Tìm hiểu công nghệ kết nối wan trên thiết bị cisco

Tìm hiểu công nghệ kết nối wan trên thiết bị cisco

MỤC LỤC 2DANH MỤC HÌNH VẼ 4

DANH MỤC HÌNH VẼ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

BỘ MÔN MẠNG MÁY TÍNH VÀ TRUYỀN THÔNG

-*** -TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ KẾT NỐI WAN TRÊN

THIẾT BỊ CISCO BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

LÊ QUỐC TUẤN

KHÓA 2009 - 2013

 Lý do chọn đề tài

Ngày nay, công nghệ thông tin và viễn thông đang hội tụ sâu sắc và cùng đóng góprất tích cực trong sự phát triển kinh tế, xã hội toàn cầu Không một doanh nghiệp, tổchức thành đạt nào lại phủ nhận sự gắn bó giữa hệ thống thông tin và hiệu quả hoạtđộng sản xuất kinh doanh cũng như lộ trình phát triển của họ Từ nhu cầu truy cập dữliệu của công ty từ xa, đến việc tạo mối quan hệ với khách hàng, giúp họ có thể khaithác một phần nguồn tài nguyên của mình mà vẫn đảm bảo tính bảo mật cần thiết chothông tin Các công nghệ kết nối WAN giúp cho việc truy cập tài nguyên từ xa giữ cácchi nhánh với trụ sở chính trở nên dễ dàng giúp nâng cao hiệu quả làm việc cho cácdoanh nghiệp Các công nghệ kết nối WAN cũng không ngừng phát triển theo thời gian

và cho ra đời nhiều công nghệ tiên tiến như PTSN, ISDN, ATM, Frame Relay, xDSL,MPLS/VPN… để đáp ứng nhu cầu về tốc độ, bảo mật, khả năng linh hoạt, đơn giản,điều khiển phân luồng và phục vụ linh hoạt các dịch vụ định tuyến, tận dụng đượcđường truyền giúp giảm chi phí Do vậy việc tìm hiểu các công nghệ kết nối WANđược xem là vấn đề cấp thiết để giúp doanh nghiệp có thể dễ dàng tiếp cận với côngnghệ mới và từ đó có thể lựa chọn công nghệ phù hợp vào việc phát triển của doanhnghiệp mình cùng với sự đi lên của ngành mạng viễn thông trong và ngoài nước

 Mục tiêu

Nắm được những kiến thức cơ bản về các công nghệ kết nối WAN như nguyên

lý hoạt động, phương thức đóng gói và truyền dữ liệu

Biết được ưu nhược điểm của từng công nghệ kết nối dùng trong mạng WAN Triển khai và cấu hình được một số công nghệ kết nối tiêu biểu trong mạngWAN trên thiết bị Cisco

CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MẠNG WAN

1.1 Giới thiệu chung

Wide Area Networks – WAN, là mạng được thiết lập để liên kết các máy tínhcủa hai hay nhiều khu vực khác nhau, ở khoảng cách xa về mặt địa lý, như giữa

Đặc tính này chỉ có tính chất ước lệ, nó càng trở nên khó xác định với việc pháttriển mạnh của các công nghệ truyền dẫn không phụ thuộc vào khoảng cách Tuynhiên việc kết nối với khoảng cách địa lý xa buộc WAN phụ thuộc vào nhiều yếu

tố như: băng thông và chi phí cho băng thông, chủ quản của mạng, đường đi củathông tin trên mạng WAN có thể kết nối thành mạng riêng của một tổ chức, hay

có thể phải kết nối qua nhiều hạ tầng mạng công cộng và của các công ty viễnthông khác nhau

Hình 1.1 : Hình ảnh minh họa mạng WAN

Do sự phức tạp trong việc xây dựng, duy trì các đường truyền dẫn nên khi xâydựng mạng diện rộng WAN người ta thường sử dụng các đường truền được thuê

từ hạ tầng viễn thông công cộng, và từ các công ty viễn thông hay các nhà cungcấp dịc vụ truyền số liệu tùy theo cấu trúc của mạng những đường truyền đó thuộc

cơ quan quản lý khác nhau như các nhà cung cấp đường truyền nội hạt, liên tỉnh,liên quốc gia Các đường truyền đó phải tuân thủ các quy định của chính phủ cáckhu vực có dường dây đi qua như: tốc độ, việc mã hóa Với mạng WAN đường đicủa thông tin có thể rất phức tạp do việc hoạt động các điểm nút có thể thay đổiđường đi của các thông tin khi phát ra có trục trặc trên đường truyền hay khi pháthiện có quá nhiều thong tin cần truyền giữa hai điểm nút nào đó Trên WAN thôngtin có thể có các đường đi khác nhau, điều đó cho phép có thể sử sụng tối đa cácnăng lực của đường truyền và nâng cao điều kiện an toàn trong truyền dữ liệu.Phần lớn các WAN hiện nay được phát triển cho việc truyền thông đồng thờitrên đường truyền nhiều dạng thông tin khác nhau như: video, tiếng nói, dữ liệu…nhằm làm giảm chi phí dịch vụ Các công nghệ kết nối WAN thường liên quan đến

3 tầng đầu của mô hình IOS 7 tầng Đó là tầng vật lý liên quan đến các chuẩn giaotiếp WAN, tầng data link liên quan đến các giao thức truyền thông của WAN, và

một số giao thức WAN liên quan đến tầng mạng Các quan hệ này được mô tảtrong hình sau:

Hình 1.2 : Các chuẩn và giao thức WAN trong mô hình OSI 7 tầngNhờ có hệ thống WAN và các ứng dụng triển khai trên đó, thông tin được chia

sẻ và xừ lý bởi nhiều máy tính dưới sự giám sát của nhiều người đảm bảo tínhchính xác và hiệu quả cao Phần lớn các cơ quan, các tổ chức và các các nhân đều

đã nhận thức được tính ưu việc của xử lý thông tin trong công việc thông quamạng máy tính so với công việc văn phòng dựa trên giấy tờ truyền thống Do vậy,sớm hay muộn, các tổ chức, cơ quan đều cố gắng trong khả năng thiết lập mạngmáy tính, đặc việt là WAN để thực hiện các công việc khác nhau

1.2 Thiết bị sử dụng trong mạng WAN

1.2.1 Router

• Router là thiết bị mạng thông minh, đóng vai trò rất quan trọng trong hoạtđộng của hệ thống mạng Là thiết bị mạng làm việc ở lớp 3 trong mô hìnhOSI.

• Router điều khiển việc truyền dữ liệu trên mạng, lựa chọn hướng tốt nhất đểtruyền dữ liệu giữa hai hoặc nhiều hệ thống khác nhau

• Router có thể coi như một máy vi tính vì có đầy đủ các thành phần cơ bảncủa máy tính (ví dụ : CPU, BIOS, OS, I/O port…)

1.2.2 Modem (modulating and demodulating)

Hình 1.3 : Thiết bị Modem

• Modem là thiết bị làm nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu số (Digital) thành tínhiệu dạng tương tự (Analog)

• Cho phép dữ liệu truyền qua đường dây điện thoại

• Biến đổi tín hiệu từ dạng Analog trở lại thành tín hiệu Digital

1.2.3 CSU/DSU – ISDN TA

Hình 1.4 : Thiết bị CSU/DSU

• CSU/DSU – Channel Service Unit / Digital Server Unit : là thiết bị có giaodiện digital dùng để kết nối giữa router và tổng đài Thông thườngCSU/DSU được tích hợp trong modem Cũng có khi CSU/DSU là thiết bịtách rời nhau và được lắp đặt tại các điểm thu và phát tín hiệu

Hình 1.5 : Thiết bị TA – ISDN

• TA - ISDN Terminal Adapter: dùng để kết nối giao diện chuẩn ISDN BasicRate Interface (BRI) với các giao diện khác

1.2.4 WAN Switch

Hình 1.6 : Thiết bị WAN Switch

• WAN Switch là thiết bị mạng có nhiều cổng, thường được lắp đặt tại cáctổng đài truyền số liệu

• Làm nhiệm vụ chuyển các gói dữ liệu dựa trên địa chỉ đích của mỗi gói tin

• Có các loại switch tiêu biểu như Frame Relay, X.25 hoặc SwitchMultimegabit Data Service (SMDS)

1.2.5 Access Server

Hình 1.7 : Access Server

• Là điểm tập trung các kết nối WAN qua mạng công cộng, mạng đa dịch vụ

số hoặc mạng dữ liệu công cộng

• Người dùng kết nối từ xa qua modem có thể kết nối đến Communication

• Access server có thể tích hợp nhiều trung kế hỗ trợ nhiều kết nối cùng lúc.

1.3 Công nghệ kiết nối mạng WAN truyền thống

1.3.1 Mạng chuyển mạch ( Circuit Swiching Network)

Mạng chuyển mạch thực hiện việc liên kết giữa hai điểm nút qua mộtđường nối tạm thời hay giành riêng giữa điểm nút này và điểm nút kia Đườngnối này được thiết lập trong mạng thể hiện dưới dạng cuộc gọi thông qua cácthiết bị chuyển mạch Việc kết nối duy trì suốt phiên làm việc và giải phóngngay khi phiên làm việc kết thúc

Một ví dụ của mạng chuyển mạch là hoạt động của mạng điện thoại, cácthuê bao khi biết số của nhau có thể gọi cho nhau và có một đường nối vật lýtạm thời được thiết lập giữa hai thuê bao

Hình 1.8 : Mô hình kết nối WAN dùng mạng chuyển mạchChuyển mạch tương tự : Các tín hiệu tương tự thường được thể hiện dướidạng sóng Cường độ và tần số của tín hiệu tương tự thay đổi liên tục nên nó cóthể thể hiện một cách chính xác sự chuyển động liên tục hay âm thanh haynhững chuyển động đa trạng thái Cường độ và tần số của tín hiệu tăng lên vàgiảm xuống tương ứng cới độ cao và cường độ của âm thanh Các tín hiệutương tự thường dùng để biễu diễn các dữ liệu thời gian thực Truyền thanh,điện thoại và các phương tiện truyền thông thường được sử dụng tín hiệu tươngtự

Chuyển mạch số : Thay vì dòng thay đổi liên tục, các tín hiệu số chỉ sửdụng 2 trạng thái 0 và 1 để biểu diễn các bit dữ liệu Đây là phương pháptruyền tín hiệu lý tưởng cho các mạng máy tính Các máy tính sẽ cần tới

modem, thiết bị chuyển đổi tín hiệu số của máy tính thành tín hiệu tương tự đểtruyền dữ liệu qua đường dây điện thoại tương tự Chuyển mạch số tích hợpdịch vụ số cho phép sử dụng chung nhiều dịch vụ trên một đường day điệnthoại thông thường, tốc độ truy cập cao (128Kbps – 2,048Mbps) và kết nối ổnđịnh.

1.3.2 Mạng thuê kênh riêng (Leased lines Network)

Hình 1.9 : Mô hình kết nối dùng kênh thuê riêngĐây là kết nối mang tính thường trực, kết nối trực tiếp một thiết bị với mộtthiết bị khác Kết nối dùng kênh thuê riêng có tính ổn định và nhanh nhưng rấtđắt Thuê một đường dây từ nhà cung cấp dịch vụ mạng WAN có nghĩa là phảitrả tiền kết nối ngay cả khai không sử dụng Hơn nữa, bười vì các đường truyềnthuê riêng thiết lập kết nối trực tiếp chỉ giữa 2 điểm, nên số đường dây cần thiết

sẽ tăng theo hàm số mũ các vị trí kết nối Ví dụ như muốn kết nối 2 vị trí cầnmột đường dây nhưng kết nối 4 vị trí sẽ cần tới 6 đường dây

Nên việc sử dụng kết nối thuê kênh riêng khi: có lưu lượng luân chuyển dữliệu cao qua mạng LAN, có kết nối thường xuyên, có ít địa điểm cần kết nốivới nhau

Đặc trưng của kết nối thuê kênh riêng :

• Luôn luôn sẵn có

• Đường kết nối dành riêng cho người thuê bao

• Tốc độ ổn định và nhanh

• Bảo đảm an toàn dữ liệu

1.3.3 Mạng chuyển mạch gói (Packet Switching Network)

Mạng chuyển mạch gói hoạt động theo nguyên tắc sau: Khi một trạm trênmạng cần gửi dữ liệu nó cần phải đóng gói dữ liệu thành từng gói, các gói dữliệu đó được đi trên mạng từ nút này tới nút khác tới khi tới được đích Do việc

sử dụng kỹ thuật trên nên khi một trạm không gửi tin thì mọi tài nguyên củamạng sẽ dành cho các trạm khác, do vậy mạng tiết kiệm được các tài nguyên và

có thể sử dụng chúng một cách tốt nhất

Hình 1.10 : Mô hình kết nối WAN dùng chuyển mạch góiNgười ta chia các phương thức chuyển mạch gói ra làm 2 phương thức:

• Phương thức chuyển mạch gói theo sơ đồ rời rạc

• Phương thức chuyển mạch gói theo đường đi xác định

1.4 Tổng quan về giao diện kiết nối trong mạng WAN

Hình 1.11 : Giao diện với nhà cung cấp dịch vụ

• CPE – Customer Premises Equipment : thiết bị vật lý đặt tại phía người

sử dụng Bao gồm cả thiết bị của người sử dụng cũng như thiết bị của nhàcung cấp dịch vụ

• Điểm ranh giới (Damarcation Point): Điểm kết nối giữa đường dây điện

thoại của công ty điện thoại với đường dây của thuê bao Điểm ranh giớicòn được gọi là giao diện mạng hay điểm hiện diện Thông thường, kháchhàng sẽ chịu trách nhiệm cho tất cả các thiết bị bên trong điểm ranh giới vàcông ty viễn thông sẽ chịu trách nhiệm về tất cả các thiết bị ở phía bên kia

• Cáp nối chặng cuối (Local Loop): Cáp nối từ Điểm ranh giới tới Văn

phòng trung tâm của công ty điện thoại Thông thường đó là cáp đôi xoắn(UTP), nhưng cũng có thể là kết hợp cáp đôi xoắn, cáp sợi quang và cácloại phương tiện truyền dẫn khác

• CO Switch : thông thường là một bộ định tuyến của nhà cung cấp dịch vụ

có chức năng chuyển tiếp dữ liệu giữa khách hàng và đám mây mạngWAN

• Đám mây mạng WAN (WAN cloud): Một loạt các trung kế, tổng đài và

văn phòng trung tâm tạo thành hạ tầng truyền dẫn của công ty điện thoại

Nó được thể hiện trong hình như một đám mây bởi vì có cấu trúc vật lý thayđổi thường xuyên và chỉ những người có trách nhiệm quản trị mạng mớibiết dữ liệu sẽ đi tới đâu tại các tổng đài Đối với khách hàng, điều quantrọng là dữ liệu đã được chuyển qua đường dây để tới đích

Hình 1.12 Giao diện giữa thuê bao và nhà cung cấp

• Thiết bị đầu cuối dữ liệu (DTE - Data Terminal Equipment): Thiết bị ở

phía lề của liên kết mạng WAN có chức năng gửi và nhận dữ liệu DTEđược đặt tại vị trí của người thuê bao, chính là điểm kết nối giữa mạng LANcủa thuê bao và mạng WAN của nhà cung cấp dịch vụ DTE thông thường

là một bộ định tuyến (router), nhưng trong một số trường hợp có thể là mộtmáy tính hay một bộ dồn kênh (multiplexer) Các DTE ở đầu bên này sẽthực hiện việc truyền thông với thiết bị DTE tương ứng ở đầu bên kia

• Thiết bị đóng mạch dữ liệu (DCE – Data Circuit-terminating Equipment): Thiết bị truyền thông với cả DTE và đám mây mạng WAN.

DCE thông thường là một bộ định tuyến của nhà cung cấp dịch vụ có chứcnăng chuyển tiếp dữ liệu giữa khách hàng và đám mây mạng WAN.Theonghĩa hẹp, DTE là bất cứ thiết bị nào cung cấp tín hiệu xung cho DTE DCEcũng có thể là một thiết bị tương tự DTE (thường là một bộ định tuyến)ngoại trừ mỗi loại thiết bị đóng một vai trò riêng

CHƯƠNG 2 : TÌM HIỂU CÁC CÔNG NGHỆ KẾT NỐI WAN

2.1 Công nghệ kết nối PSTN

Kể từ khi Alexander Graham Bell phát minh ra điện thoại, mạng điện thoại đã

có những bước phát triển nhảy vọt và ngày càng được mở rộng Thuật ngữ kĩ thuậtcho mạng điện thoại là Public Switch Telephone Network (PSTN) Ngày nay

PSTN đã kết nối toàn thế giới, cho phép mọi người liên lạc với nhau bằng cách sửdụng phương tiện giao tiếp đơn giản và hiệu quả - tiếng nói.

Hình 2.1 : Mô hình kết nối dùng mạng điện thoại PSTN2.1.1 Khái niệm

Mạng PSTN ( Public Switch Telephone Network) là mạng điện thoạichuyển mạch công cộng truyền thống dựa vào kĩ thuật chuyển mạch kênh Nógồm tập hợp nhiều mạng quốc gia tạo thành mạng quốc tế

Mạng PSTN lúc đầu ra đời chỉ sử dụng cho mục đích truyền thoại bằng máyđiện thoại do đó đường giao tiếp giữa thuê bao và tổng đài là tương tự và cóbăng thông 64 Kbps Vì tiếng nói người có băng thông từ 0 – 4KHz nên phảilấy mẫu với tần số 8KHz, mỗi mẫu 8 bit sẽ là 8x8=64Kbps

Trong mạng PSTN, kết nối liên lạc điện thoại dùng chuyển mạch kênh sửdụng một đường kết nối vật lý giữa người dùng tại hai đầu của mạng Đườngkết nối này bị chiếm dụng và phải được đảm bảo trong suốt quá trình liên lạc

Vì lẽ đó chất lượng cuộc gọi trên mạng PTSN bao giờ cũng tốt hơn trên mạnginternet nhưng đổi lại chi phí lại đắt hơn rất nhiều, đặc biệt là các cuộc gọiquốc tế

Do có lịch sử phát triển lâu đời và không ngừng đổi mới mạng PSTN hiệntại hoạt động tốt và cung cấp dịch vụ khá tin cậy Hầu hết cơ sở hạ tầng hiệnnay phục vụ trên 80% cho PSTN

2.1.2 Đặc điểm

• Kết nối song song chuyển mạch kênh

• Dùng modem tương tự loại truyền không đồng bộ, hay truyền đồng bộ

để kết nối thiết bị mạng vào mạng điện thoại công cộng Tín hiệu truyền

đi trên đường này là tín hiệu tương tự biến đổi liên tục để truyền tiếngnói Do đó, đường truyền này không phù hợp với tín hiệu số nhị phâncủa máy tính Modem tại đầu phát phải thực hiện điều chế tín hiệu nhịphân sang tín hiệu tương tự rồi mới đưa tín hiệu xuống đường truyền.Modem tại đầu thu giải điều chế tín hiệu tương tự thành tín hiệu nhịphân như ban đầu

• Dùng kết nối PPP từ máy trạm hay từ thiết bị định tuyến qua modem,qua mạng điện thoại công cộng.

• Đặc điểm vật lý của đường truyền và kết nối PSTN khiến tốc độ của tínhiệu bị hạn chế Giới hạn khoảng 33kbs Tốc độ này có thể tăng lênkhoảng 56kbs nếu tín hiệu được truyền trực tiếp qua một kết nối số.2.1.3 Cấu trúc mạng PSTN

o Quay số bằng xung, với mỗi số một chuỗi xung sẽ được gửi tớiswitch

o Quay số bằng đa tầng âm kép, với mỗi số được quay sẽ gửi đi một sựkết hợp giữa 2 sóng sin tương ứng

• Vòng nội bộ: là tuyến chuyên dụng nối giữa thuê bao và bộ chuyểnmạch của mạng, còn được gọi là vòng thuê bao Hầu hết các kết nốivòng nội bộ sử dụng cáp xoắn đôi Chiều dài các vòng nội bộ từ vài kmtới vài chục km Hiện nay, loại hình kết nối cục bộ vô tuyến sử dụngsóng radio (wireless local loops – WLLs) đang ngày càng phát triển nhờcác ưu điểm như: cài đặt nhanh, chi phí bảo trì thấp, tiết kiệm sức người

và của cải cho việc lắp đặt mạng

• Tổng đài (chuyển mạch): Trong PSTN, hệ thống chuyển mạch được tổchức phân tầng, gồm 4 tầng Ở tầng thứ nhất, bộ chuyển mạch được gọi

là tổng đài cuối (End offices) hay tổng đài cục bộ (Local exchanges) Ở

phía trên là những tổng đài trung chuyển (tổng đài cấp 4), tổng đài chính(cấp 3), tổng đài cấp 2 và tổng đài khu vực (cấp 1).

• Trung kế (Mạch liên dài): Trung kế là các tuyến giữa các tổng đài.Trung kế tải cùng lúc nhiều cuộc điện thoại sử dụng kỹ thuật kênh theotần số FDM hoặc theo thời gian TDM Tùy thuộc vào tổng đài đang kếtnối mà trung kế được phân thành trung kế nội hạt hay liên tỉnh

2.2 Công nghệ kết nối ISDN

2.2.1 Giới thiệu ISDN

ISDN là mạng cung cấp kết nối toàn số từ đầu đến cuối để thực hiện dịch vụtruyền thoại và số liệu

ISDN cho phép nhiều kênh kỹ thuật số cùng hoạt động đồng thời trên một cápđiện thoại thông thường, nhưng ISDN truyền tín hiệu số chứ không truyền tín hiệutương tự Thời gian trễ trên đường ISDN cũng thấp hơn so với đường truyền tínhiệu tương tự

Có rất nhiều công nghệ WAN cung cấp truy cập mạng từ xa Một trong nhữngcông nghệ đó là ISDN Những người sử dụng riêng lẻ hay những văn phòng nhỏchỉ có đường điện thoại truyền băng thông thấp ISDN là giải pháp dành chonhững đối tượng đó

Hình 2.3 : ISDN cho những cá nhân dùng riêng

Hình 2.4 : ISDN cho các văn phòng dùng điện thoại băng thông thấpĐường điện thoại truyền thống PSTN truyền tín hiệu tương tự trên mạch vòngnội bộ kết nối giữ thuê bao và mạng của công ty điện thoại Mạch tín hiệu tương tự

có giớ hạn băng thông không được lớn hơn 3000Hz Công nghệ ISDN cho phéptruyền tín hiệu số trên mạch vòng nội bộ này với tốc độ truy cập cao hơn Cáccông ty điện thoại chỉ cần nâng cấp các bộ chuyển mạch để có thể xử lý được tínhiệu số ISDN thường được các văn phòng ở xa sử dụng kết nối vào mạng LANtrung tâm

Ưu điểm của công nghệ ISDN:

• Truyền nhiều loại lưu lượng khác nhau bao gồm dữ liệu thoại và video

• ISDN sử dụng một kênh riêng được gọi là kênh D để truyền tín hiệu điềukhiển Khi cần thiết lặp cuộc gọi thuê bao số cần gọi Khi tất cả các chữ sốđược nhận đầy đủ thì cuộc gọi được thực hiện ISDN truyền các số này trênkênh D do đó thời gian thiết lập cuộc gọi nhanh hơn

• Mỗi kênh B có thể kết nối đến một điểm khác nhau trong mạng ISDN Giaothức PPP có thể hoạt động trên cả kết nối đồng bộ và bất đồng bộ do đóđường truyền ISDN có thể sử dụng kết hợp với đóng gói PPP

2.2.2 Các chuẩn ISDN và phương pháp truy cập

Công việc chuẩn hóa ISDN được bắt đầu từ cuối thập niên 60 Các bộ chuẩn

đề nghị của ISDN được xuất bản năm 1991 và sao đó liên tục được cấp nhật bởiITU-T Các chuẩn ISDN là một tập hợp các giao thức về điện thoại kỹ thuật số

và tuyền số liệu Các giao thức ISDN được phân theo các chủ đề chính sau:

• Bộ giao thức E – các chuẩn về mạng điện thoại cho ISDN

• Bộ giao thức I – liên quan đến các khái niện thuật ngữ

• Bộ giao thức Q – đề cập đến hoạt động tín hiệu và chuyển mạch

Chuẩn ISDN định nghĩa hai loại kênh chính, mỗi loại có tốc độ truyền khácnhau Kênh B – 64kb/s, được sử dụng để truyền mọi dữ liệu với chế độ truyềnsong công Loại thứ 2 là kênh D – 16kb/s, dùng để truyền tín hiệu điều khiển.Khi thiết lập một kết nối TCP bên trao đổi các thông tin điều khiển để thiếtlập kết nối Các thông tin điều khiển này truyền kênh mà sao đó cũng được sửdụng để truyền dữ liệu Thông tin điều khiển và dữ liệu chia sẽ cùng một kênhtruyền Dạng truyền như vậy được gọi là in-band signaling ISDN thì không thựchiện truyền như vậy, mà sử dụng 1 kênh riêng chính là kênh D, để truyền tín hiệuđiều khiển Dạng truyền như vậy gọi là ou – of – band sgnaling.

ISDN định nghĩa hai phương pháp truy cập chuẩn là BRI và PRI Một cổngBRI hay PRI cung cấp một kênh D và nhiều kênh B

Hình 2.5 : Mô hình BRI và PRIBRI sử dụng kênh B 64Kb/s và một kênh D 16Kb/s BRI hoạt động được trênnhiều Cisco routẻ và đôi khi được ký hiệu là 2B+D

Kênh B có thể được sử dụng để truyền thoại Khi đó tín hiệu thoại được mãhóa theo cách đặc biệt Khi kênh B được sử dụng để truyền số liệu thì thông tinđược đóng thành frame, sử dụng giao thức đóng gói HDLC hoặc PPP ở lớp 2.PPP phức tạp hơn HDLC vì nó cung cấp cớ chế xác minh, thỏa thuận cấu hìnhkết nối và giao thức phù hợp

ISDn được xem là một kết nố chuyển mạch Kênh D màn các thông điệp điềukhiển để thết lập cuộc gọi, ngắt cuộc gọi và điều khiển cuộc gọi cho kênh B Lưulượng trên kênh D sử dụng giao thức LAPD LAPD là một giao thức lớn hơn liênkết dữ liệu dựa trên cơ sở của HDLC

Ở Bắc Mĩ và nhật, PRI cung cấp 23 kênh Kênh $ 64Kb/s và một kênh D64Kb/s Một PRI này cung cấp dịch vụ thương đương với một kết nối thay DSL

Ở châu âu, phần còn lại trên thế giới, PRI cung cấp30 kênh B và 1 kênh D,tương đương với một kết nối E1 PRI sử dụng CSU/DSU cho kết nối T1/E1.2.2.3 Phương thức hoạt động trong ISDN

Có nhiều hoạt động trao đổi thông tin diễn ra khi một router sử dụng ISDN đểkết nối đến router khác Kênh D được sử dụng để thiết lập kết nối giữa router vàISDN switch Tín hiệu SS7 được sử dụng giữa các switch trong mạng nhà cungcấp dịch vụ

Kênh D giữa router và ISDN switch luôn luôn trong trạng thái hoạt động.Q.921 mô tả tiến trình hoạt động của LÂPD ở lớp 2 của mô hình OSI Kênh Dđược sử dụng để truyền tín hiệu điều khiển như thiết lập cuộc gọi, kết thúc cuộcgọi Những chức năng này định nghĩa trong giao thức Q.931 ở lớp 3 của mô hìnhOSI Q931 định nghĩa kết nối mạng giữa thiết bị đầu cuối và ISDN switch nhưngkhông định nghĩa kết nối đầu cuối – đến – đầu cuối Có nhiều ISDN switch đãđược phát triển trước khi Q.931 được chuẩn hóa, do đó có nhiều nhà cung cấpdịch vụ ISDN và nhiều loại ISDN switch triển khai Q.931 khác nhau Cũngchính vì không có chuẩn chung cho loại ISDN switch nên trong cấu hình routerphải có câu lệnh khai báo ISDN switch mà router kết nối đến

Hình 2.6 : Cấu hình ISDNSau đây là thứ tự các bước diễn ra trong quá trình thiết lập một cuộc gọi BRIhoặc PRI

• Kênh D gửi số cần gọi đến cho ISDN switch nội bộ

• Switch nội bộ sử dụng giao thức tín hiệu SS& để thiết lập đường truyền

và chuyển số cần gọi cho ISDN switch đầu xa

• ISDN switch đầu xa chuyển tín hiệu đến máy đích trên kênh D

• Thiết bị đích ISDN NT – 1 gửi thông điệp kết nối cuộc gọi cho switch đầuxa

• ISDN switch đầu xa sử dụng SS7 để gửi thông điệp kết nối cuộc gọi choswitch nội bộ.

• ISDN switch nội bộ thực hiện kết nối một kênh B, kênh B còn lại dànhcho kết nối mới Cả hai kênh B cũng có thể dược sử dụng đồng thời

Hình 2.7 : Trao đổi dữ liệu trên kênh B, D

2.2.4 Các điểm liên kết trong ISDN

Hình 2.8 : Mô hình các điểm liên kếtChuẩn ISDN định nghĩa các nhóm chức năng là các nhóm thiết bị phần cứngcho phép người dùng truy cập PRI Các hãng sản xuất có thể tạo ra một thiết bịphần cứng thực hiện một hoặc nhiều chức năng Chuẩn ISDN cũng định nghĩabốn điểm liên kết giữa các thiết bị ISDN

Để kết nối các thiết bị khác nhau với các chức năng khác nhau các điểm giaotiếp giữa hai thiết bị phải được chuẩn hóa Các điểm giao tiếp bên phía kháchhàng trong kết nối ISDN bao gồm những điểm sao

• R – là điểm liên kết giữa thiết bị đầu cuối 2 (TE2) không tương thích vớiISDN và thiết bị chuyển đổi TA

• S – là điểm kết nối vào thiết bị chuyển mạch của khách hàng NT2 và chophép thực hiện cuộc gọi giữa nhiều loại thiết bị khác nhau của kháchhàng.

• T – tương tự như giao tiếp S về mặt tín hiệu điện Đây là điểm kết nối từNT2 vào mạng ISDN hay cho NT1

• U – là điểm kết nối giữa NT1 và mạng ISDN của nhà cung cấp dịch vụ.Điểm giao tiếp S và T tương tự nhau về mặt tín hiệu điện nên có nhiều cổnggiao tiếp dán nhãn là S/T Mặt dù hai giao tiếp này thực hiện chức năng khácnhau nhưng do tương tự nhau về mặt tín hiệu điện nên có thể dùng chung cho cảhai chức năng

Bảng thiết bị và chức năng của từng loại:

Thiết bị Loại thiết bị Chức năng của thiết bị

TE1

Terminal Equipment 1 Thiết bị đầu cuối loại 1

-Thiết bị đầu cuối có cổng tươngthích với ISDN, ví dụ như ISDNrouter, điện thoại ISDN

TE2

Terminal Equipment 2 Thiết bị đầu cuối loại 2

-Thiết bị đầu cuối không có cổng tương thích với ISDN Để kết nối loại thiết bị đầu cuối này vào mạng ISDN thì cần phải có thiết

bị chuyển đổi TA

TA

Terminal Adapter Thiếtbị chuyển đổi

-Chuyển đổi tín hiệu EIA/TIA –

232, V.35 và các loại tín hiệu khác sang tín hiệu BRI

NT2

Network Termination 2

- Thiết bị kết cuối mạngloại 2

Là điểm tập trung mọi đường dâyISDN phia khách hang và thực hiện chuyển mạch giữa các thiết

bị đầu cuối bằng switch của khách hang

NT1 Network Termination 1

- thiết bị kết cuối mạng

Điều khiển kết cuối về mặt vật lý

và tín hiệu điện phía khách hang Chuyển đổi tín hiệu BRI dây sang

tín hiệu 2dây

Bảng 2.1 Thiết bị và chức năng từng loại điểm liên kết trong ISDN

2.2.5 Các loại ISDN Switch

Router cần phải khai báo loại switch mà nó giao tiếp Có rất nhiều loại ISDNswitch khác nhau tùy theo từng nơi Do sự triển khai Q.031 khác nhau nên giaothức tín hiệu kênh D trên mỗi loại switch của mỗi hãng cũng khác nhau

Dịch vụ được cung cấp bởi các nhà cung cấp dịch vụ ISDN rất khác nhautheo từng quốc gia và từng vùng trên thế giới Giống như modem mỗi loại switchhoạt động khác nhau và có yêu cầu thiết lập cuộc gọi khác nhau Trước khirouter có thể kết nối vào dịch vụ ISDN nó cần phải được khai báo loại switchđang được sử dụng ở tổng đài của nhà cung cấp dịch vụ Thông tin này phảiđược khai báo khi cấu hình router sao đó router có thể giao tiếp với switch đểthiết lập cuộc gọi và gửi dữ liệu

Hình 2.9 Sử dụng các kiểu Switch ở một số nước

Ngoài việc xác định loại switch của nhà cung cấp dịch vụ, còn phải biết sốSPID là chỉ số được nhà cung cấp bởi nhà cung cấp dịch vụ ISDN, được dùng đểxác định cấu hình dịch vụ BRI cho mỗi liên kết SPID cho phép thực hiện nhiềuthiết bị ISDN cùng chia sẽ một kết nối Switch DMS – 100 và National ISDn – 1thường yêu cầu phải có số SPID

SPID chỉ được sử dụng ở Bắc Mỹ và Nhật Nhà cung cấp dịch vụ ISDN cungcấp số SPID để xác định cấu hình dịch vụ ISDN trên mỗi kết nối Do đó trongnhiều trường hợp chúng ta cần phải nhập số SPID khi cấu hình router

Mỗi số SPID tương ứng với một cấu hình cho một kết nối Số SPID bao gồmnhiều ký tự thường hay giống như số điện thoại Mỗi số SPID xác định một kênh

B cho switch ở tổng đài trung tâm Một khi đã xác định , switch sẽ cung cấpdịch vụ cho kết nối Nên nhớ ISDN là loại kết nối quay số Số SPID được xử lýkhi router thiết lập kết nối với ÍDN switch Nếu loại switch này yêu cầu phải có

số SPIA mà số SPID lại không được khai báo đúng thì quá trình thiết lập kết nối

sẽ không thực hiện được, dịch vụ ISDN cũng không sử dụng được

2.3 Công nghệ ATM

2.3.1 Sự ra đời của mạng ATM

Trong những thập kỹ gần đây, công nghệ viễn thông và các ngành côngnghệ phụ trợ đã phát triển hết sức nhanh chóng Sự phát triển đó đã tạo ra nhiều

hệ thống viễn thông với các tính năng khác nhau Tuy nhiên mỗi hệ thống viễnthông thường chỉ được thiết kế để phục vụ cho một hoặc một số dịch vụ nhấtđịnh

Mạng tổ hợp đa dịch vụ ISDN ra đời nhằm mục đích xây dựng một hệthống viễn thông có khả năng đáp ứng được tất cả các loại dịch vụ trong mộtmạng duy nhất Mạng tổ hợp đa dịch vụ số băng rộng (B-ISDN) là mạng cókhả năng đáp ứng các yếu tố đó Do yêu cầu đáp ứng được đa dịch vụ trong đó

có các dịch vụ băng rộng, mạng B-ISDN không thể sử dụng các công nghệchuyển mạch kênh và chuyển mạch gói thông thường Vì vậy kiểu truyềnkhông đồng bộ ATM (Asynchonous Transfer Mode) đã được ITU-T khuyếnnghị sử dụng trong mạng B-ISDN, do đó mạng B-ISDN còn có thể gọi là mạngATM

ATM có khả năng phục vụ cho các dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyểnmạch gói theo hướng đa phương tiện hay đơn phương tiện, theo kiểu hướngliên kết (Connection – Oriented) hoặc không liên kết (Connectionless) ATMcung cấp các cuộc nối thông qua các chuyển mạch, các cuộc nối cố định hoặcbán cố định, các cuộc nối từ điểm đến điểm hoặc từ điểm đến nhiều điểm vàcung cấp các dịch vụ theo yêu cầu

2.3.2 Các đặc điểm chính của ATM

Trong kiểu truyền không đồng bộ, thuật ngữ tuyền bao gồm cả lĩnh vựctruyền dẫn và chuyển mạch ATM là một công nghệ được thiết kế để truyền dữliệu, âm thanh, video với tốc độ cao thông qua mạng công cộng và tư nhânbằng việc sử dụng công nghệ chuyển tiếp tế bào ATM có những đặc điểmquang trọng sau:

• Dữ liệu được truyền dưới dạng các tế bào ATM (ATM cell) có kíchthước nhỏ và cố định là 53 bytes Việc truyền tin với tốc độ cao cùngcác tế bào nhỏ làm giảm trễ truyền dẫn đáp ứng cho các dịch vụ thời

gian thực, ngoài ra kích thước nhỏ còn tạo ra điều kiện cho việc hợpkênh ở tốc độ cao được dễ dàng hơn.

• Khả năng nhóm một vài kênh ảo (Virtual Channel) thành một đường ảo(Vitural Path) nhằm giúp cho việc định tuyến được dễ dàng hơn

Hình 2.10 : So sánh giữa truyền đồng bộ (STM) và không đồng bộ (ATM)Trong dạng truyền đồng bộ (STM), các phần tử số liệu tương ứng với kênh

đã cho được nhận biết bởi vị trí của nó trong khung truyền dẫn Trong khi ởATM các gói thuộc về một cuộc nối lại tương ứng với các kênh cụ thể và nóxuất hiện tại bất kỳ vị trí nào

Phần tử dữ liệu dùng trong mạng ATM là các tế bào ATM có kích thước cốđịnh là 53 bytes Phần tiêu đề của tế bào (5 bytes) dùng để mang các thông tincần thiết cho việc nhận dạng các tế bào Cách thức truyền tế bào phụ thuộc vàoyêu cầu và tính chất của dịch vụ và tài nguyên trên mạng

Tính toàn vẹn của chuỗi tế bào được đảm bảo khi truyền qua mạng ATM.Nói một cách khác các tế bào thuộc về cùng một kênh ảo luôn được truyền theomột thứ tự nhất định

ATM sử dụng kỹ thuật truyền theo kiểu hướng liên kết (Connection –Oriented) Một cuộc nối ở lớp ATM bao gồm một chặng hay nhiều chặng(Link), mỗi chặng được gán một số liệu nhận danh không đổi trong suốt cuộcnối Các số liệu nhận dạng này là kênh ảo và đường ảo Tuy vậy ATM cũngcung cấp một số giao thức cho các dịch vụ truyền số liệu không liên kết(Connectionless)

ATM cho phép hoạt động không đồng bộ giữa phía phát và phía thu Sựkhông đồng bộ này có thể được xử lý dễ dàng bằng việc chèn hay tách các tế

bào không phân nhiệm (tế bào rỗng) đó là các gói không mang thông tin Mộttrong nhiều đặc tính đặc biệt của ATM là nó có khả năng đảm bảo vận chuyểntin cậy bất cứ loại dịch vụ nào không cần quan tâm đến tốc độ (tốc độ khôngđổi hay tốc độ thay đổi), yêu cầu chất lượng hoặc đặc tính bùng nổ tự nhiên củalưu lượng ATM có thể áp dụng cho môi trường mạng Ngoài ra các tế bàoATM có độ dài đồng nhất do vậy việc định tuyến, chèn hay tách ghép tế bàođược thực hiện nhanh hơn mà không cần quan tâm đến thông tin được mangtrong tế bào ATM.

2.3.3 Các ưu điểm của ATM

Công nghệ Atm đac kết hợp các ưu điểm của chuyển mạch kênh và chuyểnmạch gói Công nghệ này đã loại bỏ được những hạn chế của kỹ thuật STM.Những ưu điểm chính của ATM là:

• Khả năng truyền dẫn các dịch vụ với các tốc độ khác nhau: công nghệATM sử dụng các tế bào kích thước nhỏ, cố định và khả năng phân bốdãi thông linh hoạt nên trong mạng ATM tốc đọ truyền của các kênhkhông bị hạn chế váo các tốc độ chuẩn như trong STM Tốc độ các dịch

vụ trong mạng ATM có thể thay đổi rất lớn Thêm vào đó tốc đọ dịc vụcho phép thay đỏi rất nhanh, mang tính đột biến

• Khả năng truyền dẫn các dịch vụ với tốc độ cao Trong mạng ATM việc

xử lý chuyển mạch thực hiện hoàn toàn bằng thiết bị phần cứng và trongcác nút chuyển mạch không có yêu cầu điều khiển luồng, điều khiển lỗinhư trong mạng STM nên giảm tối thiểu thời gian xử lý ở nút chuyểnmạch Điều này cho phép tốc độ xử lý nhanh do đó tốc độ mạng ATM làrất lớn

• Khả năng ghép/phân kênh dễ dàng: việc ghép/phân kênh trong mạngATM chỉ dựa trên các chỉ số nhận dạnh kênh nên các kênh với tốc độtruyền khác nhau hoàn toàn có thể được ghép/phân kênh dễ dàng

• Việc quản lý điều hành mạng dễ dàng: việc thiết lập hay hủy bỏ cáccuộc nối dựa vào các nhóm kênh ảo, đường ảo nên dễ dàng thiết lập hayhủy bỏ các cuộc gọi

• Khả năng sử dụng hiệu suất đường truyền, các tế bào ATM có thể đượcgán cho các kênh một cách linh động, khi đường truyền rỗi sẽ đượctruyền đi nhờ tăng hiệu suất đường truyền

• Trễ nhỏ: việc sử dụng các tế bào có kích thước nhỏ, sử dụng đườngtruyền tốc độ cao cho phép đạt được độ trễ nhỏ.

2.3.4 Các dịch vụ mà ATM cung cấp

• Dịch vụ CBR (Constant Bit Rate) – trong dịch vụ này, tốc độ truyền của các

tế bào là không thay đổi như trong dịch vụ thoại, video Thường dịch vụnày yêu cầu tỷ lệ mất tế bào thấp, trễ nhỏ

• Dịch vụ VBR (Variable Bit Rate) – trong dịch vụ này tốc độ truyền thayđổi, các dịch vụ VBR được chia làm hai loại: VBR yêu cầu thời gian thực

và VBR không yêu cầu thời gian thực

• Dịch vụ ABR (Available Bit Rate) – dịch vụ bit có sẵn, dịch vụ này chỉ cótrong mạng ATM Tỷ lệ mất tế bào và sự thay đổi trễ truyền không đượcchuẩn hóa Căn cứ vào các trạng thái lưu lượng mạng ATM sẽ cho phépngười sử dụng truyền với tốc độ không thấp hơn tốc độ tối thiểu đã đăng kývới mạng

• Dịch vụ UBR (Unspecifed Bit Rate) – dịch vụ này được đưa ra nhằm khaithác tối đa khả năng của mạng ATM Dịch vụ không phụ thuộc vào trạngthái của mạng do dịch vụ này không quan tâm đến mất tế bào hay các thông

số QoS khác

2.3.5 Mô hình tham chiếu giao thức của ATM

Cấu trúc mạng ATM về mặt logic gồm bốn lớp độc lập với nhau Bốn lớpnày được liên kết với nhau thông qua ba mặt phẳng: mặt phẳng người sử dụng(User Plane), mặt phẳng điều khiển (Control Plane) và mặt phẳng quản lý(Management Plane)

Hình 2.11 : Mô hình tham chiếu giao thức ATMMặt phẳng người sử dụng (User Plane) – dòng thông tin tới các lớp trong

mô hình được điều khiển trong User Plane, mặt phẳng này còn có các chứcnăng như sử đổi truyền dẫn, điều khiển tắc nghẽn, giám sát dòng dữ liệu

Mặt phẳng điều khiển (Control Plane) – chịu trách nhiệm thiết lập, giảiphóng và giám sat các kết nối ATM có cơ chế truyền định hướng liên kết điềunày có nghĩa là mỗi kết nối trong lớp ATM trước tiên phải được gán một bộphận nhận dạng số duy nhất thông qua các thủ tục báo hiệu của mặt phẳng điềukhiển Số này có thể là bộ phận nhận dạng đường ảo (VPI) hoặc bộ nhận dạngkênh ảo (VCI)

Mặt phẳng quản lý (Management Plane) – có hai chức năng là quản lý mặtphăng và quản lý lớp Quản lý mặt phẳng phối hợp các chức năng và thủ tụccảu các mặt phẳng quản lý Quản lý mặt phẳng chịu trách nhiệm về các chứcnăng như báo hiệu trao đổi và dòng thông tin OAM để điều khiển các thủ tụcbáo hiệu (nghĩa là báo hiệu cho báo hiệu) Thông tin về OAM được dùng đểgiám sát chất lượng mạng và quản lý lưu trữ tại lớp ATM

• So sánh mô hình tham chiếu giao thức ATM với mô hình OSI

Hình 2.12 : Mối quan hệ giữa mô hình ATM và OSI

Mô hình tham chiếu ATM không tương thích hoàn toàn với mô hình OSI.Tùy theo từng trường hợp cụ thể mà xem xét mô hình tham chiếu của ATMtương đương với các lớp khác nhau của mô hình OSI Khi xét với các chứcnăng bên trong không thuộc ATM (IP, IPX…) thì lớp vật lý của ATM tươngđương với lớp 1 trong mô hình OSI, lớp ATM và ALL tương ứng với lớp 2 của

mô hình OSI, nhưng trường địa chỉ trong phần tiêu đề của tế bào ATM lại có ýnghĩa như lớp 3 của mô hình OSI.

Các lớp trong mô hình tham chiếu ATM gồm có: lớp vật lý, lớp ATM, lớptương thích ATM (AAL) và các lớp bật cao hơn Chức năng của các lớp đượcchỉ ra trong bảng sau:

• Nhận/gửi các PDU từ/đến các lớp cao hơn và tạo dạng CS–PDU

• Kiểm tra sự khôi phục chính xác các CS–

PDUs

• Phát hiện sự mất các tế bào của CS–PDU

• Cung cấp một vài chức năng AAL trong phần tiêu đề CS–PDU

• Chèn các tế bào bổ sung vào CS–PDU

• Điều khiển luồng, gửi các thông điệp trả lời hoặc yêu cầu truyền lại các tế bào lỗi

Lớp con tạo

và tháo

tế bào (SAR)

• Tạo các tế bào từ PDU, khôi phục các PDUs từ tế bào

CS-• Tạo ra trường kiểu đoạn nhử BOM, COM, EOM,SSM

• Kiểm tra vòng CRC của trường dữ liệu của tế bào

• Tạo ra hai Bytes tiêu đề và hai Bytes cuối cùngcủa SAP-PDU

ATM

• Điều khiển luồng chính

• Tạo ra hoặc phân tách tiêu đề của tế bào

• Đọc và thay đổi phần tiêu đề của tế bào

• Thực hiện phân/ghép kênh các tế bào

• Thêm vào hoặc lấy ra các tế bào trống (khửghép giữa tốc độ tế bào và tốc dộ truyền dẫn).

• Tạo và kiểm tra mã HEC

• Nhận biết giới hạn của tế bào

• Biến đổi dòng tế bào thành các khung phù hợpvới hệ thống truyền dẫn

• Phát/khôi phục các khung truyền dẫn

Lớp con đường truyền vật lý (PM)

• Đồng bộ bit

• Thu phát số liệu

• Lớp vật lý

Sự khác nhau của lớp vật lý ATM với lớp vật lý trong mô hình OSI là trong

mô hình OSI tại lớp này công việc của nó liên quan đến việc truyền tải cácphần tử bé nhất đó là các bits từ điểm này đến điểm khác Còn trong ATMphần tử bé nhất lại là tế bào Vì vậy chức năng chính của lớp vật lý trong ATM

là tải các tế bào và chức năng này được thực hiện bởi lớp con hội trụ truyềndẫn Lớp con này đứng trên lớp con đường vật lý Do vậy trong ATM lớp vật

lý được chia thành hai lớp con là:

o Lớp đường truyền vật lý (PM) liên quan đến các chức năng thôngthường của lớp vật lý như khả năng truyền dẫn các bits, mã hóa, giải mã,biến đổi quang điện…

o Lớp con hội tụ truyền (TC) thực hiện các chức năng như chèn hoặc táchcác tế bào trống, tạo và xử lý mã điều khiển lỗi tiêu đề, nhận biết giớihạn tế bào, khuôn dạng tế bào, phối hợp tốc độ tải trọng của các khuôndạng vận chuyển khác nhau được sử dụng tại lớp vật lý

Theo hướng từ lớp vật lý tới lớp ATM, luồng số liệu chuyển tải qua ranhgiới giữa hai lớp là luồng các tế bào hợp lệ Tế bào hợp lệ là tế bào có đầu tếbào không bị lỗi Việc kiểm tra lỗi đầu tế bào được thực hiện ở lớp con TC.Theo hướng ngược lại, từ lớp ATM tới lớp vật lý, luồng tế bào ATM được

ghéo thêm thôngtin phân tách tế bào và thông tin về triển khai và bảo dưỡng(OAM) liên quan đến luồng tế bào

• Lớp ATM

Lớp ATM là thành phần chủ yếu của mạng ATM, nằm trên lớp vật lý, cácdịch vụ chính của mạng đều có thể tìm thấy ở lớp này Các chức năng của lớpATM hoàn toàn độc lập với các chức năng của lớp vật lý Lớp ATM có cácchức năng chuển các tế bào từ lớp tương thích ATM (ALL) đến lớp vật lý đểtruyền đi và ngược lai từ lớp vật lý đến lớp ALL để sử dụng tại hệ thống mới.Các đơn vị thông tin trong lớp ATM là các tế bào Mỗi tế bào có một bộ nhậndạnh số chứa trong Header để gắn nó tới kết nối xác định

ATM sử dụng các đấu nối ảo để vận chuyển thông tin và được chia làm haimức: mức đường ảo và mức kênh ảo

o Kênh ảo VC (Virtual Chanel) là kênh thông tin cung cấp khả năngtruyền đơn hướng các tế bào ATM

o Đường ảo VP ( Virtual Path) là sự kết hợp có tính chất logic hoặc củamột nhóm các kênh ảo thành một “bó” mà có cùng một đặt tính lưulượng và được truyền đi cùng một đường trong mạng Một đường truyềnvật lý ( như cáp quang chẳng hạn) có thể có chứa nhiều đường kết nốiảo

Hình 3 Sự kết hợp các kênh ảo và đường ảoCuộc nối kênh ảo VCC (Virtual Chanel Connectin) là tập hợp của một sốliên kết Theo ITU-T, VCC là sự móc nối của các liên kết kênh ảo giữa haiđiểm truy nhập vào lớp tương thích ATM Thực chất VCC là một đường nốilogic giữa hai điểm dùng để truyền các tế bào ATM Thông qua VCC thứ tựtruyền các tế bào ATM sẽ được bảo toàn Có 4 phương pháp được dùng đểthiết lập một cuộc nối kênh ảo tại giao diện UNI

o Các VCC cố định hay bán cố định được thiết lập tại thời điểm địnhtrước mà không cần báo hiệu

o Một VCC được thiết lập hoặc giải phóng bằng cách sử dụng một thủ tụcbáo hiệu trao đổi

o Thiết lập hoặc giải phóng một VCC đầu cuối được thực hiện bằng mộtthủ tục báo hiệu từ người sử dụng đến mạng

o Nếu một VPC đang tồn tại, thì một VCC trong VPC này có thể đượcthiết lập hoặc giải phóng bằng việc sử dụng một giao thức báo hiệu từngười sử dụng tới người sử dụng

Cuộc nối đường ảo VPC (Virtual Path Connection) là sự móc nối của một

số liên kết đường ảo VPC là sự kết hợp logic của các VCC Trong một VPCmỗi liên kết kênh ảo đều có một số nhận dạng VCI (Virtual ChannelIndentifier) riêng Tuy vậy những VC thuộc về các VP khác nhau có thể cócùng số VCI Có 3 phương pháp sau được sử dụng để thiết lập hoặc giải phóngmột VPC giữa các điểm cuối VPC:

o Một VPC được thiết lập hoặc giải phóng dựa trên một kênh định trước

và do đó không cần thủ tục báo hiệu

o Việc thiết lập hoặc giải phóng VPC có thể được điều khiển bởi kháchhàng Các thủ tục quản lý mạng dùng cho mục đích này

o Một VPC cũng có thể được thiết lập hoặc giải phóng bởi mạng sử dụngcác thủ tục quản lý mạng

Nhiệm vụ trung tâm của lớp ATM là biến đổi địa chỉ mạng ở lớp cao thànhcác giá trị VPI và VCI tương ứng Các giá trị VPI và VCI được tạo ra dựa trên

số liệu nhận dạng của điểm truy cập dịch vụ SAP Tại đầu thu, trường tiêu đềđược tách ra khỏi tế bào ATM Tại đây giá trị VPI và VCI được dùng để nhândạng điểm truy cập dịch vụ

Phân kênh và hợp kênh tế bào: Tại đầu phát các tế bào thuộc về các kênh ảo

và đường ảo khác nhau được hợp thành mọt dòng tế bào duy nhất Tại đầu thudòng tế bào ATM được phân thành các đường ảo và kênh ảo độc lập để di tớicác thiết bị

Biến đổi VPI/VCI: Nếu các tế bào được định tuyến thông qua các chuyểnmạch ATM hoặc các nút nối xuyên thì các giá teị VPI/VCI đưa tới các thiết binày cần phải được biến đổi thành các giá trị VPI/VCI mới để xác định đích mớicủa tế bào

• Lớp tương thích ATM (ALL)

Như trong mô hình tham chiếu giao thức ATM lớp ALL và các lớp cao hơncung cấp các giao tiếp và dịch vụ cho các ứng dụng đầu cuối như chuyển tiếpkhung, dịch vụ dữ liệu chuyển mạch Gigabit, giao thức Internet và các giaodiện chương trình ứng dụng

Nhiệm vụ của lớp AAL là tạo ra sự tương thích giữa lớp ATM và các dịch

vụ ở các lớp cao hơn Các chức năng bên trong ALL quy định người sử dụnggửi luồng dữ liệu đến các lớp cao hơn tại phía thu trong đó chú ý đến ảnhhưởng do lớp ATM sinh ra

Trong lớp ATM, luồng dữ liệu có thể bị sai lệnh do sai lỗi trong truyền dẫnhoặc tế bào bị trễ do độ trễ của các bộ nhớ đệm bị thay đổi hoặc do tắc nghẽntrong mạng Từ đó, tế bào có thể bị mất hoặc phân phát nhầm địa chỉ Các giaothức AAL được sử dụng để giải quyết các vấn đề này Và đối với mỗi loại yêucầu chất lượng dịch vụ khác nhau thì có những AAL tương ứng khác nhau.Thông qua ALL các đơn vị dữ liệu giap thức PDU (Protocol Data Unit) ởcác lớp cao hơn được chia nhỏ và đưa xuống trường dữ liệu của tế bào ATM.AAL được chia thành lớp con là: lớp con phân đoạn và tái hợp SAR(Segmention And Reassembly) và lớp con hội tụ CS (Convergence Sublayer).

o Chức năng chính của SAR là chia các PDU của lớp cao hơn thành cácphần tương ứng với 48 Bytes của trường dữ liệu trong tế bào ATM tạiđàu phát Tại đầu thu SAR lấy thông tin trong trường dữ liệu của tế bàoATM để khôi phục lại PDU hoàn chỉnh

o Lớp con CS phụ thuộc vào loại dịch vụ Nó cung cấp các dịch vụ củalớp AAL cho các lớp cao hơn thông qua điểm truy cập dịch vụ SAR(Service Access Point) Để giảm thiểu các thủ tục của AAL, khuyếnnghị I.362 của ITU-T chia AAL thành 4 nhóm khác nhau tùy thuộc vàođặc điểm dịch vụ của chúng Việc phân loại lớp AAL chủ yếu dựa trên 3tham số là mối quan hệ về mặt thời gian, tốc độ bit và dạng truyền (haykiểu liên kết)

Loại A Loại B Loại C Loại DMối quan hệ

thời giangiữa đích và

Yêu cầu thời gian thực Không yêu cầu thời gian

thực

nguồnTốc độ

Mô tả quá trình hình thành tế bào ATM

Hình 2.13 : Quá trình hình thành tế bào

Trong đó: SDU (Service Data Unit) khối số liệu dịch vụ

PDP (Protocol Data Unit) khối số liệu giao thứcSAP (Service Access Point) điểm truy cập dịch vụ

2.3.6 Phương thức Chuyển mạch trong ATM

Trong ATM có hai thiết bị thực hiện các chức năng chuyển mạch các tếbào, đó là chuyển mạch ATM (chuyển mạch VC) và các bộ nối xuyên (chuyểnmạch VP)

Cấu trúc chuyển mạch ATM được chia làm hai phần là phần cứng và phầnmềm Phần cứng gồm giao diện các nút chuyển mạch có tác dụng làm cho dòngthông tin đi vào lõi chuyển mạc tương thích về tốc độ và dạng tế bào Phần lõithực hiện chức năng chuyển mạch các tế bào Phần mềm điều khiển nút chuyểnmạch ATM, nó gồm ba nhóm chức năng là xử lý lưu lượng qua nút chuyểnmạch, thực hiện các chức năng vận hành và bảo dưỡng và các chức năng quản

Hình 2.14 : Nguyên lý chuyển mạch ATMChuyển mạch ATM mang hai đặc tính: chuyển mạch gói do tính chất từng

tế bào ATM được truyền tải trong mạng một cách riêng biệt và chuyển mạch cókết nối do các kết nối giữa hai đàu cuối phải được thiết lập trước khi truyền tải

tế bào Khi đó các nút chuyển mạch ATM sẽ truyền tải các tế bào từ các tuyếnnối đên đến các tuyến nối đi trên cơ sở các thông tin định tuyến nằm trong phầnđầu tế bào và các thông tin lưu giữ ở từng nút chuyển mạch trong giai đoạnthiết lập kết nối Quá trình thiết lập kết nối tại từng nút chuyển mạch thực hiệnhai chức năng sau:

o Đối với từng kết nối, xác nhận giá trị nhận dạng kết nối (VCI) củatuyến nối đến, nhận dạng tuyến nối và tạo giá trị VCI của tuyến nốiđi

o Thiết lập bảng định tuyến tại từng nút chuyển mạch để xác định mốiquan hệ giữa các tuyến nối đến và tuyến nối đi của từng kết nối.VCI và VPI là thông tin nhận dạng kết nối trong tế bào ATM Để có thể xácđịnh chính xác từng kết nối, mỗi VP có giá trị VCI riêng Bước đầu tiên đểthiết lập kết nối giữa hai đầu cuối là xác định đường nối giữa thiết bị nguồn vàthiết bị đích Quá trình này kết thúc với kết quả là xác định được chuỗi cácchặng đường truyền dùng trong kết nối và các giá trị nhận dạng của chúng.Trong trường hợp chỉ có chuyển mạch VC, các thông tin giữa các nút chuyểnmạch kế tiếp nhay sẽ được trao đổi qua đường nối để thiết lập giá trị liên quanđến kết nối của bảng định tuyến Giá trị này điều khiển việc chuyển đổi VCIcủa tuyến nối đến thành VCI của tuyến nối đi Các tế bào sẽ được truyền tải khitất cả các bảng định tuyến thuộc đường nối được thiết lập Tại các nút chuyểnmạch, giá trị VCI cùng với tuyến nối đến sẽ được sử dụng để xác định tuyếnnối đi và giá trị VCI mới của từng tế bào đến

Đối với chuyển mạch VC/VP quy trình xảy ra tương tự như trong chuyểnmạch VC, khác nhau chủ yếu liên quan số lượng các bảng định tuyến dùng chomột kết nối

Trong mạng ATM, các ứng dụng khác nhau có thể yêu cầu các dạng kết nốikhác nhau Nhưng nhìn chung có 4 dạng kết nối sau:

o Kết nối điểm – điểm: là kết nối được thiết lập giữa hai đầu cuối.Phần lớn các dịch vụ hiện nay nằm trong dạng kết nối này

o Kết nối điểm – đa điểm: là kết nối trong đó luồng tế bào được khởitạo từ nút nguồn được chia đến hai hoặc nhiều điểm kết nối Ví dụđặc trưng của dạng kết nối này là việc phân bổ tín hiệu video

o Kết nối đa điểm – điểm: là kết nối trong đó tín hiệ được khỏi tao từnhiều nút khác nhau và cùng được gửi tới một điểm cuối Ví dụ củakết nối này là trung tam thu nhập dữ liệu của hệ thống ngân hàng.

o Kết nối đa điểm – đa điểm: là kết nói trong đó thông tin được khởitao và tao đổi đồng thời giữa một nhóm nhiều khách hằng Điệnthoại hội nghị là một ví dụ của kết nối này

2.4 Công nghệ Frame Relay

2.4.1 Giới thiệu về Frame Relay

Frame Relay là chuẩn của ITU-T và ANSI Frame Relay là dịch vụ WANchuyển mạch gói theo hướng kết nối Frame Relay hoạt động ở lớp liên kết dữliệu của mô hình OSI Frame Relay sử dụng 1 phần giao thức HDLC làm giaothức LAPF Frame Relay thực hiện truyền frame giữa thiết bị của người dùngDTE và thiết bị DCE tại ranh giới của mạng WAN

Hình 2.15 : Kết nối DTE và DCEBan đầu Frame Relay được thiết kế để cho phép thiết bị ISDN có thể truyvào dịch vụ chuyển mạch gói trên kênh B Nhưng bây giờ Frame Relay đã làmột công nghệ hoàn toàn độc lập

Mạng Frame Relay có thể thuộc sở hữu riêng của người dùng nhưng thôngthường là được cung cấp bởi các công ty dịch vụ viễn thông

Frame Relay thường được để sử dụng để kết nối các mạng LAN MỗiRouter biên giới của một mạng LAN là một DTE Một kết nối nối tiếp, ví dụ:E1/T1 sẽ kết nối vào Frame Relay switch gần nhất của nhà cung cấp dịch vụ.Frame Relay switch chính là thiết bị DCE

Thiết bị máy tính không nằm trong một mạng LAN cũng có thể gửi dữ liệuqua mạng Frame Relay Thiết bị máy tính này sử dụng thiết bị truy cập FrameRelay làm DTE

2.4.2 Các thuật ngữ của Frame Relay

Kết nối giữa hai DTE qua mạng Frame Relay được gọi là kết nối ảo (VC).Các kết nối ảo chuyển mạch (SVC) có thể được thiết lập tự động bằng cách gửi

đi các thông điệp báo hiệu Tuy nhiên SVC không được sử dụng phổ biến lắm.Kết nối ảo cố định PVC được sử dụng phổ biến hơn với cấu hình định trướccủa nhà cung cấp dịch vụ Trên mỗi Frame Relay switch có lưu giữ sơ đồ ánh

xạ giữa port vào và port ra tương ứng với mỗi VC Do đó mỗi kết nối VC đượcthiết lập từ 1 điểm cuối thông qua các switch đến điểm cuối được xác định duynhất

Hình 2.16 : Sơ đồ kết nối các mạng ảoFrame Relay được thiết kế để hoạt động trên đường truyền số chất lượngcao, Frame Relay không có cơ chế khắc phục lỗi Nếu thiết bị nào trên đườngtruyền phát hiện frame bị lỗi thì hủy bỏ frame đó mà không cần thông báo lỗi.Mỗi router kết nối ảo vào mạng Frame Relay đều có thể có nhiều kết nối ảođến nhiều điểm cuối khác nhau Mỗi kết nối đầu cuối chỉ cần có một cổng vật

lý và một kết nối vật lý, trên đó thiết lập được nhiều kết nối ảo đến nhiều điểmđích khác nhau Do đó mạng Frame Relay giảm được nhiều chi phí lắp đặt vìkhông cần tạo mạng hình lưới với nhiều đường truyền vật lý Hơn nữa chúng tacòn tiết kiệm được tiền thuê bao vì dung lượng của đường truyền vật lý phụthuộc vào băng thông trung bình của các VC thay vì phụ thuộc vào chu cầutổng băng thông tối đa

Các kết nối VC trên cùng một đường truyền vật lý vẫn được phân biệt vớinhau vì mỗi VC có một chỉ số DLCI riêng Chỉ số DLCI được ghi trong mỗiframe dữ liệu truyền đi Chỉ số DLCI chỉ có ý nghĩa nội bộ, có nghĩa là nó chỉ

duy nhất đối với kênh vật lý mà nó thuộc về mà thôi Do đó thiết bị ở đầu bênkia có thể sử dụng một chỉ số khác để quy ước cho cùng một kết nối ảo VC.

Hình 2.17 : Chỉ số DLCI (Data Link Connection Identifier)2.4.3 Đóng gói Frame Relay

Đóng gói Frame Relay thực hiện theo phân lớp như sau:

− Nhận đóng gói dữ liệu từ lớp Mạng, ví dụ: gói IP hay IPX

− Đóng gói thành frame của Frame Relay

− Chuyển frame xuống lớp vật lý để truyền xuống đường truyền

Lớp vật lý thường là EIA/TIA-232, 449 hay 530, V.35, X.21 Frame củaFrame Relay sử dụng một phần định dạng của frame HDLC Do đó cũng cóphần cờ 01111110 Phần FCS được sử dụng để kiểm tra lỗi của frame Giá trịFCS được tính ra trước khi truyền frame đi và được ghi vào phần FCS củaframe Thiết bị nhận frame cũng tính lại giá trị FCS và so sánh với giá trị ghitrong frame nhận được Nếu hai giá trị giống nhau thì frame được tiếp xúc xử

lý Nếu hai giá trị khác nhau thì có nghĩa frame đó bị lỗi, lập tức frame bị hủy

bỏ và không hề thông báo lại cho thiết bị nguồn Việc kiểm soát lỗi được giaocho các lớp trên mô hình OSI đảm trách

Hình 2.18 : Đóng gói Frame Relay trong mô hình OSI

2.4.4 Băng thông và điều khiển luồng trong Frame Relay

Tốc độ đường truyền nối tiếp trong mạng Frame Relay chính là tốc độ truycập hay tốc độ port Tốc độ port thường nằm trong khoảng từ 64kb/s đến4Mb/s Một số nhà cung cấp dịch vụ còn cung cấp tốc độ đạt tới 45Mb/s

Trên một đường truyền vật lý hoạt động đồng thời có nhiều kết nối ảo PVC,mỗi PVC có một lượng băng thông riêng nhất định Băng thông này chính làbăng thông cam kết của nhà cung cấp dịch vụ, gọi là CIR Nhà cung cấp dịch

vụ đồng ý chấp nhận lượng bit này trên mỗi VC

Mỗi CIR có giá trị nhỏ hơn tốc độ port Nhưng tổng các CIR trên một portlại lớn hơn tốc độ port, thường là lớn hơn khoảng 2 hay 3 lần, vì các kênh ảohoạt động với dung lượng khác nhau tại mỗi thời điểm và không đồng thời sửdụng tối đa băng thông của mình

Khi truyền frame, mỗi bit được phát đi với tốc độ port Do đó nếu lượng bittrung bình trên VC đã bằng CIR thì sẽ phải có khoảng thời gian nghỉ giữa 2frame

Frame Relay switch cũng chấp nhận frame được gửi đi từ DTE với tốc độcao hơn CIR Như vậy mỗi VC có thể sử dụng băng thông theo nhu cầu lên đếnmức tối đa là tốc độ port Một số nhà cung cấp có thể quy ước mức độ tối đanày thấp hơn tốc độ port Mức chênh lệch giữa CIR và mức độ tối đa gọi làERI

Khoảng thời gian để tính tốc độ được gọi là Tc Số lượng bít trong 1 chu kìđược gọi là Bc Số lượng bít chênh lệch giữa Bc và mức tối đa (là tốc độ vật lýcủa đường truyền) được gọi là Be

Mặc dù switch vẫn chấp nhận các frame được truyền với tốc độ cao vượtquá CIR, nhưng mỗi frame vượt tiêu chuẩn này được switch đánh đấu bằngcách đặt bít DE của frame lên 1

Switch có 1 đồng hồ đếm bít tương ứng với mỗi VC Khi switch nhận vào,nếu frame này vượt quá số lượng Bc thì frame sẽ được đánh dấu bít DE Khi

frame nhận vào sẽ bị hủy bỏ số lượng bit vượt quá Bc + Be Cuối mỗi chu kì

Tc switch sẽ khởi động lại đồng hồ đếm bit

Frame sau khi nhận vào switch sẽ được xếp hàng đợi chuyển ra Tuy nhiênnếu số lượng frame quá nhiều sẽ làm tràn hàng đợi, thời gian trễ sẽ tăng lên.Một số giao thức lớp trên có yêu cầu truyền lại khi không nhận được dữ liệusau 1 thời gian nhất định Nhưng do thời gian trễ quá lớn, yêu cầu truyền lạikhông thể thực hiện được Trường hợp này sẽ làm tụt giảm thông lượng mạngnghiêm trọng

Để tránh sự cố này, Frame Relay switch có chính sách hủy bớt frame tronghàng đợi để giữ hàng đợi không quá dài Những frame nào có bit DE sẽ đượcđặt lên hủy bỏ trước tiên

Khi switch nhận hàng đợi của nó đang tăng lên thì nó sẽ cố gắng tìm cáchlàm giảm dòng truyền frame từ DTE tới nó Switch thực hiện đặt bit báo nghẽnECN vào phần địa chỉ của frame mà switch sẽ truyền lại cho DTE

Bit FECN được cài đặt vào mỗi frame mà switch sẽ gửi ra đường truyềnđang bị nghẽn để thông báo nghẽn cho các thiết bị kế tiếp Bit BECN được càiđặt trong mỗi frame mà switch sẽ gửi ngược lại cho thiết bị trước nó DTE sẽnhận được các frame có bit ECN được cài đặt trong đó và sau đó giảm dòngtruyền frame lại cho đến khi không còn nghẽn mạch nữa

Nếu nghẽn mạch xảy ra trên đường kết nối giữa các switch thì DTE bêndưới cũng có thể nhận được thông báo nghẽn mạch mặc dù nó không phải làthiết bị gây ra nghẽn mạch

Các bit DEM, FECN, BECN là những bit nằm trong phần địa chỉ của frameLAPP

Hình 2.19 : Điều khiển băng thông trong Frame Relay2.4.5 Ánh xạ địa chỉ và mô hình mạng trong Frame Relay

Khi chúng ta cần liên kết nhiều mạng với nhau thì chúng ta cần quan tâmđến mô hình kết nối giữa các mạng

Nếu chúng ta chỉ cần kết nối hai mạng với nhau bằng kết nối điểm – nối –điểm thì lợi thế chi phí thấp của Frame Relay không đáng kể Frame Relay sẽ

có lợi về mặt chi phí nếu chúng ta liên kết nhiều mạng với nhau

WAN thường được liên kết với nhau theo cấu trúc hình sao Dịch vụ chínhđược đặt ở một mạng trung tâm và mỗi mạng ở xa cần truy cập dịch vụ thì kếtnối vào mạng trung tâm Với cách kết nối hình sao như vậy cho đường thuêriêng, chi phí sẽ được giảm tối đa

Hình 2.20 : Mô hình Frame Relay Hub and Spoke TopologyNếu chúng ta kết nối mạng hình sao cho Frame Relay, mỗi mạng ở xa sẽ cómột kết nối đám mây Frame Relay với một kết nối VC Mạng trung tâm cũng

có một kết nối vào đám mây Frame Relay nhưng trên đó có nhiều VC kết nốiđến các mạng xa Tiền cước của mạng Frame Relay không tính theo khoảngcách kéo cáp nên vị trí địa lý của mạng trung tâm không nhất thiết phải đặt ởgiữa

Hình 2.21 : Mô hình Frame Relay Full Mesh TopologyChúng ta nên chọn mô hình mạng hình lưới nếu các điểm truy cập dịch vụ

bị phân tán về mặt địa lý và đường truy cập có yêu cầu cao về độ tin cậy Vớimạng lưới, mỗi mạng lưới phải có đường kết nối tới tất cả các mạng còn lại.Tuy nhiên, không giống như đường truyền thuê riêng, chúng ta có thể triểnkhai mạng hình lưới trong Frame Relay mà không cần phải tăng thêm nhiều

VC trên một đường truyền vật lý và có thể nâng cấp mạng hình sao thành mạnghình lưới Khi ghép nhiều kênh VC vào một đường truyền, chúng ta cũng tậndụng băng thông đường truyền tốt hơn so với việc chỉ cấu hình một VC

2.4.6 Frame Relay LMI