Tiểu luận kỹ thuật chuyển mạch ATM

Tiểu luận kỹ thuật chuyển mạch ATM

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

- -TIỂU LUẬN

Kỹ thuật chuyển mạch ATM

Giáo viên hướng dẫn: Th.S Chu Tiến Dũng

Lớp: K2013NT

Nha Trang, 09/2015

I GIỚI THIỆU VỀ KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH 4

1 Quá trình phát triển của kỹ thuật chuyển mạch: 4

2 Một số khái niệm cơ bản: 5

1.1 Định nghĩa chuyển mạch 5

1.2 Hệ thống chuyển mạch 6

1.3 Phân loại chuyển mạch 6

1.4 Các thành phần trong mạng viễn thông 7

1 Chuyển mạch kênh 9

1.1 Giới thiệu về chuyển mạch kênh 9

1.2 Định nghĩa trường chuyển mạch 10

1.3 Phân loại chuyển mạch kênh 10

2 Chuyển mạch gói 11

2.1 Giới thiệu về chuyển mạch gói 11

2.2 Định nghĩa chuyển mạch gói 13

2.3 Cơ sở kỹ thuật chuyển mạch gói 13

2.4 Nguyên tắc cơ bản của chuyển mạch gói 14

1 Giới thiệu chung về ATM 16

1.1 Sự ra đời của ATM 16

1.2 Khái niệm ATM 16

1.3 Đặt điểm của công nghệ ATM 16

2 Cấu trúc phân lớp của mạng ATM 17

2.1 Cấu trúc tế bào ATM: 17

2.2 Các loại tế bào ATM: 22

2.4 Lớp vật lý 26

2.5 Lớp ATM 28

2.6 Lớp thích ứng ATM (AAL) 31

KẾT LUẬN 34

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự phát triển của công nghệ tiên tiến là xu hướng hội tụ mạng truyền thônggiữa mạng cố định và mạng di động và internet sang mạng thế hệ kế tiếp NGN (NextGeneration Network) Hạ tầng mạng thay đổi không ngừng nhằm đáp ứng các nhu cầungày càng cao của người sử dụng, sự tác động này liên quan ảnh hưởng tới rất nhiều lĩnhvực trong viễn thông trong đó bao gồm cả kỹ thuật chuyển mạch Kỹ thuật chuyển mạch

là một trong những kỹ thuật nền tảng của các mạng truyền thông

Chuyển mạch ATM là phương thức truyền tải không đồng bộ, kết hợp chuyển mạchkênh, chuyển mạch gói, và phương pháp ghép TDM thống kê Tiểu luận này, chúng emnghiên cứu về công nghệ chuyển mạch ATM

Trong quá trình làm tiểu luận, em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình củathầy Chu Tiến Dũng, trong quá trình tìm hiểu không tránh được sự thiếu sót, rất mongnhận được sự góp ý của thầy và các bạn

I GIỚI THIỆU VỀ KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH

1 Quá trình phát triển của kỹ thuật chuyển mạch:

Chuyển mạch là quá trình thực hiện đấu nối tuyến liên lạc giữa hai thuê bao (điệnthoại, máy tính, fax….) thông qua một hay nhiều hệ thống Hệ thống đó được gọi làchuyển mạch Khái niệm chuyển mạch thoại đã có ngay từ khi phát minh ra máy điệnthoại vào năm 1786, vào thời gian đó quá trình thiết lập tuyến nối được thực hiện nhờđiện thoại viên và ban đấu nối, hình thức chuyển mạch này còn được gọi là chuyển mạchnhân công Cùng với sự phát triển các ngành công nghiệp, tổng đài cũng từng bước đượccải tiến và hoàn thiện, từ tổng đài nhân công lên tổng đài tự động sử dụng cơ điện, tổngđài điện tử và tổng đài điện tử SPC, tổng đài băng rộng vv…

Tổng đài nhân công đầu tiên được đưa vào khai thác tại thành phố NewHeivenebang Conneckticut (USA) vào năm 1878 chỉ sau 2 năm sáng chế ra máy điện thoại củaA.G Bell Từ đó đến nay, mạng điện thoại đã phát triển hết sức mạnh theo nhu cầu thôngtin liên lạc điện thoại Do vậy rất nhanh chóng tổng đài nhân công đạt tới giới hạn khảnăng của nó và ý tưởng tự động hóa đã được anh em A.B.Strowger thúc đẩy Tổng đài tựđộng do A.B.Strowger sang chế có tên gọi là tổng đài cơ điện hệ từng nấc (thế hệ 1) đượcđưa vào sử dụng năm 1892 trên cơ sở bộ tìm chọn từng nấc được anh em A.B.Strowgersang chế năm 1889 Tiếp đó nhằm nâng cao chất lượng và kinh tế, tổng đài Rơ le (t máythế hệ 2), tổng đài ngang dọc điều khiển trực tiếp được sang chế năm 1926 và vào năm

1938 tổng đài Crossbar-No1 với phương pháp điều khiển ghi phát là tổng đài thế hệ 3.Những tiến bộ và thành tựu trong công nghệ điện tử và máy tính đã thúc đẩy ý tưởng ứngdụng vào lĩnh vực tổng đài điện thoại Quá trình chuyển đổi từ chuyển mạch điện cơ sangchuyển mạch điện tử (thế hệ 4), đặc biệt là tổng đài số được đặc trưng bởi việc tạo ra hệthống thống nhất chuyển mạch và truyền dẫn thông tin Vào khoảng thập niên 60 của thế

kỉ 20, xuất hiện sản phẩm tổng đài điện tử số là sự kết hợp giữa công nghệ điện tử với kỹthuật máy tính Tổng đài điện tử số công cộng đầu tiên ra đời được điều khiển theochương trình ghi sẵn SPC(Stored Program Control), được giới thiệu tại bangSuccasunna,Newjersey, USA vào tháng 5 năm 1965 Trong những năm 70 hàng loạt cáctổng đài thương mại điện tử số ra đời

Một trong những tổng đài đó là tổng đài E10 của CIT-Alcatel được sử dụng tạiLannion (France) Và tháng 1 năm 1976 Bell đã giới thiệu tổng đài điện tử số công cộng4ESS Hầu hết cho đến giai đoạn này các tổng đài điện tử số đều sử dụng hệ thống chuyểnmạch là số và các mạch giao tiếp thuê bao thường là analog, các đường trung kế là số.Một trường hợp ngoại lệ là tổng đài DMS100 của Northern Telecom đưa vào năm 1980dùng toàn bộ kỹ thuật số đầu tiên trên thế giới Hệ thống 5ESS của hang AT &T được đưavào năm 1982 đã cải tiến rất nhiều từ hệ thống chuyển mạch 4ESS và đã có các chức năngtương thích với các dịch vụ ISDN Sau đó hầu hết các hệ thống chuyển mạch số đều đưa

ra cấu hình hỗ trợ cho các dịch vụ mới như ISDN, dịch vụ cho mạng thông minh, và cáctính năng mới tương thích với sự phát triển của mạng lưới Vào những năm 1996 khimạng Internet trở thành bùng nổ trong thế giới công nghệ thông tin, nó đã tác động mạnh

mẽ đến công nghiệp viễn thông và xu hướng hội tụ các mạng máy tính, truyền thông, điềukhiển, viễn thông trở thành một bài toán cần giải quyết Công nghệ viễn thông đang biếnđổi theo hướng tất cả các loại hình dịch vụ hình ảnh âm thanh, thoại sẽ được tích hợp vàchuyển mạch qua các hệ thống chuyển mạch Một mạng có thể truyền băng rộng với cácloại hình dịch vụ thoại và phi thoại, tốc độ cao và đảm bảo được chất lượng phục vụ(QoS)

đã thành cấp thiết trên nền tảng của một kỹ thuật mới: Kỹ thuật truyền tải không đồng bộATM và trên đó là các ứng dụng cho thoại và phi thoại Các hệ thống chuyển mạch điện

tử số cũng phải dần thay đổi theo hướng này các tổng đài chuyển mạch băng rộng ra đời.Hiện nay rất nhiều các cấu kiện và thiết bị chuyển mạch quang đã được nghiên cứu, pháttriển và đã được triển khai ở một số nước à trong tương lai không xa các hệ thống chuyểnmạch quang băng rộng sẽ thay thế cho hệ thống chuyển mạch hiện tại để cung cấp cácchuyển mạch tốc độ cao và độ rộng băng lớn

Sự khác biệt này bắt đầu từ những năm 1980, PSTN chuyển hướng tiếp cận phươngthức truyền tải bất đồng bộ ATM để hỗ trợ đa phương tiện và QoS, sau đó chuyển hướngsang công nghệ kết hợp với IP để chuyển mạch nhãn đa giao thức hiện nay Trong khi đóInternet đưa ra một tiếp cận hơi khác so với PSTN qua giải pháp triển khai kiến trúc phânlớp dịch vụ CoS (class of service) và hướng tới đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS thôngqua mô hình tích hợp dịch vụ IntServ và phân biệt dịch vụ DiffServ, các chiến lược củaInternet theo hướng tương thích với IP, mạng quang và hướng tới mạng chuyển mạchnhãn đa giao thức tổng quát GMPLS (generalized multiprotocol label switch) Công nghệchuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS ra đời vào năm 2001 là sự nỗ lực kết hợp haiphương thức chuyển mạch hướng kết nối (ATM,ER) với công nghệ chuyển mạch phi kếtnối (IP), công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS định nghĩa khái niệmnhãn(Label) nằm trên một lớp giữa lớp 2 và 3 trong mô hình OSI, với mục tiêu tận dụngtối đa các ưu điểm của chuyển mạch phần cứng (ATM, ER) àsự mềm dẻo, linh hoạt củacác phương pháp định tuyên trong IP Một số quốc gia có hạ tầng truyền tải cáp quang đãphát triển tốt có xu hướng sử dụng các kỹ thuật chuyển mạch quang và sử dụng các côngnghệ trên nền quang như GMPLS, IP qua công nghệ ghép bước song quang WDM(wavelength division multiplexing), kiến trúc chuyển mạch trong mạng thế hệ kế tiếpNGN

2 Một số khái niệm cơ bản:

1.1 Định nghĩa chuyển mạch

Chuyển mạch là một quá trình thực hiện đấu nối và chuyển thông tin cho người sửdụng thông qua hạ tầng mạng viễn thông Chuyển mạch trong mạng viễn thông bao gồm

chức năng định tuyến cho thông tin và chức năng chuyển tiếp thông tin Như vậy theokhía cạnh thông thường khái niệm chuyển mạch gắn liền với lớp mạng và lớp liên kết dữliệu trong mô hình OSI của tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ISO

1.2 Hệ thống chuyển mạch

Quá trình chuyển mạch được thực hiện tại các nút chuyển mạch, trong mạng chuyểnmạch kênh thường gọi là hệ thống chuyển mạch (tổng đài) trong mạng chuyển mạch góithường được gọi là thiết bị định tuyến (bộ định tuyến)

1.3 Phân loại chuyển mạch

Xét về mặt công nghệ, chuyển mạch chia thành hai loại cơ bản: chuyển mạch kênh

và chuyển mạch gói Mặt khác, chuyển mạch còn được chia thành bốn kiểu: chuyển mạchkênh, chuyển mạch gói và chuyển mạch tế bào

Các khái niệm cơ sở về công nghệ chuyển mạch được thực hiện trong hình 1.1 (a,

b, c) dưới đây

Hình 1.1.a) Chuyển mạch kênh: hai dòng thông tin trên hai mạch khác nhau

Hình 1.1 b) Chuyển mạch gói: các tuyến đường độc lập trên mạng chia sẻ tài nguyên

Hình 1.1 c) Chuển mạch gói kênh ảo: các gói tin đi trên kênh ảoMạng chuyển mạch kênh thiết lập các mạch (kênh) chỉ định riêng cho kết nối trướckhi quá trình truyền thông thực hiện Như vậy, quá trình chuyển mạch được chia thành 3giai đoạn phân biệt: thiết lập, truyền và giải phóng Để thiết lập, giải phóng và điều khiểnkết nối (cuộc gọi) mạng chuyển mạch kênh sử dụng các kỹ thuật báo hiệu để thực hiện.Đối ngược với mạng chuyển mạch kênh là mạng chuyển mạch gói, chia các lưu lượng dữliệu thành các gói và truyền đi trên mạng chia sẻ Các giai đoạn thiết lập, truyền và giảiphóng sẽ được thực hiện đồng thời trong một khoảng thời gian và thường được quyết địnhbởi tiêu đề gói tin.

1.4 Các thành phần trong mạng viễn thông

Là một tập hợp bao gồm các nút mạng và các đường truyền dẫn kết nối giữa hai haynhiều điểm xác định để thực hiện các cuộc trao đổi thông tin giữa chúng Mạng viễnthông cung cấp đa dạng các loại hình dịch vụ viễn thông cho khách hàng, từ dịch vụtruyền thống như điện thoại, Fax, truyền số liệu cho đến các dịch vụ mới như Internet,VOD, thương mại điện tử…

Hình 1.2 Các thành phần của mạng viễn thông

 Thiết bị đầu cuối là các trang bị của người sử dụng để giao tiếp với mạng cungcấp dịch vụ Hiện nay có nhiều chủng loại thiết bị đầu cuối của nhiều hãng khác nhau tùythuộc từng dịch vụ (ví dụ như máy điện thoại, máy fax….) Thiết bị đầu cuối thực hiệnchức năng chuyển đổi thông tin cần trao đổi thành các tín hiệu điện và ngược lại.

 Hệ thống chuyển mạch là thành phần cốt lõi của mạng viễn thông có chức năngthiết lập đường truyền giữa các thuê bao Tùy theo vị trí của hệ thống chuyển mạch trênmạng người ta chia thành tổng đài chuyển tiếp quốc tế, tổng đài chuyển tiếp liên tỉnh,tổng đài nội hạt…

Thiết bị truyền dẫn được sử dụng để nối các thiết bị đầu cuối hay giữa các tổng đàivới nhau và truyền các tín hiệu một cách nhanh chóng và chính xác Thiết bị truyền dẫnđược phân loại thành thiết bị truyền dẫn thuê bao và thiết bị truyền dẫn chuyển tiếp, nốigiữa các tổng đài

II CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH CƠ BẢN

1 Chuyển mạch kênh

1.1 Giới thiệu về chuyển mạch kênh

Đây là phương pháp được sử dụng từ lâu trong mạng điện thoại PSTN Ngày nayphương pháp này vẫn được sử dụng trong mạng ISDN Nó sử dụng phương pháp ghépkênh theo thời gian TDM Trong đó thông tin trên 1 kênh được truyền theo 1 chu kỳ đềuđặn 125 Us ở 1 khe thời gian cố định, tập hợp các khe thời gian trong khoảng 125Us tạothành 1 khung thời gian Kênh truyền trong mạng chuyển mạch kênh là kênh thực đượcthiết lập trước khi yêu cầu thiết lập cuộc gọi trong mạng Do đó phương pháp nàythiêustinhs mềm dẻo do thông tin phải truyền theo 1 tần số cố định dẫn tới giới hạn về mặt tốc

độ và không thích hợp cho việc truyền các dịch vụ băng rộng có đặc điểm khác nhau

Hình 2.1 Chuyển mạch kênh

Để khắc phục sự thiếu mềm dẻo của chế độ truyền đơn tốc độ trong chuyển mạchkênh người ta đưa ra hệ thống chuyển mạch kênh đa tốc độ MRCS (maltirate circuitswiching) Các đường nối trong MRCS được chia thành n kênh cơ bản gồm khung thờigian có độ dài khác nhau, mọi cuộc liên lạc có thể xây dựng từ n kênh này Thông thườngcác kênh cơ bản cho 1 cuộc nối là:

+ 8 kênh H1 có tốc độ là 2048Kbit/s

+ Một kênh H4 có tốc độ là 139

MRCS rất phức tạp do mỗi kênh cơ sở của 1 đường nối phải giữ đồng bộ với cáckênh khác nhau để đảm bảo tính trong suốt về mặt thời gian Ngoài việc sử dụng tàinguyên chung của MRCS không đạt hiệu quả: khi mọi kênh H1 bận thì không thể thiếplập thêm 1 kênh nào khác trong khi có thể H4 vẫn rỗi Do vậy đây chưa phải là giải phápcho mạng băng rộng

Các tài nguyên trong hệ thống chuyển mạch kênh tốc độ cao FCS(fast circuitswiching) chỉ được cung cấp khi thông tin được gửi đi Sau khi gửi xong thông tin tàinguyên được giải phóng trở lại Sự cung cấp này được thiết lập mỗi lần gửi như trongtrường hợp chuyển mạch gói nhưng dưới sự điều khiển của tín hiệu báo hiệu liên kếtnhanh (fast ‘associated’ signaling) chứ không nằm trong chuyển mạch gói

Khi thiết lập cuộc gọi người sử dụng yêu cầu độ rộng của băng tần bằng số nguyênlần độ rộng băng của kênh cơ bản Hệ thống lúc này chưa cung cấp tài nguyên ngay mà

nó ghi lại các thông tin về chuyển mạch, thông tin về độ rộng băng theo yêu cầu, thông tin

về địa chỉ của đích được chọn Khi bên phát bắt đầu gửi thông tin lúc này hệ thống báohiệu rằng bên phát có thông tin được gửi đi yêu cầu chuyển mạch để phân phối tài nguyênngay lập tức Qua đây có thể thấy FCS khá phức tạp và không thích hợp cho B-ISDN vìkhả năng thiết lập, hủy bỏ cuộc nối và điều khiển cả hệ thống rất phức tạp, không đáp ứngđược yêu cầu về mặt thời gian

1.2 Định nghĩa trường chuyển mạch

 Chuyển mạch kênh được hiểu là kỹ thuật chuyển mạch đảm bảo việc thiết lập cácđường truyền dẫn dành riêng cho việc truyền tin của một quá trình thông tin giữa hai haynhiều thuê bao khác nhau

 Chuyển mạch kênh được ứng dụng cho việc liên lạc một cách tức thời mà ở đóquá trình chuyển mạch được thực hiện một cách không tạo cảm giác về sự chậm trễ (tínhthời gian thực)

 Chuyển mạch kênh tín hiệu số là quá trình kết nối, trao đổi thông tin các khe thờigian giữa một số đoạn của tuyến truyền dẫn TDM số

1.3 Phân loại chuyển mạch kênh

Dựa vào dạng tín hiệu đi qua trường chuyển:

+ Chuyển mạch tưong tự

+ Chuyển mạch số

* Nhược điểm của chuyển mạch tương tự

 Trường chuyển mạch có cấu trúc phân tầng, nhiều tầng nên quá trình khai thác

sẽ có tổn thất lớn, đồng thời việc khắc phục ảnh hưởng lẫn nhau giữa các phần tử chuyểnmạch rất khó khăn

 Tín hiệu đi qua trường chuyển mạch bị suy hao nhiều và suy hao này rất khácnhau đối với các tiếp điểm chuyển mạch khác nhau

 Không xác định được độ trễ thời gian cho tín hiệu trong kênh thoại khi quatrường chuyển mạch

 Gây tạp âm lớn

 Trường chuyển mạch cồng kềnh và có giá thành cao

 Các nhược điểm này sẽ được khắc phục khi sử dụng trường chuyển mạch số

2 Chuyển mạch gói

2.1 Giới thiệu về chuyển mạch gói

Kĩ thuật chuyển mạch gói ngày nay đã trở thành một kĩ thuật rất có tiềm năng vàquan trọng trong lĩnh vực viễn thông bởi vì nó cho phép các nguồn tài nguyên viễn thông

sử dụng một cách hiệu quả nhất Chuyển mạch gói có thể thích ứng với rất nhiều kiểu loạidịch vụ và yêu cầu của người sử dụng Trên thế giới ngày nay, mạng chuyển mạch góicũng đang được phát triển rất mạnh mẽ và sử dụng chủ yếu cho các dịch vụ truyền thông

số liệu giữa các máy tính Tuy vậy chuyển mạch gói cũng đang thể hiện hiệu quả và tínhhấp dẫn của nó cho các dịch vụ viễn thông khác như điện thoại, Video và các dịch vụbăng rộng khác

Hình 2.2: Nguyên lý phân đoạn và tạo gói

Transaction / Message có độ dài L

Đầu Trường tin

Nguyên lý của chuyển mạch gói là dựa trên khả năng của các máy tính tốc độ cao vàcác cách thức để tác động vào bản tin cần truyền sao cho có thể phân đoạn các cuộc gọi,các bản tin hoặc các giao dịch (Transaction) thành các thành phần nhỏ gọi là “Gói” tin.Tuỳ thuộc vào việc thực hiện và hình thức của thông tin mà có thể có nhiều mức phânchia Ví dụ một cách thực hiện phổ biến được áp dụng của chuyển mạch gói hiện nay làbản tin của Người sử dụng được chia thành các Segment (đoạn) và sau đó các Segment lạiđược chia tiếp thành các gói (Packet) có kích thước chuẩn hoá Các Segment sau khi đượcchia từ Bản tin của người sử dụng sẽ được xử lý chuẩn hoá tiếp bằng cách dán “Đầu”(Leader) và “Đuôi” (Trailer), như vậy chúng chứa ba trường số liệu là: Đầu chứa địa chỉđích cùng các thông tin điều khiển mà mạng yêu cầu ví dụ như số thứ tự của Segment #,

mã kênh Logic để tách các thông tin người sử dụng đã ghép kênh, đánh dấu Segment đầutiên và Segment cuối cùng của bản tin và nhiều thông tin khác liên quan tới chức năngquản lý và điều khiển từ “Đầu cuối-tới-Đầu cuối”

Đối với các gói tin truyền qua mạng chuyển mạch gói còn phải chứa các mẫu tạokhung để đánh dấu điểm đầu và điểm cuối của mỗi gói Tiêu đề (Header) của gói tương tựnhư Đầu của Segment, ngoài ra nó còn có thêm các thông tin mà mạng yêu cầu để điềukhiển sự truyền tải cuả các gói qua mạng, ví dụ như thông tin cần bổ sung vào tiêu đề củagói là địa chỉ nguồn, địa chỉ đích, số thứ tự của gói và các khối số liệu điều khiển đểchống vòng lặp, quản lý QoS, suy hao, lặp gói v.v

Trường kiểm soát lỗi CRC cho phép hệ thống chuyển mạch gói phát hiện sai lỗi xảy

ra trong gói nếu có, nhờ đó đảm bảo yêu cầu rất cao về độ chính xác truyền tin

Tổng số tin chứa trong các trường số liệu Đầu của Segment và Tiêu đề của Gói là rấtquan trọng Thông thường các trường số liệu này có khoảng từ 64 đến 256 bit trong tổng

số N khoảng 1000 bit

Hình 2.3: Mạng chuyển mạch góiCác gói tin sẽ được chuyển qua mạng chuyển mạch gói từ nút chuyển mạch này tớinút chuyển mạch khác trên cơ sở “Lưu đệm và phát chuyển tiếp“, nghĩa là mỗi nút chuyểnmạch sau khi thu một gói sẽ tạm thời lưu giữ một bản sao của gói vào bộ nhớ đệm cho tớikhi cơ hội phát chuyển tiếp gói tới nút tiếp theo hay thiết bị đầu cuối của người sử dụngđược đảm bảo chắc chắn Bởi vì mọi quá trình thông tin được cắt nhỏ thành các gói giống

PSWS

User A

nhau nên các bản tin dù dài hay ngắn đều có thể chuyển qua mạng với sự ảnh hưởng lẫnnhau ít nhất và nhờ sự chuyển tải các gói qua mạng được thực hiện trong thời gian thựcnên chuyển mạch có thể đáp ứng được yêu cầu hoạt động một cách nhanh chóng kể cả khi

có sự thay đổi mẫu lưu lượng hoặc khi có sự cố ở một thành phần khác của mạng

Hình 2.3 minh hoạ nguyên tắc hoạt động của mạng chuyển mạch gói Các bản tincủa người sử dụng từ thiết bị đầu cuối phát A sẽ không được gửi đi một cách tức thì vàtrọn vẹn qua mạng tới thiết bị đầu cuối thu B như trong mạng chuyển mạch bản tin, mà sẽđược cắt và tạo thành các gói chuẩn ở nút chuyển mạch gói nguồn PSWS Mỗi gói sẽ đượcphát vào mạng một cách riêng rẽ độc lập và chúng sẽ dịch chuyển về nút chuyển mạch góiđích PSWĐ theo một đường dẫn khả dụng tốt nhất tại bất kỳ thời điểm nào, đồng thời mỗigói sẽ được kiểm tra giám sát lỗi trên dọc đường đi

2.2 Định nghĩa chuyển mạch gói

Là một loại kỹ thuật gửi dữ liệu từ máy tính nguồn đến máy tính đích qua mạngdùng một loại giao thức thỏa mãn 3 điều kiện sau:

+ Dữ liệu cần vận chuyển chia nhỏ ra thành các gói (hay khung) có kích thước (size)

2.3 Cơ sở kỹ thuật chuyển mạch gói

Kỹ thuật chuyển mạch gói dựa trên nguyên tắc chuyển đổi thông tin qua mạng dưới

dạng gói Gói tin là thực thể truyền thông hoàn chỉnh gồm 2 phần: tiêu đề mang các thôngtin điều khiển của mạng hoặc người sử dụng và tải tin là dữ liệu thực cần chuyển quamạng Qúa trình chuyển thông tin qua mạng chuyển mạch gói được coi là mạng chia sẻtài nguyên Các gói tin sẽ chuyển giao từ các nút mạng này tới các nút mạng khác trongmạng chuyển mạch gói theo nguyên tắc lưu đệm và chuyển tiếp, nên mạng chuyển mạchgói còn được coi là mạng giao trong khi mạng chuyển mạch kênh được coi là mạng trongsuốt đối với dữ liệu người sử dụng

Trên hướng tiếp cận tương đối đơn giản từ khía cạnh dịch vụ cung cấp, các dịch vụđược cung cấp trên mạng viễn thông chia thành dịch vụ thoại và dịch vụ phi thoại, trong

đó đại diện cho dịch vụ phi thoại là dịch vụ số liệu Chúng ta hiểu rằng, số hóa và gói hóathoại là hai vấn đề hoàn toàn khác nhau Trong mạng chuyển mạch điện thoại công cộngPSTN hiện nay tín hiệu thoại đã được số hóa, và kỹ thuật chuyển mạch truyền thống được

áp dụng là kỹ thuật chuyển mạch kênh Dữ liệu thoại chỉ được gọi là đã gói hóa nếunhững gói này được chuyển tải trên mạng chuyển mạch gói Trong mục này chúng ta sẽxét những vấn đề kỹ thuật chuyển mạch cơ bản được ứng dụng trong hệ thống chuyểnmạch: Kỹ thuật chuyển mạch kênh và kỹ thuật chuyển mạch gói Mạng điện thoại côngcộng được phát triển trên mạng chuyển mạch kênh đẻ cung cấp các dịch vụ thoại truyềnthống Các mạng dữ liệu như các mạng cục bộ LAN, mạng Internet là mạng chuyểnmạch gói rất thích hợp để trao đổi dữ liệu

Bảng 2.1 So sánh một số đặc điểm của dịch vụ thoại và dữ liệu

Băng thông

Bùng phát băng thông

Nhạy cảm với lỗi

Phát lại thông tin

Độ trễ

Kiểu kết nối

Cố định và thấp(dưới 4kb)Không

Thoại lại nếu có lỗiKhông thể thực hiện đượcThấp và ổn định

Hướng kết nối

Thay đổiLớn(100/1000:1)Không cho phép lỗiThực hiện dễ dàngLớn và có thể thay đổi

Có thể là phi kết nối

Các dịch vụ thoại trong mạng PSTN hiện nay sử dụng kỹ thuật điều chế PCM vàchiếm băng thông lớn hơn cho mỗi cuộc gọi thì chất lượng cuộc gọi thoại cũng không vìthế mà tốt hơn Trái lại đối với các dịch vụ dữ liệu băng thông rất quan trọng.Một số ứngdụng đòi hỏi băng thông tới 1Gb/s hoặc cao hơn

2.4 Nguyên tắc cơ bản của chuyển mạch gói

Unicast và multicast: các kết nối trong mạng viễn thông thường là các kết nối điểmtới điểm Vì vậy lưu lượng đưa vào một đầu vào của ma trận chuyển mạch chỉ yêu cầuduy nhất một đầu ra Tuy nhiên các ứng dụng như video/audio hội nghị hay quảng bá dữliệu lại yêu cầu nhiều đầu ra đồng thời Để hỗ trợ chuyển mạch đa hướng hệ thống chuyểnmạch được bổ sung thêm cơ chế sao cho phép dữ liệu giữa các đầu vào và đầu ra

Độ thông qua và tốc độ (speedup) : độ thông qua của trường chuyển mạch được định

nghĩa như là tỉ số của tốc độ đầu ra trung bình trên tốc độ đầu vào trung bình khi tất cảcác đầu có lưu lượng chiếm 100% tại tốc độ đường dây Độ thông qua của trường chuyểnmạch là dương và nhỏ hơn bằng 1.

Nghẽn và tranh chấp đầu ra: vấn đề tắc nghẽn và tranh chấp đầu ra thường xảy ra tạicác trường chuyển mạch không gian, đối với trường chuyển mạch thời gian vấn đề tắcnghẽn được xử lý tại bộ ghép kênh Hiện tượng tắc nghẽn có ngụ ý các xung đột không tựgiải quyết tại các vị trí khác nhau của trường chuyển mạch Tranh chấp đầu ra xảy ra khi

có nhiều hơn một yêu cầu đầu vào cùng muốn kết nối tới đầu ra cùng một thời điểm Đặc tính kết nối: một quy trình kết nối gồm 3 giai đoạn tách biệt: thiết lập kết nối,truyền thông tin và giải phóng kết nối

III KĨ THUẬT CHUYỂN MẠCH ATM

1 Giới thiệu chung về ATM

1.1 Sự ra đời của ATM

ATM phương thức truyền tải không đồng bộ, cung cấp các dịch vụ băng rộng tươnglai

ATM lần đầu tiên dược nghiên cứu tại trung tâm nghiên cứu CNET (của francetelecom) và Bell Lads vào năm 1983, sau đó tiếp tục phát triển tại trung tâm nghiên cứuAllatebell 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 nghệnày đã được nghiên cứu và triển khai tại nhiều nước trên thế giới Nhiều mạng ATM đãđược triển khai, bước đầu cung cấp dịch vụ băng rộng với khách hàng Việc ứng dụngcông 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 mạnggiao tiếp chuẩn, dựa vào công nghệ ATM để phân chia và ghép tiếng nói, số liệu, hìnhảnh… Vào trong một khối có chiều dài cố định gọi là tế bào

1.2 Khái niệm ATM

ATM là phương thức truyền không đồng bộ kỹ thuật chuyển mạch gói chất lượngcao 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 thểtruyền tải một hỗn hợp các dịch vụ bao gồm thoại, hình ảnh, số liệu, có thể cung cấp cácbăng thông theo yêu cầu ATM có thể loại trừ được các “nút cổ chai” thường xảy ra ở cácmạng LAN và WAN hiện nay

1.3 Đặt điểm của công nghệ ATM

Công nghệ ATM dựa trên cơ sở của phương pháp chuyển mạch gói, thông tin đượcnhóm vào các gói tin có chiều dài cố định, ngắn; trong đó vị trí của gói không phụ thuộcvào đồng hồ đồng bộ và dựa trên nhu cầu bất kỳ của kênh cho trước Các chuyển mạchATM 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 bàoATM, các tế bào nhỏ với tốc độ truyền lớn sẽ làm cho trễ truyền và biến động trễ giảm đủnhỏ 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 giúpcho việc định tuyến được dễ dàng

ATM khác với định tuyến IP ở một số điểm Nó là công nghệ chuyển mạch hướngkết nối Kết nối từ điểm đầu đến điểm cuối phải được thiết lập trước khi thông tin đượcgửi 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 trunggian Tuyến kết nối xuyên suốt được xác định trước khi trao đổi dữ liệu và được giữ cốđịnh trong suốt thời gian kết nối Trong quá trình thiết lập kết nối, các tổng đài ATMtrung gian cung cấp cho kết nối một nhãn Việc này thực hiện hai điều: dành cho kết nốimột số tài nguyên và xây dựng bảng chuyển tế bào tại mỗi tổng đài Bảng chuyển tế bàonày có tính cục bộ và chỉ chứa thông tin về các kết nối đang hoạt động đi qua tổng đài Bảng so sánh công nghệ IP và ATM

Bản chất Công nghệ

- Là một giao thức chuyểnmạch gói có độ tin cậy vàkhả năng mở rộng cao

- Do phương thức địnhtuyến theo từng chặng nên điều khiển lưu lượng rấtkhó thực hiện

- Sử dụng gói tin cóchiều dài cố định 53 byte gọi là tế bào(cell)

- Nguyên tắc định tuyến chuyểnđổi VPI/VCI

- Nền tảng phần cứng tốc độ cao

dẻo hỗ trợ QoS theo yêu cầu

mềm dẻo trong hỗ trợ những ứngdụng IP và VoA

2 Cấu trúc phân lớp của mạng ATM

2.1 Cấu trúc tế bào ATM :

Ta biết rằng, đặc điểm của ATM là hướng liên kết Do đó khác với mạng chuyểnmạch gói, địa chỉ nguồn và đích, số thứ tự gói là không cần thiết trong ATM Hơn thế, dochất lượng của đường truyền rất tốt nên các cơ chế chống lỗi trên cơ sở từ liên kết tới liênkết cũng được bỏ qua Ngoài ra ATM cũng không cung cấp các cơ chế điều khiển luồng