmạch 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 2achuyên cung cấp các chức năng cơ bản của lớp 2, lớp 2b cung cấp các chứcnăng bổ sung Các hệ thống ứng dụng nguyên lý này được gọi là chuyển tiếp khung (Frame Relay).

Data Communication – Edit by.Lê Đắc Nhường

Đối với B-ISDN ý tưởng này cịn được mở rộng hơn nữa, các chức năngđiều khiển lổi khơng cịn được cung cấp ở các nút chuyển mạch trong mạngnữa 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 rấtcao 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

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 làchúng 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 nócho phép truyền số liệu tốc độ rất cao, trễ trên mạng và các biến động trễgiảm xuống, do đó quan hệ thời gian được đảm bảo như trong trường hợpchuyển mạch kênh

Data Communication – Edit by.Lê Đắc Nhường

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 5Mbit/s với giá thành phải chăng

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 sovới các thuê bao gia đình Điểm chung duy nhất giữa hai lĩnh vực này là điệnthoại 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

Data Communication – Edit by.Lê Đắc Nhường

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

Các frame trên đường truyền được chia thành các Pulse Frame.

Data Communication – Edit by.Lê Đắc Nhường

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

Mỗi Time slot chứa thông tin của một chanel

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 mộtchanel.Với các băng thông rộng hơn thì nó có thể sử dụng thêm vài chanel

Data Communication – Edit by.Lê Đắc Nhường

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 nốivới time slot của thuê bao B

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

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

Data Communication – Edit by.Lê Đắc Nhường

Time Stage

Space Stage:

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

Data Communication – Edit by.Lê Đắc Nhường

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

Không có các Frame đặt biệt cho các gói truyền trên line.Vì vậy, bộ thu phảiđồng 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 tạogói.Ở đích đến, thông tin sẽ được khôi phục lại giống như ban đầu

Data Communication – Edit by.Lê Đắc Nhường

Việc kết nối setup đường tín hiệu thu bao với sự hỗ trợ của gói yêu cầu cuộcgọi (CAR: Call Request Packet) Sự kết nối của 2 thuê bao được thiết lập bằngcách phân chia thành các kênh logic (Logical Chanel: Kết nối logic giữa các hệthống) Sự kết nối của hai thuê bao được xem như là tổng các kênh logic củatừng phần riêng biệt Kết nối này gọi là kết nối ảo (Virtual Connection)

Chuyển mạch gói X.25 là kết nối có hướng Kết nối setup phải được thựchiện 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 tắttrung 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 sẽhiệu chỉnh lại Chuyển mạch gói sau khi nhận được một gói thông tin củathuê bao hay của một chuyển mạch gói khác thì nó sẽ trả lời bằng gửi RR(Receive Ready Packet)

Data Communication – Edit by.Lê Đắc Nhường

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).

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

Còn nếu chúng ta thiết kết mạch kết nối là một đồ thị đầy đủ thì chi phí rấtlớn 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 thựchiện được nếu đường truyền chất lượng cao và sửa chửa lổi có thể thực hiệnthực hiện tốt cho các thiết bị đầu cuối

Data Communication – Edit by.Lê Đắc Nhường

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)

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

Data Communication – Edit by.Lê Đắc Nhường

Trái ngược với X.25, kết nối ảo được thực hiện ở lớp 2 Kết nối ảo có thểchia ra làm 2 loại:

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 khởitạo hay xóa bỏ kết nối

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

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

Data Communication – Edit by.Lê Đắc Nhường

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

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 nóphải 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 sotrùng 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 nốiđược gọi là CLS (Connectionless Service)

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

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

Data Communication – Edit by.Lê Đắc Nhường

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 cùngkích thước bao gồm header và data

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

Data Communication – Edit by.Lê Đắc Nhường

1 STM:

- Là mode kết nối có hướng

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

2 PTM: Truyền data với các gói có kích thước thay đổi Các gói đượctruyền khi có yêu cầu Mode truyền là dạng kết nối có hướng hayconnectionless

Data Communication – Edit by.Lê Đắc Nhường

3 ATM:

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

- ATM là mode kết nối có hướng

 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

Data Communication – Edit by.Lê Đắc Nhường

-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 tìmđường 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 tồntại.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 lạicác luồng data,gói data cho giống như ban đầu

 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 kếtnối đều có mã nhận dạng giống nhau.Khi đi qua chuyển mạch của mang ATMthì VCI,VPI có thể sẽ thay đổi giá trị