mạng số liệu - chương 4 ATM

° PSTN có thể sử dụng như một bachbone của mạng truyền số liệu, nhưng PSTN là mạng chuyển mạch kênh, phù hợp với Voice và không hiệu quả cho... Cấu trúc tế bào ATM° GFC – điều khiển luồn

MẠNG SỐ LIỆU

CHƯƠNG 4: ATM

Chủ đề

° Giới thiệu

° Lịch sử phát triển

° Công nghệ ATM

° Báo hiệu trong ATM

° Các chuẩn ATM

GIỚI THIỆU

° Được phát triển nhằm cho phép truyền đồng thời Data, Video và Voice trên cùng một mạng.

° ATM là kỹ thuật chuyển mạch phổ biến nhất trong các mạng WAN backbone (xương sống)

cells

ATM là gì?

Ưu điểm của ATM

° Cho phép hội tụ Voice, video, data trên cùng một

mạng

° Chuyển mạch với tốc độ cao tại mức phần cứng

° Băng thông có thể đáp ứng theo nhu cầu

° Chất lượng dịch vụ (QoS) và lớp dịch vụ (CoS) được định nghĩa trước và được đảm bảo

° Khả năng quản lý tốt hơn

° Phân bậc theo tốc độ và kích thước mạng

° Dễ dàng tích hợp với các kỹ thuật mạng khác

Ứng dụng của ATM

° Các mạng workgroup hoặc ATM công sở (campus- LAN)

° Mạng ATM thương mại

° Mạng riêng ảo đa phương tiện

° Làm Backbone cho mạng Frame Relay

° Làm Backbone cho Internet

° Các mạng băng rộng cá nhân (ISDL, DSL )

°

LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA ATM

Sự cần thiết phải hội tụ mạng.

° Sự tách biệt các mạng PSTN và truyền số liệu

° PSTN có thể sử dụng như một bachbone của mạng truyền số liệu, nhưng PSTN là mạng chuyển mạch kênh, phù hợp với Voice và không hiệu quả cho

Lịch sử phát triển ATM

° ATM đã được phát triển từ những năm cuối thập kỷ

80 như là một phương thức chuyển mạch trong mạng băng rộng B-ISDN

COÂNG NGHEÄ ATM

CÁC CHỦ ĐỂ CHÍNH

° Khái niệm cơ bản về ATM

° Kênh ảo và đường ảo

° Mô hình tham khảo của ATM:

° Liên mạng ATM/SONET

° Báo hiệu trong ATM

X X

Private NNI

Private ATM network

Public UNI

Khái niệm cơ bản về ATM

° 2 LAN được liên kết với nhau bằng một backbone chuyển mạch ATM.

° Các giao tiếp User-Network (UNI) và các giao tiếp

Network-Network (NNI) là các đặc trưng cho các liên kết.

Khái niệm cơ bản về ATM

° Một liên kết logic hoặc liên kết ảo được thiết lập.

° Các tế bào ATM (Voice/Video/Data) được truyền từ chuyển mạch đến chuyển mạch theo đúng thứù tự.

Đường ảo và kênh ảo

° ATM áp dụng khái niệm chuyển mạch kênh cho mạng số liệu nhằm đảm bảo chất lượng dịch vụ.

° Một liên kết đường ảo (Virtual Path Connection - VPC) là một liên kết logic end–to-end.

—PVC được nhận biết bằng các bit VPI trong headear của tế bào.

° VPC được chia thành các liên kết kênh ảo (Virtual

channel Connection - VCC ), cũng là liên kết logic giữa các điểm cuối như VPC.

— VCC có thể là cố định , tức là kênh ảo cố định

(Permanent VC– PVC ) hoặc động, tức là kênh ảo chuyển mạch (Switched VC- SVC ).

Đường ảo và kênh ảo

Lớp vật lý và lớp ATM-

Đường ảo và kênh ảo

° Một liên kết vật lý mang nhiều đường ảo (VP), và mỗi đường ảo mang nhiều kênh ảo (VC)

2 3

N

1 Switch

32 61

75 67 39 67

N

1

3 2

video 75

voice 67

data 39 video 67

Đường ảo và kênh ảo – Chuyển mạch ATM

c ATM

Sw 1

ATM Sw 4

ATM Sw 2

ATM Sw 3

ATM DCC

d e

Sw = switch

Digital Cross Connect

Only switches virtual paths

Đường ảo và kênh ảo – Nối chéo trong ATM

Đường ảo và kênh ảo

° Các tế bào được định tuyến qua mạng nhờ vào các thông tin VCI và VPI.

° Khi một kết nối ảo được thiết lập, VPI và VCI được gán cho

từng phần của các kết nối đó.

° Khi một kết nối được xoá, VCI tương ứng được đưa về trạng thái sẵn dùng cho kết nối khác.

Tế bào ATM

° ATM ngắt các luồng data, video và voice thành các đơn vị cố định gọi là tế bào (cell)

° Một cell có kích thước cố định cho phép hoạt động chuyển mạch được thực hiện tại mức phần cứng

° Chuyển mạch ở mức phần cứng tức là tốc độ chuyển mạch cao

° Mạng ATM chuyển mạch và ghép kênh tất cả thông tin sử dụng các tế bào có kích thước cố định này

Cấu trúc tế bào ATM

Cấu trúc tế bào ATM

° GFC – điều khiển luồng dữ liệu đi qua UNI cho phép nhiều thiết

bị ATM được gắn với một giao tiếp mạng.

° VPI – Chứa địa chỉ đường ảo cho kết nối end-to-end.

° VCI – Chứa địa chỉ kênh ảo trong một đường ảo cụ thể.

° PTI – Chỉ ra dạng thông tin trong trường tải trọng của tế bào (thông tin người dùng hay thông tin điều khiển).

° CLP – Chỉ ra tế bào có được phép hủy hay không khi xảy ra tắc nghẽn, 1 = được huỷ, 0 = không được huỷ.

° HEC – Dùng đề điều khiển lỗi và đồng bộ tế bào, sử dụng

CRC-8 ( Phát hiện tất cả các lỗi, sửa được lỗi 1 bit ).

° Information – tải trọng của tế bào.

Lớp vật lý và lớp ATM- Cấu trúc tế bào Trường PTI

000 Data người dùng dạng 0 Không qua tắc nghẽn

001 Data người dùng dạng 1 Không qua tắc nghẽn

010 Data người dùng dạng 0 Có thể qua tắc nghẽn

011 Data người dùng dạng 1 Có thể qua tắc nghẽn

100 Thông tin bảo dưỡng giữa các chuyển mạch kế cận

101 Thông tin bảo dưỡng giữa các chuyển mạch nguồn và đích

110 Tế bào quản lý tài nguyên (dùng cho điều khiển tắc nghẽn)

111 Dự trữ

Cấu trúc tế bào ATM

Correction Mode

Detection Mode

no error detected (no action)

single bit error detected

multi-bit errors detected

(correct)

errors detected (discard cell)

no error detected

(do nothing)

Figure 4 The operation of the error detection mechanism.

Hoạt động điều khiển lỗi của trường HEC

Các loại tế bào ATM

° Có 5 loại tế bào ATM:

 Dùng để giám sát lỗi và cảnh báo, điều khiển các phần tử mạng, định vị các lỗi.

 Tế bào này được chèn vào luồng tế bào như các tế bào Idle khi không có thông tin cần truyền đi

 Các tế bào này có chứa GFC nhưng không được gán cho bất kỳ một kết nối cụ thể nào

° Các tế bào được nhận diện bằng tổ hợp VPI và VCI

Các loại tế bào ATM

Các giá trị VPI và VCI được gán trước

0 0 Tế bào không gán cho kết nối (Unassigned)

0 3 Luồng F4 (giữa các đoạn)

0 4 Luồng F4 (giữa các đầu cuối)

Các loại tế bào ATM

SAP

ATM Layer

Physical Layer

Invalid Cell Idle Cell

Assigned Cells

Unassigned Cell

Bin Idle Cell

Unassigned Cell

Valid Cell

To/from TC sublayer electronics.

Mô hình tham khảo ATM

° Mô hình tham khảo ATM chia làm 4 lớp và 3 vùng.

AAL ATM

User information

User information

AAL ATM

PHY PHY

ATM PHY

ATM PHY

…

Mô hình tham khảo ATM

Mô hình tham khảo ATM

Mô hình tham khảo ATM

° ATM chia làm 3 vùng (mặt phẳng):

— Vùng người dùng:

 Truyền tải dữ liệu người dùng cho các ứng dụng.

 Sử dụng các lớp vật lý, ATM và thích ứng ATM cho mục đích này.

— Vùng điều khiển:

 Thiết lập, duy trì và xoá các kết nối của người dùng trong vùng người dùng,

 Từ khóa cho vùng này là báo hiệu

— Vùng quản lý:

 Bao gồm quản lý lớp và quản lý vùng.

Mô hình tham khảo ATM

° Phần ATM chính xác có 2 lớp:

— Lớp tương thích ATM với 2 lớp con là hội tụ (CS) và phân đoạn và tái hợp (SAR).

— Lớp ATM và cấu trúc tế bào ATM

° Lớp vật lý có 2 phân lớp là hội tụ truyền dẫn (TC) và môi trường vật lý (PM)

Mô hình tham khảo trong mặt phẳng

người dùng

TC 1 Tạo/kiểm tra trường HEC

1 Định tuyến các cell; 2 Mux/Demux

3 Điều khiển luồng chung

ATM

Header của cell

Các lớp trên Lớp A Lớp B Lớp C Lớp D

CS 1 Xử lý mất cell 2 Chèn

3 Khôi phục định thời (đối với các lớp A, B)

SAR 1 Tách các khung/ luồng bit vào các cell

2 Tái cấu trúc các khung/luồng bít từ các cell

tin của cell

Lớp A: CBR Lớp B: VBR Lớp C: Hướng kết nối Lớp D: Không kết nối

AAL - SAP

Mô hình tham khảo trong mặt phẳng người dùng

AAL-SAP

AAL-Service Data Unit

CS-PDU trailer

CS-PDU header CS-PDU payload

Convergence Sub-Layer

No SAP between CS and SAR

SAR-PDU payload SAR-PDUtrailer

SAR-PDU header

ATM layer

Physical layer

AAL layer

Lớp tương thích ATM – Dạng tế bào

Lớp tương thích ATM

° Có 2 phân lớp

—Phân lớp hội tụ (CS)

 Xác định lớp của dịch vụ (CoS) cho lưu lượng đến,

 Cung cấp một dịch vụ AAL cụ thể tại một điểm truy nhập dịch vụ mạng AAL (Network service access point - NASP)

—Phân lớp phân đoạn và tái hợp (SAR)

 Phân dữ liệu người dùng ở mức cao hơn thành các đoạn

48 byte, xắp xếp vào vùng data của các tế bào và gắn thêm phần mào đầu cần thiết tại đầu phát và tái hợp các tế bào tại thu.

Các lớp của dịch vụ

° Phân lớp CS thể hiện dạng của thông tin đến trên cơ sở 1 trong 4 lớp của dịch vụ được gán bởi các ứng dụng

—Lớp A: có tốc độ bit không đổi (CBR), hướng kết nối, mối quan hệ về thời gian giữa nguồn và đích chặt chẽ, ví dụ Voice.

—Lớp B: có tốc độ bit thay đổi (VBR), hướng kết nối, chặt chẽ về thời gian, ví dụ Video hướng gói cho hội nghị

truyền hình.

— Lớp C: VBR, hướng kết nối, không chặt chẽ về thời gian,

ví dụ LAN truyền dữ liệu các ứng dụng như Frame Relay.

—Lớp D: VBR, không kết nối, không chặt chẽ về thời gian,

Các dạng AAL và lớp dịch vụ (CoS)

° Tùy vào dạng dữ liệu, giao thức AAL cung cấp 5 loại AAL phù hợp với các lớp dịch vụ.

° AAL 5 là dạng AAL chung nhất

— Cho IP, các khung LAN, bản tin báo hiệu, Frame Relay,

Video

Dạng AAL Lớp dịch

vụ

Đặc tính truyền tải

AAL 1 A Hướng kết nối, CBR, Có quan hệ thời gian

(ví dụ: Voice) AAL 2 B Hướng kết nối, VBR, Có quan hệ thời gian ,

(Ví dụ Video gói) AAL3

/AAL 4

C/D Hướng kết nối, VBR (ví dụ: truyền file)/không

kết nối, VBR(LAN data)

Lớp tương thích ATM –

AAL1

a) Dạng không có con trỏ

° Đây là cấu trúc AAL1 dành cho dữ liệu không theo dạng khung (ví dụ: các luồng kênh thoại 64kbit/s) Dấu hiệu phân biệt: bit đầu tiên là “0”

° Trường pty dùng để kiểm tra chẵn/lẻ cho byte

Lớp tương thích ATM –

AAL1

b) Dạng có con trỏ

° Đây là cấu trúc AAL1 dành cho dữ liệu theo dạng

khung (ví dụ: các luồng T1, E1) Dấu hiệu phân biệt: bit đầu tiên là “1”

° Các trường pty, Cell Seq # và Seq # Cksum như

trường hợp a)

° Trường con trỏ ( pointer ) chỉ ra điểm bắt đầu của

(b) CS PDU with pointer in structured data transfer

CSI Seq Count SNP

Lớp tương thích ATM –

AAL2

° Được thiết kế để sử dụng cho các dịch vụ có tốc độ thay đổi (có băng thông theo yêu cầu), thời gian

thực; ví dụ: thoại nén

° AAL 2 chủ yếu được sử dụng cho luồng dữ liệu tốc độ thấp

° Trong AAL 2 có điều khiển lỗi cho toàn bộ PDU

° Một cờ đơn giản được sử dụng để chỉ thị vị trí của PDU trong luồng dữ liệu cần truyền đi

Lớp tương thích ATM –

AAL2

° Cell Seq # là chỉ số tuần tự của cell.

° Info Type chỉ ra kiểu thông tin trong PDU

° Payload Length: độ dài của PDU

° CRC: kiểm tra lỗi cho toàn bộ PDU

(a) CPCS-PDU format

(b) SAR PDU format

CPI Btag BASize CPCS - PDU Payload

Trailer (2 bytes)AAL 3/4

CS and SAR PDUs

Pad message to multiple

of 4 bytes Add header and trailer.

Each SAR-PDU consists

of 2-byte header, 2-byte trailer, and 44-byte payload.

0 - 65,535 0-47 1 1 2 4 (bytes) (bytes)

48 (0)

AAL 5

Chức năng của lớp ATM

° Cấu trúc, Mux/demux và chuyển mạch các tế bào

° Tạo ra header tại đầu phát

hơn.

° Điều khiển luồng chung

° Chuyển đổi VCI/VPI

° Trích header của các tế bào tại đầu thu và chuyển phần tải trọng lên lớp cao hơn

Lớp vật lý

° Truyền tải các tế bào ATM trên các kênh truyền dẫn và định nghĩa các đặc tính cơ học (ví dụ

connectors, .)

° Có 2 phân lớp:

—Phân lớp hội tụ truyền dẫn

 Sắp xếp các tế bào vào dạng khung của lớp vật lý (ví dụ: STM1, STS3) tại đầu phát và tái tạo các tế bào ATM từ luồng bit thu được.

 Tạo HEC tại đầu phát

 Tạo ra các tế bào rỗi nhằm tương thích tốc độ.

— Phân lớp môi trường vật lý

 Các chức năng tùy thuộc vào môi trường như truỵền bit,

Liên mạng ATM/SONET

° Các tế bào ATM được truyền tải qua các khảng cách dài nhờ vào SONET hoặc SDH

° Việc sắp xếp và tái tạo các tế bào từ một khung

SONET/SDH được thực hiện bởi phân lớp TC thuộc lớp vật lý

° Chuyển mạch các tế bào không được thực hiện bởi các thiết bị SONET/SDH

Sắp xếp các tế bào vào khung SONET

° Các tế bào được sắp xếp một cách hợp lý trong khung.

° Các tế bào có thể chứa data hoặc rỗng.

Sắp xếp các tế bào vào khung SDH

BÁO HIỆU TRONG ATM

ATM Signalling Protocol

° Protocol bao gồm 2 phần

— User-Network Interface (UNI)

 Định nghĩa làm thế nào để các Host có thể nói chuyện với các trung tâm chuyển mạch

— Network-Network Interface (NNI)

 Định nghĩa làm thế nào để các trung tâm chuyển mạch

có thể nói chuyện với các trung tâm chuyển mạch khác.

° Cấu trúc tế bào của hai loại này có khác nhau một ít

ATM UNI Cell Format

ATM NNI Cell Format

Payload(48 bytes)

ATM NNI Cell Format

Basic Signalling Operation

° Các yêu cầu kết nối được sử lý theo kiểu hop-by-hop qua các trung tâm chuyển mạch của mạng để tới đích

° Các trung tâm chuyển mạch thực hiện điều khiển thâm nhập cuộc gọi (CAC) giựa trên cơ sở:

Basic Operation (Cont’d)

° Nếu yêu cầu kết nối được chấp thuận, trung tâm

chuyển mạch tiếp tục gửi yêu cầu kết nối đến trung

“từ chối” (reject) ngược trở lại

° Nếu đích chấp thuận kết nối, nó trả lời “chấp thuận” (accept) ngược trở về

° VPI và VCI được gán

Các bản tin kết nối VC

BẢN TIN Ý NGHĨA ( TỪ HOST ) Ý NGHĨA ( TỪ MẠNG )

SETUP Yêu cầu cuộc gọi Cộc gọi đến

CALL

PROCEEDING

ACK cuộc gọi đến ACK yêu cầu cuộc gọi

CONNECT Chấp nhận cuộc gọi đến Chấp nhận yêu cầu cuộc gọi

CONNECT ACK ACK Chấp nhận yêu cầu

cuộc gọi

ACK chấp nhận cuộc gọi đến

RELEASE Yêu cầu kết thúc cuộc gọi Y/c kết thúc cuộc gọi từ xa

Xử lý thiết lập kênh ảo

Example: ATM Signalling

ATM Network

Example: ATM Signalling

Example: ATM Signalling

UNI

Example: ATM Signalling

UNI

NNI

Example: ATM Signalling

UNI

UNI NNI

Example 1: ATM Signalling

CR

Example 1: ATM Signalling

CR

CR: Connection Request

Example 1: ATM Signalling

CR

Example 1: ATM Signalling

CR

CR: Connection Request

Example 1: ATM Signalling

CR

Example 1: ATM Signalling

CR

CR: Connection Request

OK

(VCI = 12)

Example 1: ATM Signalling

CR

OK

(VCI = 12)

(VCI = 4)

Example 1: ATM Signalling

Example 1: ATM Signalling

CR

OK

(VCI = 12)

(VCI = 4) (VCI = 104)

(VCI = 4)

Example 1: ATM Signalling

CR

CR: Connection Request OK

OK

(VCI = 12)

(VCI = 4) (VCI = 104)

(VCI = 4) (VCI = 77)

Example 2: ATM Signalling

CR

Example 2: ATM Signalling

CR NO CR: Connection Request

Example 3: ATM Signalling

CR

Example 3: ATM Signalling

CR

CR: Connection Request

Example 3: ATM Signalling

CR

Example 3: ATM Signalling

CR

CR: Connection Request

NO

Example 3: ATM Signalling

CR

NO

Example 3: ATM Signalling

CR

CR: Connection Request

NO NO

° Đặc điểm của Báo hiệu NNI và UNI trong ATM là định nghĩa các giao thức cho phép thiết lập và giải

° Có thể áp dụng cho các kết nối point- to - point và multipoint

Where to get more information

° ATM UNI 3.0 Specification (now obsolete!)

° Fore Systems SPANS protocol specification (Simple Protocol for ATM Network Signalling)