Tổng quan về công nghệ truyền tải không đồng bộ ATM

Với công nghệ truyền không đồng bộ ATM cho phép chúng ta xây dựng cácmạng xơng sống có khả năng tơng thích nhiều chủng loại thiết bị, tốc độ truyền cao, sử dụng băng thông hiệu quả, băng

Lời mở đầu

Công nghệ viễn thông đã và đang phát triển nhanh chóng Mạng viễn thôngngày nay có khả năng cung cấp nhiều loại dịch vụ tới khách hàng, tuy nhiên nhiềuloại dịch vụ đợc cung cấp trên các mạng khác nhau dẫn đến việc khách hàng ( và cảnhà khai thác) phải đầu t chồng chéo Trong những năm 80 mạng tổ hợp số băng hẹpISDN đã đợc triển khai, thử nghiệm và thơng mại hoá

Tuy nhiên sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin và nhu cầu trao đổithông tin ngày càng tăng nhanh tới mức chóng mặt về cả số lợng và chất lợng thìmạng tích hợp băng hẹp đã nhanh chóng trở nên quá tải và không thể đáp ứng đợcmột khi có các yêu cầu bổ xung thêm vào các dịch vụ đòi hỏi băng thông lớn cũng

nh thời gian thực Mạng tổ hợp băng rộng B-ISDN đã ra đời đang dần từng bớc thaythế mạng thông tin băng hẹp tại nhiều quốc gia trên thế giới Mạng B-ISDN đáp ứngcác dịch vụ của truyền hình số, truyền hình có độ phân giải cao (HDTV), điện thoạitruyền hình với chất lợng cao, các dịch vụ truyền số liệu với tốc độ cao và nhiều cácloại dịch vụ khác

Năm 1988 ITU-T đã quyết định kiểu truyền dẫn không đồng bộ ATM sẽ làphơng pháp truyền cho mạng B-ISDN trong tơng lai Năm 1990 ITU-T đa ra 13khuyến nghị về phơng thức truyền dẫn không đồng bộ Chính những khuyến nghịnày đã đặt cơ sở cho mạng truyền dẫn không đồng bộ

Với công nghệ truyền không đồng bộ ATM cho phép chúng ta xây dựng cácmạng xơng sống có khả năng tơng thích nhiều chủng loại thiết bị, tốc độ truyền cao,

sử dụng băng thông hiệu quả, băng thông đủ rộng để thoả mãn các nhu cầu ngàycàng tăng của xã hội trong việc khai thác các dịch vụ liên mạng Internet

Để có thể hiểu rõ bản chất của công nghệ truyền dẫn không đồng bộ ATMcũng nh khai thác hiệu quả, áp dụng công nghệ mới phù hợp với nhu cầu sử dụng,khai thác các dịch vụ băng rộng, chất lợng cao, cũng nh khả năng kết nối các chủngloại khác nhau vào cùng một mạng thì việc tìm hiểu các vấn đề quản lý tài nguyêncũng nh quá trình trao đổi dữ liệu tại các lớp trong mô hình tham chiếu ATM là mộtviệc rất quan trọng

Với mục đích nêu trên, bản đồ án tốt nghiệp hớng tới việc tìm hiểu, trình bày

về công nghệ ATM và vấn đề quản lý tài nguyên mạng.Vì vâỵ nội dung của đồ ántốt nghiệp gồm 2 phần

 Phần A : Tổng quan về công nghệ truyền tải không đồng bộ ATM.

 Phần B : Vấn đề quản lý tài nguyên mạng.

ATM là một kỹ thuật rất mới và còn rất nhiều vấn đề đến nay vẫn cha đợcgiải quyết, ngay trong các tài liệu tham khảo cũng có những vấn đề cha đợc địnhnghĩa một cách rõ ràng hoặc cha thống nhất về quan điểm Do đó trong giới hạn bản

đồ án tốt nghiệp và thời gian, mặc dù rất cố gắng nhng bản đồ án này của em chắcchắn không tránh khỏi những thiếu sót , một số vấn đề cha đợc trình bày một cáchchặt chẽ Vì vậy em rất mong nhận đợc sự góp ý, hiệu chỉnh của các thầy cô giáo vàcác bạn

PhÇN A

TæNG QUAN VÒ C¤NG NGHÖ TRUYÒN t¶i

KH¤NG §åNG Bé atm

1.1 Các đặc điểm của mạng viễn thông ngày nay

Hiện nay, các mạng viễn thông hiện tại có các đặc điểm chung là tồn tại một

cách riêng rẽ, ứng với mỗi một loại dịch vụ thông tin lại có ít nhất một loại mạng

viễn thông riêng biệt để phục vụ dịch vụ đó Thí dụ:

 Mạng điện thoại công cộng, còn gọi là mạng POTS (Plain Old TelephoneService): ở đây thông tin tiếng nói đợc số hoá và chuyển mạch ở hệ thốngchuyển mạch điện thoại công cộng PSTN (Public Switched TelephoneNetwork)

 Mạng truyền số liệu: Bao gồm các mạng chuyển mạch gói để trao đổi số liệugiữa các máy tính dựa trên các giao thức của X.25 và hệ thống truyền số liệuchuyển mạch kênh dựa trên các giao thức X.21

 Các tín hiệu truyền hình có thể đợc truyền theo ba cách: Truyền bằng sóng vôtuyến, truyền qua hệ thống truyền hình CATV (Community Antenna TV)bằng cáp đồng trục hoặc truyền qua hệ thống vệ tinh, còn gọi hệ thống truyềnhình trực tiếp DBS (Direct Broadcast System)

Mỗi mạng trên đợc thiết kế cho các dịch vụ riêng biệt và không thể sử dụngcho các mục đích khác Thí dụ, ta không thể truyền tiếng nói qua mạng chuyểnmạch gói X.25 vì trễ qua mạng này lớn

Hậu quả là hiện nay có rất nhiều loại mạng khác nhau cùng song song tồn tại.Mỗi mạng lại yêu cầu phơng pháp thiết kế, sản xuất, vận hành và bảo dỡng khácnhau Nh vậy hệ thống mạng viễn thông hiện tại có rất nhiều nhợc điểm mà quantrọng là:

 Chỉ truyền đợc các dịch vụ độc lập tơng ứng với từng mạng

 Thiếu tính mềm dẻo: Sự ra đời của các thuật toán nén tiếng nói, nén ảnh vàtiến bộ trong công nghệ VLSI ảnh hởng mạng mẽ tới tốc độ truyền tín hiệu.Ngoài ra còn có nhiều dịch vụ truyền thông trong tơng lai mà hiện nay cha dự

đoán đợc, mỗi loại dịch vụ sẽ có tốc độ truyền khác nhau Ta dễ dàng nhậnthấy rằng hệ thống hiện nay rất khó thích nghi với yêu cầu của các dịch vụkhác nhau trong tơng lai

 Kém hiệu quả trong việc bảo dỡng, vận hành cũng nh việc sử dụng tàinguyên Tài nguyên sẵn có trong một mạng không thể chia sẻ cho các mạngkhác cùng sử dụng

1.2 Sự ra đời của hệ thống viễn thông mới - B-ISDN

Nh đã nêu ở trên, yêu cầu có một mạng viễn thông duy nhất ngày càng trởnên bức thiết, chủ yếu là do các nguyên nhân sau:

 Các yêu cầu dịch vụ băng rộng đang lên

 Các kỹ thuật xử lý tín hiệu, chuyển mạch, truyền dẫn ở tốc độ cao (cỡ khoảngvài trăm Mbit/s với vài Gbit/s) đã trở thành hiện thực

 Tiến bộ về khả năng xử lý ảnh và số liệu

 Sự phát triển của các ứng dụng phần mềm trong lĩnh vực tin học và viễnthông

 Sự cần thiết phải tổ hợp các dịch vụ phụ thuộc lẫn nhau ở chuyển mạch kênh

và chuyển mạch gói vào một mạng băng rộng duy nhất So với các mạngkhác, dịch vụ tổ hợp có nhiều u điểm về mặt kinh tế, phát triển, thực hiện,vận hành và bảo dỡng

 Sự cần thiết phải thoả mãn tính mềm dẻo cho các yêu cầu về phía ngời sửdụng cũng nh ngời quản trị mạng (về mặt tốc độ truyền, chất lợng dịch

vụ v.v.)

Từ những yêu cầu trên mà mạng tổ hợp dịch vụ số băng rộng (BISDN Broadband Integrated Services Digital Network) đã ra đời, B-ISDN cung cấp cáccuộc nối thông qua chuyển mạch, các cuộc nối cố định (Permanent) hoặc bán cố

-định (Semi-Permanent), các cuộc nối từ điểm tới điểm hoặc từ điểm tới nhiều điểm

và cung cấp các dịch vụ theo yêu cầu, các dịch vụ dành trớc hoặc các dịch vụ yêucầu cố định Cuộc nối trong B-ISDN phục vụ cho cả các dịch vụ chuyển mạch kênh,chuyển mạch gói theo kiểu đa phơng tiện (Multimedia), đơn phơng tiện(Monomedia), theo kiểu hớng liên kết (Connection-Oriented) hoặc không liên kết(Connectionless) và theo cấu hình đơn hớng hoặc đa hớng.B-ISDN là một mạngthông minh có khả năng cung cấp các dịnh vụ cải tiến, cung cấp các công cụ bảo d-ỡng và vận hành (OAM), điều khiển và quản lý mạng rất hiệu quả

1.3 Khái niệm về ATM và khả năng của ATM

1.3.1 Khái niệm về ATM

Ngời ta đã nghiên cứu và biết rằng tất cả các loại thông tin đều có tính chấtbột phá bùng nổ và không bao giờ là liên tục

Hãy thử phân tích tiếng nói Quan sát hai ngời đang nói chuyện ta sẽ thấynăng lợng tiếng nói phát ra liên tục bị ngắt quãng do ngời nói phải dừng lại nghỉ haynghe ngời kia nói Từ rất lâu rồi, những năm đầu thập kỷ 60, khi nghiên cứu tín hiệutiếng nói, ngời ta đã tìm ra đợc rằng năng lợng âm thanh chỉ đợc phát ra trong 40%của thời gian nói chuyện Nh vậy là nếu ta tận dụng đợc thời gian không nói ấy choviệc khác thì thực tế ta đã tăng thông lợng đờng truyền lên gấp 2 lần mà nó đặc biệt

có ý nghĩa đối với những đờng truyền dài Và từ đó có ý tởng là truyền những số liệukhác nh th tín điện tử trong thời gian im lặng đó Qua nghiên cứu thông tin truyền sốliệu, ngời ta thấy rằng thông tin truyền số liệu có đặc tính là bột phá, bùng nổ, và tínhiệu hình video cũng vậy

Với những hệ thống chuyển mạch tơng tự (Analog) thông thờng trớc đây( Circuit Switching ), một cuộc gọi sau khi đợc hình thành sẽ chiếm toàn bộ băngthông của mạch đó Còn với hệ thống chuyển mạch số (Digital) sau này thì toàn bộtốc độ truyền một rãnh thời gian (Single Time Slot) của mỗi khung truyền đợc gáncho cuộc gọi Phơng pháp này đợc gọi là ghép kênh theo thời gian (Time DivisionMultiplexing) Trong một chu kỳ của khung truyền, nó sẽ phát ra một số bít nhất

định của tín hiệu số ( ví dụ 8 bít đại diện cho một mức của một mức tín hiệu điệnthoại analog) và nhóm bit này sẽ đợc nhóm ở trong một rãnh thời gian nhất định đợc

trong suốt cuộc gọi.

Trong chuyển mạch gói (Packet Switching), thay bằng việc tổ chức cácnhóm 8-bit đa vào kênh thời gian nhất định nào đó, số liệu đợc đóng thành các góilớn gồm nhiều byte Kích thớc của nó có thể thay đổi dựa theo nhu cầu truyền nhngkhông vợt quá một số cho phép nào đó (ví dụ 4048 byte) Mỗi một gói đợc gửi đi tớicác nút mạng nh là một chuỗi các bit liên tục nhau và nó chiếm toàn bộ băng thôngcủa đờng truyền Nếu không có thông tin thì không có gói, nếu có nó sẽ kiểm tra đ -ờng truyền nếu sẵn sàng thì nó sẽ gửi gói đó đi Mỗi gói có nhãn hiệu ghi nó thuộc

đờng nào Do đó các gói của các đờng khác nhau có thể đợc truyền đi, xen lẫn trêncùng một đờng truyền Nhãn hiệu đó đợc sử dụng ở các nút để xem gói đợc truyền

đi từ đâu và tới đâu, do đó các nút chuyển mạch của mạng có thể chuyển các gói đó

đi đúng tuyến để đi đến địa chỉ cần đến, và tiếp theo là một loạt các công việc để

đảm bảo gói đi đúng thứ tự, không bị sai lỗi …Tóm lại là bằng phTóm lại là bằng phơng pháp này đãgiúp cho việc sử dụng băng thông tốt hơn là chiếm cố định một đờng cho một cuộcgọi nh phơng pháp chuyển mạch thông thờng vì khi một đờng không dùng ( nghỉ )thì đờng khác có thể dùng băng thông đó để truyền số liệu của mình Một nhợc điểmcủa nó là thời gian trễ : Khi mà một gói đang truyền đi rõ ràng là gói tiếp theo chỉ đ -

ợc truyền đi sau khi việc truyền gói trớc kết thúc Do đó một kết nối không thể đảmbảo là nó sẽ đợc cung cấp một tốc độ truyền cố định Ngoài ra nó còn bị ảnh hởngrất nhiều bởi điều khiển lu lợng cũng nh có sự tắc nghẽn trong lu thông, điều màkhông bao giờ xảy ra trong chuyển mạch thông thờng

Để giải quyết những nhợc điểm trên ngời ta đa ra công nghệ ATM là sự tổ

hợp các u điểm của 2 phơng thức trên B-ISDN theo ITU-T dựa trên cơ sở kiểu

truyền không đồng bộ (ATM - Asynchronous Transfer Mode) Nh vậy ATM sẽ là

nền tảng của B-ISDN trong tơng lai

Trong ATM để giải quyết tính ngắt quãng của số liệu truyền của các loạinguồn số liệu phát thông thờng, nâng cao hiệu suất sử dụng đờng truyền ngời tadùng kỹ thuật chuyển mạch gói Nhng ở trong ATM các gói đó rất nhỏ và có độ dài

cố định là 53 byte gọi là tế bào ATM Và thế là giống nh công nghệ ghép kênh theothời gian với việc tạo ra các rãnh thời gian (cell slot ) bằng thời gian truyền một tếbào để cho các tế bào đợc truyền đi

Hình 1 1: Cấu trúc khung thời gian trong STM

Hình 1 2: Cấu trúc luồng thông tin trong ATM Trong kiểu truyền không đồng bộ, thuật ngữ "truyền" bao gồm cả lĩnh vực

truyền dẫn và chuyển mạch, do đó "dạng truyền" ám chỉ cả chế độ truyền dẫn vàchuyển mạch thông tin trong mạng

Thuật ngữ "không đồng bộ" giải thích cho một kiểu truyền trong đó các gói

trong cùng một cuộc nối có thể lặp lại một cách bất thờng nh lúc chúng đợc tạo ra

theo yêu cầu cụ thể mà không theo chu kỳ

Để minh hoạ, hình 1.1 và 1.2 biểu diễn sự khác nhau giữa dạng truyền không

đồng bộ và đồng bộ:

 Trong dạng truyền đồng bộ (STM - Synchronous Transfer Mode), các phần tử

số liệu tơng ứng với kênh đã cho đợc nhận biết bởi vị trí của nó trong khungtruyền (hình 1.1)

 Trong khi ở ATM, các gói thuộc về một cuộc nối lại tơng ứng với các kênh

ảo cụ thể và có thể xuất hiện tại bất kỳ vị trí nào (hình 1.2)

1.3.2 Các đặc điểm và khả năng của ATM

ATM là phơng thức truyền tải mang đặc tính của chuyển mạch gói, sử dụng

kỹ thuật ghép kênh chia thời gian không đồng bộ, bằng việc ghép các luồng tín hiệuvào các khối có kích thớc cố định, gọi là tế bào Tế bào gồm có trờng thông tinmang thông tin của khách hàng và mào đầu mang thông tin về mạng, ví dụ thông tin

định tuyến Vì trên cùng một đờng truyền, có thể có nhiều tế bào từ các nguồn tínhiệu ghép lại với nhau nên cần phải có biện pháp phân biệt các tế bào cùng chungmột nguồn tín hiệu, biện pháp này đợc thực hiện bằng thông tin đợc mang trongphần mào đầu tế bào Trong ATM, một tế bào sẽ có 48 byte cho số liệu và 5 bytecho phần tiêu, 5 byte này phải cung cấp đủ thông thông tin cho phép mạng truyền tếbào đó đến đúng nơi nhận

Trờng thông tin truyền trong suốt qua mạng ATM và không bị xử lý trongquá trình vận chuyển (ví dụ không có điều khiển lỗi – error control, nh trong mạngchuyển mạch gói) Trong mạng ATM, thứ tự các tế bào đợc giữ nguyên, các tế bào ởphần thu có thứ tự giống nh ở phần phát

Mạng ATM sử dụng kỹ thuật hớng liên kết (Connection- Oriented) Một cuộc

nối ở lớp ATM bao gồm một hay nhiều chặng (Link), mỗi chặng đợc gán một sốhiệu nhận dạng không đổi trong suốt cuộc nối Tuy vậy ATM cũng cung cấp một sốgiao thức cho các dịch vụ truyền số liệu không liên kết (Connectionless) Vì ATM là

kỹ thuật có tính chất có kết nối nên đờng truyền sẽ đợc thiết lập trớc khi khách hàng

cố định Một cuộc gọi băng rộng có thể là cuộc gọi đa phơng tiện gồm nhiều thànhphần: tín hiệu thoại, truyền số liệu, video…Tóm lại là bằng ph Vì mỗi thành phần cuộc gọi đòi hỏi mộtkết nối riêng rẽ do vậy ở các phần tiếp theo ta sẽ xem xét ở mức “kết nối” chứ không

ở mức “cuộc gọi”

Mỗi một kết nối đợc cấp một dung lợng truyền tải (băng tần) nhất định trong

điều kiện có thể, phụ thuộc vào yêu cầu của khách hàng Điều này đợc thực hiệnbằng thủ tục thiết lập kết nối của quá trình đợc gọi là điều khiển chấp nhận kết nối(CAC) Quá trình này xử lý các tham số của kết nối sẽ đợc thiết lập theo các yêu cầucủa khách hàng Ngoài ra còn có quá trình xử lý khác là điều khiển tham số kháchhàng (UPC) dùng để giám sát kết nối và đa ra các xử lý nếu nh các kết nối có xu h-ớng vợt quá giới hạn của các tham số đã đợc chấp nhận

Các thông tin báo hiệu cho một cuộc nối sử dụng một kênh truyền khác vớikênh truyền thông tin của cuộc nối đó, tức là nó sử dụng một số hiệu nhận dạngkhác Vì vậy báo hiệu trong ATM là báo hiệu ngoài băng Ngoài ra, B-ISDN còn sửdụng thêm thủ tục báo hiệu Meta

Do những đặc điểm trên của phơng thức truyền không đồng bộ ATM mà các

tế bào có kích thớc nhỏ với tốc độ truyền lớn sẽ làm cho trễ và biến động trễ là đủnhỏ đối với các dịch vụ thời gian thực

Kích thớc của các tế bào nhỏ sẽ tạo điều kiện cho việc kết hợp kênh chuyểnmạch ở tốc độ cao đợc dễ dàng hơn

ATM có khả năng nhóm nhiều kênh ảo VC (Virtual Channel) thành đờng ảo(Virtual Path) giúp cho việc định tuyến đợc dễ dàng, thông tin đợc truyền đi với tốc

 Khả năng cung cấp các dịch vụ băng rộng

 Khả năng cung cấp các dịch vụ cho N-ISDN với tốc độ cơ sở

64 Kbit/s

 Cung cấp các chức năng báo hiệu từ ngời sử dụng tới mạng

 Cung cấp các chức năng báo hiệu giữa các nút mạng

 Cung cấp các chức năng báo hiệu từ ngời sử dụng tới ngời sử dụng

Cấu trúc phân lớp logic đợc sử dụng trong ATM dựa trên mô hình tham chiếu

liên kết các hệ thống mở OSI.

Nó đợc bắt đầu bằng lớp vật lý (PHY) nơi mà các thông tin đợc truyền đitheo dạng các bít qua các cáp thờng hay cáp quang và ở đó cũng cần có những ph-

ơng pháp để nhận biết/ điều khiển đợc chúng

Bên trên lớp vật lý là lớp ATM, nơi mà có thể tìm thấy các tế bào ATM Tấtcả các vấn đề điều khiển, quản lý mạng ATM diễn ra tại lớp này

Và cuối cùng, trên lớp ATM là lớp tơng thích ATM-ALL Lớp này đợc dùng

nh là giao diện để ghép mạng ATM với các giao thức đang hiện hành Do có nhiềuloại giao thức nên có nhiều loại ALL khác nhau Đối với mạng ATM, lớp ALL là

trong suốt, nó chỉ đợc dùng ở hệ thống đầu cuối.

Tuy vậy mô hình ATM sử dụng khái niệm các lớp và các mặt phẳng riêng rẽcho từng chức năng riêng biệt nh chức năng dành cho ngời sử dụng, chức năng điều

khiển, chức năng quản lý mạng Khái niệm này đợc gọi là mô hình tham chiếu giao

thức B-ISDN (B-ISDN PRM - Protocol Reference Model) BISDN-PRM có cấu trúc

phân lớp từ trên xuống, bao gồm các chức năng truyền dẫn, chuyển mạch, các giaothức báo hiệu và điều khiển, các ứng dụng và dịch vụ Mô hình tham chiếu giao thứcB-ISDN bao gồm ba mặt phẳng nh đợc trình bày trên hình 2.1, các mặt phẳng đó là:

mặt phẳng quản lý, mặt phẳng điều khiển (hay báo hiệu) và mặt phẳng của ngời sử dụng.

trúc phân lớp, mỗi lớp thực hiện một chức năng riêng biệt liên quan tới việc cung

cấp dịch vụ cho ngời sử dụng.

 Mặt phẳng điều khiển (hoặc báo hiệu) :

Mặt phẳng điều khiển cũng có cấu trúc phân lớp Mặt phẳng này có nhiệm

vụ thực hiện các chức năng điều khiển đờng nối (Connection control) và cuộc gọi(Call control) Chúng thực hiện các chức năng báo hiệu có liên quan tới việc thiếtlập, giám sát và giải phóng đờng nối hoặc cuộc gọi

2.2 Lớp vật lý trong ATM

Có một sự khác nhau rất quan trọng trong việc phân biệt giữa lớp vật lý củaATM và lớp vật lý truyền thống của các hệ thống mở OSI Tại lớp vật lý truyềnthống công việc của nó là liên quan đến việc tải các phần tử nhỏ bé nhất (ở đây làcác bit ) từ lớp này đến lớp khác.Thế nhng trong ATM phần tử nhỏ bé nhất lại là tếbào Do đó rõ ràng lớp vật lý của ATM phải có chức năng tải tế bào và chức năngnày đợc mang tên là lớp con hội tụ truyền Dới nó là lớp con đờng truyền vật lý cónhiệm vụ liên quan đến nhiệm vụ thông thờng của lớp vật lý truyền thống Nh vậytrong ATM, lớp vật lý đợc chia làm 2 lớp con là lớp con đờng truyền và lớp con hội

tụ truyền

2.2.1 Lớp con đờng truyền vật lý (Physical Medium – PM)

Hình 2.1 : Mô hình tham chiếu giao thức B-ISDN(BISDN-BRM)

Lớp con đờng truyền vật lý là lớp thấp nhất, các chức năng của nó hoàn toànphụ thuộc vào môi trờng truyền dẫn cụ thể Lớp này cung cấp các khả năng truyềndẫn bit, nó cũng làm nhiệm vụ mã hoá đờng truyền và nếu cần thiết thực hiện biến

đổi quang điện Lớp con PM còn có nhiệm vụ đồng bộ bit Trong chế độ hoạt độngbình thờng, các bit đồng bộ trên đờng truyền dựa vào các bit đồng bộ thu đợc quagiao diện, tuy vậy hệ thống cũng có thể sử dụng hệ thống đồng bộ riêng của mình.Mạng ATM trong tơng lai sẽ chủ yếu sử dụng các đờng truyền dẫn là cáp quang, kểcả mạng trung kế và mạng truy nhập ATM

2.2.2 Lớp con hội tụ truyền

Lớp con hội tụ truyền là lớp thứ hai thuộc về lớp vật lý Do ở lớp dới ( lớp con

đờng truyền vật lý ) có những phơng thức giao diện khác nhau đối với cáp quanghoặc phơng tiện truyền thông khác nên trong mức này cũng có những điểm khácnhau Tuy nhiên về chức năng cơ bản là khá giống nhau, sự khác nhau chỉ ở các cơchế thực hiện các chức năng nh cơ chế nhận biết tế bào và các cơ chế sắp xếp tế bàolên khung truyền Nó có 5 chức năng sau:

 Thêm vào hoặc lấy ra các tế bào trống (Cell Rate Decoupling ):

Khi không có các tế bào chứa thông tin hữu ích hoặc tế bào OAM ở mức vật

lý thì các tế bào trống sẽ đợc truyền đi trên các đờng truyền để đảm bảo dòng tốc độ

tế bào là không đổi Lớp này cũng có nhiệm vụ lấy các tế bào trống đó ra tại đầucuối Mỗi octet của tế bào trống trong phần trờng thông tin sẽ là 01101010

 Tạo và kiểm tra mã HEC(Mã kiểm soát tiêu đề Header Error Control ) :

ở đầu phát, mã HEC đợc xác định bởi 4 octet đầu trong phần tiêu đề của tếbào ATM, kết quả tính toán đợc đa vào octet thứ 5 Giá trị HEC là phần d cho phépchia modun 2 của tích 4 octet đầu tiên nhân X8 với đa thức sinh x8 + x2+x+1 Đathức sinh trên có khả năng sửa các lỗi bit đơn và phát hiện lỗi chùm ở tiêu đề của tébào Bình thờng đầu thu đợc đặt ở chế độ sửa sai, khi phát hiện ra một lỗi đơn trongtiêu đề của tế bào ATM thì lỗi này sẽ đợc sửa Nếu xuất hiện lỗi nhóm thì cả tế bào

sẽ bị huỷ Trong cả hai trờng hợp, sau khi tìm ra lỗi đơn hoặc lỗi chùm, hệ thống sẽ

tự động chuyển qua chế độ phát hiện lỗi, ở trạng thái phát hiện lỗi này thì khi có lỗi

đơn hoặc lỗi chùm xuất hiện thì tế bào sẽ bị huỷ Hệ thống duy trì ở chế độ pháthiện lỗi cho tới khi không tiếp tục phát hiện ra tế bào lỗi nữa, lúc đó sẽ tự động quaylại chế độ sửa sai

 Nhận biết giới hạn tế bào (Cell Delineation)

Chức năng này cho phép bên thu nhận biết giới hạn của một tế bào Sự nhậnbiết này dựa trên cơ sở sự tơng quan của các bit tiêu đề và mã HEC tơng ứng

 Biến đổi dòng tế bào thành các khung truyền dẫn (Transmission FrameAdaptation)

Tại đầu phát, chức năng này có nhiệm vụ làm cho dòng tế bào tới từ các lớptrên thích ứng với các cấu trúc khung số liệu đợc sử dụng trong hệ thống truyền dẫn.Tại đầu thu, dòng tế bào đợc khôi phục lại từ các khung truyền dẫn Các hệ thống

Nó có nhiệm vụ tạo ra các khung truyền dẫn và ghép các tế bào ATM vàonhững khung này Kích thớc khung truyền dẫn phụ thuộc vào tốc độ truyền Tại đầuthu các khung truyền dẫn đợc nhận biết và khôi phục lại Từ các khung này ta có thểkhôi phục lại dòng tế bào ATM Cấu trúc các khung truyền dẫn có thể khác nhautuỳ thuộc vào từng hệ thống truyền dẫn cụ thể Trong chế độ truyền SDH các tế bàoATM đợc đóng vào các khung truyền dẫn gọi là “container”, phần đầu của các

“container” này chứa các thông tin điều khiển

2.3 Lớp ATM

Lớp ATM là thành phần chính của mạng ATM, trong đó hầu hết các dịch vụchính của mạng đợc thực hiện trong lớp này Đây là lớp mà ta có thể tìm thấy đợc tếbào ATM Nó là lớp nhận nhóm số liệu từ tầng trên, tạo ra trờng tiêu đề của tế bàoATM, giúp tế bào đợc truyền đi đến đầu nhận và tách nó trả về số liệu lớp cao hơn.Chính ở trong lớp này, chức năng nối mạng đợc thực hiện thông qua các kênh ảo và

đờng ảo Ngoài ra các chức năng khác của mạng nh điều khiển lu lợng, tắc nghẽn

đều đợc thực hiện tại lớp này

2.3.1 Cấu trúc của tế bào ATM.

Trong phần 2.2 ta đã xem xét việc truyền các tế bào ra đờng truyền vật lýthông qua lớp vật lý của ATM Sau đây sẽ xem xét đến cấu trúc tế bào và lớp ATM

để xem làm thế nào mà những tế bào này có thể đợc truyền đúng đến nơi nhận ATM có đặc điểm hớng liên kết do đó khác với mạng chuyển mạch gói, các

địa chỉ nguồn và đích, số thứ tự gói không cần thiết trong ATM Hơn nữa do chất l ợng của đờng truyền rất tốt nên các cơ chế chống lỗi trên cơ sở từ liên kết tới liênkết cũng đợc bỏ qua Ngoài ra ATM cũng không cung cấp các cơ chế điều khiển

-luồng giữa các nút mạng do cơ cấu điều khiển cuộc gọi của nó Vì vậy chức năng

của phần tiêu đề tế bào ATM chỉ còn là nhận dạng cuộc nối ảo.

Phần tiêu đề tế bào ATM có hai dạng: một dạng là các tế bào đợc truyền trêngiao diện giữa ngời sử dụng và mạng (UNI - User-Network Interface), dạng còn lại

là các tế bào đợc truyền giữa các nút chuyển mạch (NNI - Network Node Interface)

Hình 2.2: Cấu trúc tế bào

ATM tại giao diện NNI

Hình 2.3: Cấu trúc tế bào

ATM tại giao diện UNI

2.3.1.1 Số hiệu nhận dạng kênh ảo (VCI) và đờng ảo (VPI)

Kênh truyền ATM có thể truyền với tốc độ từ vài Kbit/s tới vài trăm Mbit/stại một thời điểm nào đó vì thế VCI đợc dùng để nhận dạng các kênh đợc truyền

đồng thời trên đờng truyền dẫn Thông thờng trên một đờng truyền có hàng ngànkênh nh vậy nên VCI có độ dài 16 bit (tơng ứng với 65535 kênh)

Do mạng ATM có đặc điểm hớng liên kết nên mỗi cuộc nối đợc gắn một sốhiệu nhận dạng VCI tại thời điểm thiết lập Mỗi giá trị VCI chỉ có ý nghĩa tại từngliên kết từ nút tới nút của mạng Khi cuộc nối kết thúc, VCI đợc giải phóng để dùngcho cuộc nối khác Ngoài ra VCI còn có u điểm trong việc sử dụng cho các cuộc nối

đa dịch vụ VCI đợc sử dụng để thiết lập cuộc nối đờng ảo cho một số cuộc nối kênh

ảo VCC VPI cho phép đơn giản hoá các thủ tục chọn tuyến cũng nh quản lý, nó có

độ dài 8 hoặc 12 bit tuỳ thuộc tế bào ATM đang đợc truyền qua giao diện UNI hayNNI

Tổ hợp của VCI và VPI tạo thành một giá trị duy nhất cho mỗi cuộc nối Tuỳthuộc vào vị trí đối với hai điểm cuối của cuộc nối mà nút chuyển mạch ATM sẽ

định đờng dựa trên giá trị của VPI và VCI hay chỉ dựa trên giá trị VPI Tuy vậy cần

lu ý rằng VCI và VPI chỉ có ý nghĩa trên từng chặng liên kết của cuộc nối Chúng

đ-ợc sử dụng để việc chọn đờng trên các chặng này đđ-ợc dễ dàng hơn Do số VPI vàVCI quá nhỏ nên chúng không thể đợc sử dụng nh một số hiệu nhận dạng toàn cụcvì khả năng xảy ra hai cuộc nối sử dụng ngẫu nhiên cùng một số VPI và VCI là rấtcao Để khắc phục ngời ta cho VCI và VPI là duy nhất trên mỗi đoạn liên kết Trêntừng đoạn liên kết này, hai nút chuyển mạch sử dụng VPI và VCI nh số hiệu nhậndạng cho mỗi cuộc nối trên đoạn đó Khi đã qua nút chuyển mạch, VPI và VCI nhậncác giá trị mới phù hợp với đoạn tiếp theo

2.3.1.2 Trờng kiểu tế bào (PT - Payload Type)

PT là một trờng gồm 3 bit có nhiệm vụ phân biệt các kiểu tế bào khác nhaunh: tế bào mang thông tin của ngời sử dụng, tế bào mang thông tin về giám sát, vậnhành, bảo dỡng (OAM - Operation Administration Maintenance)

 Nếu bit đầu của PT có giá trị 0 thì đây là tế bào của ngời sử dụng Khi đó bit thứhai trong PT báo hiệu tắc ngẽn trong mạng còn bit thứ 3 có chức năng báo hiệu

cho lớp thích ứng ATM (ALL - ATM Adaption Layer).

 Nếu bit đầu của PT có giá trị 1 thì đây là tế bào mang các thông tin quản lýmạng (xem hình 2 4 )

Hình 2 4 : Cấu trúc trờng PT trong tế bào mang thông

tin của ngời sử dụng

Ngoài ra còn có hai kiểu tế bào đặc biệt là tế bào không xác định (unassigned cell) và tế bào trống (idle cell) Tế bào không xác định và tế bào trống

đều có đặc điểm chung là chúng không mang thông tin của ngời sử dụng Tuy nhiên

tế bào trống chỉ tồn tại ở mức vật lý còn tế bào không xác định tồn tại cả ở mức ATM lẫn ở mức vật lý Tế bào không xác định sẽ đợc gửi đi khi không có thông tin

hữu ích dành sẵn trên đầu phát

2.3.1.3 Trờng quy định mức u tiên mất tế bào (CLP - Cell Loss Priority)

CLP là trờng dùng để phân loại các cuộc nối khác nhau theo mức độ u tiênkhi các tài nguyên trong mạng không còn là tối u nữa Thí dụ trong trờng hợp quátải chỉ có các cuộc nối có mức u tiên thấp là bị mất thông tin Có hai loại u tiên khác

nhau là u tiên về mặt nội dung và u tiên về mặt thời gian

 Trong chế độ u tiên về mặt thời gian, vài tế bào có thể có độ trễ trong mạng dàihơn các tế bào khác

 Trong chế độ u tiên về mặt nội dung, các tế bào có độ u tiên cao hơn sẽ có xácsuất mất ít hơn

Các mức u tiên có thể đợc ấn định trên cơ sở cuộc nối (qua mỗi VCI hoặcVPI) hoặc trên cơ sở mỗi tế bào Trong trờng hợp thứ nhất, tất cả các tế bào thuộc vềmột kênh ảo hoặc đờng ảo sẽ có một mức u tiên xác định Trong trờng hợp thứ hai,mỗi tế bào thuộc về một kênh ảo hoặc đờng ảo sẽ có các mức u tiên khác nhau

2.3.1.4 Trờng điều khiển lỗi tiêu đề (HEC - Header Error Control)

Trờng điều khiển lỗi tiêu đề (HEC) chứa mã d vòng (CRC - CyclicRedundancy Check) Mã này đợc tính toán cho 5 byte tiêu đề Do phần tiêu đề bịthay đổi sau từng chặng nên CRC cần đợc kiểm tra và tính toán lại với mỗi chặng

Đa thức sinh đợc dùng ở đây là đa thức: x8+x2+x+1 Đa thức này có thể sửa toàn bộcác lỗi đơn và phát hiện ra phần lớn các lỗi nhóm

2.3.1.5 Trờng điều khiển luồng chung (GFC - Generic Flow Control)

ở giao diện giữa ngời sử dụng và mạng (UNI), phần tiêu đề có vài khác biệt

so với ở giao diện (NNI) Sự khác nhau căn bản nhất là trờng VPI bị rút ngắn còn lại

8 bit (so với 12 bit ở giao diện NNI), thay vào chỗ 4 bit của VPI là trờng điều khiểnluồng chung (GFC)

Chức năng của GFC đợc nêu ra trong khuyến nghị I.150 của ITU-T Cơ chếcủa GFC cho phép điều khiển luồng các cuộc nối ATM ở giao diện UNI Nó đợc sửdụng để làm giảm tình trạng quá tải trong thời gian ngắn có thể xảy ra trong mạng

của ngời sử dụng Cơ chế GFC dùng cho cả các cuộc nối từ điểm tới điểm và từ

điểm tới nhiều điểm

Việc buộc phải sử dụng trờng điều khiển luồng chung GFC là một nhợc

điểm cơ bản của ATM, nó tạo ra sự khác nhau giữa các tế bào tại giao diện UNI vàNNI do các giao thức trong ATM không phải là giao thức đồng nhất Trong mạng sửdụng các giao thức đồng nhất, các thiết bị viễn thông có thể đợc lắp đặt vào bất kỳmột nơi nào trong mạng Trong khi đó trong ATM, ta phải chú ý xem thiết bị đợclắp đặt có thích hợp với giao diện đã cho hay không

2.3.1.6 Các giá trị mặc định của tiêu đề tế bào ATM

Để phân biệt các tế bào đợc sử dụng ở lớp ATM với những tế bào của lớp vật

lý và các tế bào không xác định, ngời ta sử dụng các giá trị tiêu đề mặc định Quátrình xử lý tế bào đợc tiến hành dựa trên các giá trị này

2.3.2 Xác định độ dài cho tế bào ATM

2.3.2.1 Lựa chọn giải pháp độ dài cố định hoặc thay đổi.

Trong ATM ngời ta muốn kết hợp các u đểm của cả hai loại kỹ thuật chuyểnmạch là chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói Nh vậy đã quyết định kích thớc của

tế bào là không đổi Những u khuyết điểm của việc truyền tế bào có kích thớc thay

đổi và cố định có thể tóm tắt nh sau:

 Xét về mặt hiệu suất truyền, nói chung gói có độ dài thay đổi tốt hơn gói có độdài cố định Tuy nhiên khi xem xét trong từng trờng hợp cụ thể, u thế này lại rấthạn chế do luồng thông tin của mạng băng rộng sẽ bao gồm sự kết hợp của tiếngnói, tín hiệu video và số liệu, đều là những tín hiệu có dòng bit liên tục

 Xét về tốc độ hoạt động, phụ thuộc vào số lợng các chức năng cần phải thực hiện

và thời gian thực hiện các chức năng đó Để xử lý phần tiêu đề: đối với các gói

có độ dài cố định, khoảng thời gian để xử lý phần tiêu đề là cố định, trong trờnghợp gói có độ dài thay đổi, thời gian xử lý này không cố định và phụ thuộc vào

độ dài gói

 Quản lý bộ nhớ của hàng đợi: trong trờng hợp kích thớc gói cố định hệ thốngquản lý bộ nhớ có thể đa ra các khối nhớ với kích thớc cố định tơng ứng với kíchthớc của tế bào ATM Hoạt động này hết sức đơn giản nh trong trờng hợp quản

lý bộ nhớ tự do Trong trờng hợp gói có độ dàI thay đổi, hệ thống quản lý bộ nhớphải có khả năng đa ra các khối bộ nhớ có kích thớc khác nhau sao cho các hoạt

động nh tìm các đoạn thông tin, tìm đoạn đầu tiên v.v…Tóm lại là bằng ph ợc tiến hành ở tốc độ đcao Việc quản lý bộ nhớ tự do cũng trở nên phức tạp hơn

 Yêu cầu về kích thớc hàng đợi trong trờng hợp độ dài gói cố định, yêu cầu vềkích thớc hàng đợi phụ thuộc vào tải và tỷ lệ mất gói, tải và tỷ lệ mất gói cànglớn thì yêu cầu về kích thớc hàng đợi cũng phải càng lớn Trong trờng hợp gói có

độ dài thay đổi, tính toán kích thớc hàng đợi phức tạp hơn nhiều và sẽ phụ thuộcvào độ dài gói Đơn giản nhất là định kích thớc hàng đợi tơng ứng với gói có độdài lớn nhất, lúc đó kích thớc hàng đợi sẽ lớn hơn rất nhiều so với trờng hợp gói

có độ dài cố định Việc tính toán kích thớc hàng đợi một cách tối u trong trờnghợp này sẽ hêt sức khó khăn

động và kích thớc bộ nhớ hàng đợi, điều khiển trễ, giải pháp gói có kích thớc cố

định là hợp lý nhất đối với các dịch vụ băng rộng ATM

2.3.2.2 Lựa chọn về kích thớc của tế bào.

“ Tại sao lại là 53 byte cho chiều dài một tế bào ?” Sau đây là một số lý do:

 Lợi ích về trễ đóng gói tế bào có kích thớc nhỏ

Xem xét về một chế độ điều chuẩn PCM cho tín hiệu tiếng nói, nơi mà mỗicuộc nói chuyện sử dụng kênh 64Kb/s, tiếng nói đợc mã hoá với tốc độ là 8000 mẫutrong một giây (mỗi rãnh thời gian lấy mẫu là 125s ), mỗi mẫu là 8 bit và có khảnăng phản ánh đợc mức năng lợng tại điểm đó 8000 mẫu/s ( 8 bit 1 mẫu) là kết quảcủa tốc độ truyền số liệu đạt tới 64Kb/s

Bây giờ hãy xem xét việc đa các số liệu đó vào trong các tế bào: Nếu mỗi tếbào có độ dài là 40 byte, thì mẫu đầu tiên của tín hiệu tiếng nói khi đến phải ngồi

đợi cho 39 mẫu còn lại truyền tới để có thể làm đầy đợc một tế bào, sau đó mớitruyền đi trên mạng Nh vậy nó đã có độ trễ bằng 40 lần thời gian lấy mẫu tức là có5ms trễ trớc khi đợc truyền đi Độ trễ này đợc gọi là trễ đóng gói và là môt chỉ số rấtquan trọng cho những đờng truyền thời gian thực nh tín hiệu tiếng nói

Trễ này có thể gây nhiễu cho tín hiệu tiếng nói làm cho ta rất khó nhận dạng

Do đó có thể thấy rằng nếu tăng chiều dài của tế bào lên sẽ là tăng độ trễ đóng góilên Vì vậy ngời ta muốn giữ độ trễ này là nhỏ nhất, tế bào có kích thớc càng nhỏcàng tốt

Tuy nhiên tiêu đề cho mỗi một tế bào là cần thiết, không thể thiếu đợc, để bảo

đảm cho tế bào đến đúng nơi cần đến Nếu sử dụng 5 byte trong phần tiêu đề ta có

số phần trăm của băng thông đợc sử dụng cho phần tiêu đề đợc minh hoạ nh trênhình vẽ dới đây Rõ ràng là ta không thể làm cho tế bào quá nhỏ bởi vì nh vậy sẽ dẫn

đến hiệu suất sử dụng giảm hẳn đi Để giải quyết đIều đó, ta phải có sự điều chỉnhcân bằng giữa đặc tính trễ và hiệu suất sử dụng Một tế bào có tiêu đề là 5 byte và 48byte số liệu cho đợc kết quả là tiêu đề chiếm vào khoảng 10%

 Lợi ích về sự trễ hàng đợi của tế bào có kích thớc nhỏ

Vấn đề trễ là rất quan trọng, và đặc biệt là sự biến đổi độ trễ càng quan trọng

nh đã trình bày ở trên

Giả sử ta đang xem xét một đờng truyền DS3 với một bức điện đài 100 byte

đ-ợc phát đi từ một trong 100 nguồn phát khác nhau Trong trờng hợp may mắn tạithời điểm phát chỉ có một mình nó đợc phát đi, do đó có thể coi trễ hàng đợi là 0,trong trờng hợp xấu nhất cả 100 nguồn phát cùng một lúc phát đi, nh vậy nó phảinằm đợi cho lần lợt các đờng khác phát đi Lúc này nếu các của các nguồn khác có

độ dài lớn, sẽ dẫn đến thời gian đợi là rất lớn Vì vậy nếu kích thớc của nó nhỏ ,khoảng thời gian chờ đợi sẽ giảm nhỏ theo

Tóm lại: Trễ toàn mạng theo khuyến nghị Q.161 của ITU-T, cần phải đợc giớihạn sao cho giá trị của nó nhỏ hơn 25ms Nếu tổng trễ lớn hơn giá trị này thì cầnphải lắp thêm bộ khử tiếng vang Theo các kết quả nghiên cứu của ITU-T, độ dàicủa tế bào có ảnh hởng trực tiếp đến trễ: đối với các tế bào có độ dài tơng đối ngắn(32 byte hoặc nhỏ hơn) thì trễ tổng rất nhỏ, không phải dùng bộ khử tiếng vọng, đốivới các gói có độ dài trên 64 byte, trễ lớn phải dùng bộ khử tiếng vọng, đối với cácgói có độ dài trung bình ở khoảng giữa 32 byte và 64 byte, trong phần lớn các trờnghợp có thể không cần sử dụng bộ khử tiếng vọng.

 Tại sao kích thớc của tế bào là 53 byte

Nh trên đã nói, kích thớc của tế bào phải trong khoảng từ 32 đến 64 byte Tạichâu Âu, một trong những vấn đề quân tâm lớn nhất là độ trễ tạo gói vì mạng điệnthoại ở châu âu trải ra trên diện tích không lớn lắm Do đó họ không bao giờ quáquan tâm vào kỹ thuật chống tiếng vọng cũng nh việc triển khai nó Ngợc lại vớitình hình ở Bắc Mỹ, liên lạc giữa đầu này đầu kia là rất dày đặc, trên khoảng cáchlớn Do đó các công ty điện thoại Mỹ phải triển khai bộ chống tiếng vọng ở khắpnơi Điều đó dẫn đến hai quan điểm khác nhau, Bắc Mỹ muốn đa ra tiêu chuẩn tếbào với 64 byte dữ liệu và tiêu đề, trong khi đó châu Âu lại muốn đa ra tiêu chuẩn

32 byte dữ liệu và tiêu đề Do đó, ITU-T và năm 1989, đã đa ra một chuẩn chung cótính chất dung hoà đó là tế bào ATM với 48 byte dữ liệu và 5 byte tiêu đề

2.3.3 Đờng ảo và kênh ảo

Kênh ảo (Virtual Channel): Là kênh thông tin cung cấp khả năng truyền đơnhớng các tế bào ATM tơng ứng với một giá trị nhận dạng chung nhất VCI (VirtualChannel Identifier

Đờng ảo (Virtuan Path): Là khái niệm dùng để chỉ việc truyền đơn hớng các

tế bào ATM có cùng một giá trị nhận dạng đờng ảo VPI

Hình 2 5: Mối quan hệ giữa giữa đờng ảo, kênh ảo và đờng truyền dẫn

Trong đờng truyền dẫn có thể có một vài đờng ảo, trong mỗi đờng ảo có thể

có một vài kênh ảo VC Mỗi VP và VC trong đờng truyền dẫn đều có một giá trịVCI và VPI riêng, số các VP và VC phụ thuộc vào độ dài của VPI và VCI trong tiêu

đề của tế bào ATM Hình 2 5 thể hiện mối quan hệ giữa VP, VC và đờng truyềndẫn

2.3.4 Các khái niệm khác liên quan đến đờng ảo và kênh ảo

Liên kết đờng ảo là liên kết giữa hai điểm mà tại đó giá trị VPI đợc gán, thay

đổi hoặc xoá

2.3.4.2 Cuộc nối kênh ảo VCC(Virtual Channel Connection) và cuộc nối đờng

ảo VPC(Virtual Path Connection

 Cuộc nối kênh ảo

Cuộc nối kênh ảo (VCC) là tập hợp của một số liên kết kênh ảo theo địnhnghĩa của ITU-T: "VCC là sự móc nối của một số các liên kết kênh ảo giữa hai điểm

mà tại đó có thể truy nhập vào lớp tơng thích ATM (lớp ALL).

Thực chất VCC là một đờng nối logic giữa hai điểm dùng để truyền các tếbào ATM Thông qua VCC, thứ tự truyền các tế bào ATM sẽ đợc bảo toàn Có 4 ph-

ơng pháp đợc sử dụng để thiết lập một cuộc nối kênh ảo tại giao diện giữa ngời sửdụng với mạng:

1) Việc thiết lập và giải phóng đối với các cuộc nối đợc thực hiện thông qua các

kênh giành sẵn mà không cần các thủ tục báo hiệu Phơng pháp này đợc áp

dụng cho các cuộc nối cố định (Permanent) và bán cố định Permanent)

(Semi-2) Qua các thủ tục báo hiệu trao đổi (Meta-Signalling Procedure): phơng pháp này sử dụng kênh báo hiệu trao đổi ảo để thiết lập hoặc giải phóng các kênh

báo hiệu ảo

3) Qua thủ tục báo hiệu giữa ngời sử dụng và mạng: Các VCC báo hiệu đợc sử

dụng để thiết lập hoặc giải phóng các cuộc nối kênh ảo từ đầu cuối tới đầucuối

4) Qua thủ tục báo hiệu giữa ngời sử dụng với ngời sử dụng: Nếu một VCP đã

tồn tại giữa một giao diện UNI (User-Network Interface) của hai ngời sử

dụng thì một VCC nào đó trong VPC này có thể đợc thiết lập hoặc giải phóng

thông qua VCC báo hiệu giữa hai ngời sử dụng này

 Cuộc nối đờng ảo (VPC - Virtual Path Connection)

Cuộc nối đờng ảo VPC là sự móc nối của một số liên kết đờng ảo VPC là sựkết hợp logic của các VCC Trong một VPC, mỗi liên kết kênh ảo đều có một sốhiệu VCI riêng, tuy vậy những VC thuộc về các VP khác nhau có thể có các số VCIgiống nhau Mỗi VC đợc nhận dạng duy nhất thông qua tổ hợp hai giá trị VPI vàVCI Có hai phơng pháp đợc sử dụng để thiết lập cuộc nối đờng ảo:

1) Thiết lập VPC không cần đến các thủ tục báo hiệu: Việc thiết lập hoặc giải

phóng một VPC đợc thực hiện qua các kênh dành sẵn (trên cơ sở của thuêbao)

2) Thiết lập VPC đợc điều khiển bởi ngời sử dụng hoặc mạng: Các giá trị VPI

đ-ợc cung cấp bởi thiết bị của ngời sử dụng hoặc các điểm cung cấp dịch vụ

trong mạng Lúc này cần phải sử dụng các thủ tục của mặt phẳng quản lýmạng.

Hình 2.6 trình bày mối quan hệ giữa các lớp mạng ATM qua cuộc nối kênh

ảo, liên kết đờng ảo, liên kết kênh ảo v.v

 Các ứng dụng cuộc nối kênh ảo và đờng ảo

VCC giữa các nút mạng đợc dùng để mang các thông tin về quản lý lu lợngmạng, định tuyến và báo hiệu tại giao diện NNI

VPC liên kết giữa những ngời sử dụng cung cấp cho họ các "ống truyền dẫn",

tổ chức của các VC sẽ phụ thuộc vào ống này Những VPC giữa ngời sử dụng vàmạng đợc dùng để kết hợp các luồng thông tin từ ngời sử dụng tới các phần tử củamạng nh chuyển mạch địa phơng VPC giữa mạng và mạng đợc sử dụng để tổ chứcluồng thông tin của ngời sử dụng theo các sơ đồ định tuyến có sẵn cho việc chuyểnmạch các tuyến hay cho thông tin quản lý mạng

Ta có thể hiểu vấn đề này nh thế nào? Giả sử ta ở nớc ngoài (đầu cuối phát)

và muốn đóng một kiện hàng lớn gồm nhiều thứ và cho tất cả các thứ đó vào trongmột thùng hàng (tế bào) Đồng thời có một bảng hớng dẫn mở cái nào trớc, cái nàosau kèm theo ngay trên mặt thùng, tất nhiên để bên trong Sau đó gửi đi qua đ ờngtàu biển về nhà (đầu cuối thu) Rõ ràng là nhà vận chuyển sẽ chẳng cần phải mởthùng đó ra (trong suốt) mà cứ thế chuyển về nhà của ta theo địa chỉ Tại nhà, khinhận đợc ngời ta phải mở thùng hàng ra và theo bản chỉ dẫn kèm theo để dỡ từng góihàng ra một, tránh lộn tất cả các thứ vào nhau, biết hàng có thiếu thừa ra sao…Tóm lại là bằng ph Bảnhớng dẫn đó chính là công việc của AAL

Trong ATM đối với mỗi loại yêu cầu chất lợng dịch vụ khác nhau thì cónhững AAL tơng ứng khác nhau

2.4.1 Chức năng và phân loại AAL

Lớp AAL có nhiệm vụ tạo ra sự tơng thích giữa các dịch vụ đợc cung cấp bởilớp ATM với các lớp cao hơn Thông qua lớp AAL, các đơn vị số liệu thủ tục PDU(Protocol Data Unit) ở các lớp cao hơn đợc chia nhỏ ra và đa vaò trờng dữ liệu của

tế bào ATM AAL đợc chia nhỏ thành hai lớp con là: Lớp con thiết lập và tháo tế

bào (SAR - Segmentation And Reassembly) và Lớp con hội tụ (CS - Convergence

Sublayer)

Chức năng chính của SAR là chia các PDU của lớp cao hơn thành các phần

t-ơng ứng với 48 byte của trờng dữ liệu trong tế bào ATM tại đầu phát Tại đầu thu,SAR lấy thông tin trong trờng dữ liệu của tế bào ATM để khôi phục lại các PDUhoàn chỉnh

Lớp con CS phụ thuộc vào loại dịch vụ Nó cung cấp các dịch vụ của lớp

AAL cho các lớp cao hơn thông qua: điểm truy nhập dịch vụ (SAP).

Bảng 2.1: Bảng phân loại các nhóm ALL

Mối quan hệ thời gian

giữa nguồn và đích Yêu cầu thời gian thực

Không yêu cầu thờigian thực

Tốc độ truyền Không

đổi Thay đổiKiểu liên kết Hớng liên kết Không

liên kết

Nhóm A (mô phỏng chuyển mạch kênh): Phục vụ các dịch vụ yêu cầu thời

gian thực, tốc độ truyền không đổi, kiểu truyền hớng liên kết Các dịch vụ thuộc vềloại này thờng là tiếng nói và tín hiệu Video có tốc độ không đổi

Nhóm B: Là các dịch vụ thời gian thực, tốc độ truyền thay đổi, kiểu truyền

hớng liên kết Các dịch vụ của nó thờng là tín hiệu Audio và Video có tốc độ thay

đổi

Nhóm C: Là các dịch vụ không yêu cầu thời gian thực, tốc độ truyền thay

đổi, phơng pháp truyền hớng liên kết Nó phục vụ cho các dịch vụ truyền số liệu ớng liên kết và báo hiệu

h-Nhóm D: Bao gồm các dịch vụ không yêu cầu thời gian thực, tốc độ thay

đổi, kiểu truyền không liên kết Đợc sử dụng cho các dịch vụ truyền số liệu khôngliên kết

Dựa vào phân loại trên, ITU-T đa ra một vài kiểu AAL Sau đây ta sẽ lần lợtxem xét từng loại

2.4.2 Các loại AAL

2.4.2.1 AAL kiểu 1

AAL phục vụ cho các loại dịch vụ thuộc nhóm A, nó thu hoặc phát các đơn

vị số liệu dịch vụ (SDU - Service Data Unit) của lớp trên theo thời gian thực với tốc

độ truyền không đổi Các chức năng cơ bản của AAL1 bao gồm: phân tách và tạo lại(Segmentation and Reassembly) thông tin của ngời sử dụng, khôi phục đồng bộ ở

đầu thu, phát hiện lỗi trong trờng thông tin điều khiển tế bào và khôi phục lại thôngtin tại bên nhận

SN lại đợc chia nhỏ ra thành bit chỉ thị lớp con hội tụ (CSI - Convergence Sublayer Indication) và 3 bit đếm thứ tự (SC - Sequence Count) Hình 2.7 thể hiện dạng SAR-

PDU của AAL 1

Lớp con CS

Các chức năng của lớp con CS hoàn toàn phụ thuộc vào loại dịch vụ bao gồmmột số chức năng cơ bản nh:

 Xử lý các giá trị trễ tế bào: các giá trị trễ khác nhau đợc xử lý thông qua một

bộ đệm Nếu bộ đệm rỗng thì hệ thống tự động chèn thêm một số bit, nếu bộ

đệm tràn thì một số bit sẽ bị huỷ

 Xử lý các tế bào bị mất hoặc chèn nhầm

 Khôi phục tín hiệu đồng bộ: sử dụng phơng pháp đánh dấu thời gian d đồng

bộ (SRTS Synchronous Residual Time Stamp) Mốc thời gian d (RTS

-Residual Time Stamp) đợc sử dụng để đo đạc và mang thông tin về độ khácnhau giữa đồng hồ đồng bộ chung lấy trong mạng và đồng bộ của thiết bịcung cấp dịch vụ Bốn bit RTS đợc truyền đi trong trờng CSI của các tế bàolẻ

 Truyền đi các thông tin về cấu trúc dữ liệu giữa nguồn và đích: đợc sử dụngtrong trờng hợp dữ liệu đợc truyền có dạng cấu trúc

 Sửa lỗi trớc (FEC - Forward Error Correction): để đảm bảo chất lợng dịch vụ cao cho một số ứng dụng Video và Audio

Hình 2.7: Dạng SAR-PDU của AAL kiểu 1

Giá trị SC cho phép phát hiệncác tế bào bị mất hoặc bị truyềnnhầm Bit CSI đợc sử dụng đểtruyền thông tin đồng bộ hoặccác thông tin về cấu trúc dữ liệu.Trờng SNP chứa mã CRC với đathức sinh G(x)=x3+x+1 để pháthiện và sửa lỗi cho SN, bit cuốicùng là bit P (Parity) kiểm trachẵn lẻ cả bảy bit đầu của PCI

2.4.2.2 AAL kiểu 2

AAL 2 sử dụng cho các dịch vụ có tốc độ thay đổi đợc truyền theo thời gianthực (thuộc nhóm B) Các chức năng của AAL 2 vẫn cha đợc định nghĩa rõ ràng tuynhiên có thể cho rằng AAL 2 đợc phát triển từ AAL1 , nó có các chức năng sau: trao

đổi số liệu có tốc độ thay đổi giữa lớp cao hơn với lớp ATM, xử lý trễ tế bào, phântách và khôi phục lại thông tin cho ngời sử dụng, xử lý các loại lỗi tế bào cũng nhcác tín hiệu đồng bộ ở đầu thu

2.4.2.3 AAL kiểu 3/4

AAL 3/4 đợc phát triển từ AAL 3 (phục vụ cho các dịch vụ loại C) và AAL 4(phục vụ cho các dịch vụ loại D) Ngày nay hai kiểu AAL trên hợp lại thành AAL3/4, lớp AAL này thoả mãn các dịch vụ thuộc loại C và D Hình 2.8 là cấu trúc củaAAL 3/4 trong đó lớp con CS đợc chia thành hai phần là phần chung (CPCS -Common Part CS) và phần phụ thuộc dịch vụ (SSCS - Service Specific CS)

AAL 3/4 cung cấp hai kiểu dịch vụ cơ bản là dịch vụ kiểu thông điệp

(Message Mode Service) để truyền các số liệu đợc đóng thành khung (nh các khung

HDLC) và dịch vụ kiểu dòng bit (Streaming Mode Service) để truyền số liệu ở tốc độ

thấp với yêu cầu trễ nhỏ

 Trong dịch vụ kiểu thông điệp, một đơn vị số liệu dịch vụ AAL-SDU đợc truyềntrong một hoặc vài CS-PDU Vài SAR-PDU lại đợc tạo ra từ các CS-PDU này.(Hình 2.9)

 Trong dịch vụ kiểu dòng bit, một vài AAL-SDU có kích thớc cố định đợc truyềntrong một CS-PDU (hình 2.10)

Hình 2.10: Dịch vụ kiểu dòng bitHai thủ tục hoạt động đẳng cấp (Peer-to-Peer) đợc sử dụng cho cả hai kiểu

dịch vụ trên, đó là hoạt động có đảm bảo (Assured Operation) và hoạt động không

đảm bảo (Non-Assured Operation) Trong hoạt động có đảm bảo, các AAL-SDU bị

mất hoặc có lỗi sẽ đợc truyền lại ở hoạt động không đảm bảo không có việc truyềnlại các gói

Lớp con SAR

Nói chung các CS-PDU có độ dài thay đổi, vì vậy SAR-PDU gồm 44 octet là

số liệu của CS-PDU Bốn octet còn lại đợc dành cho các thông tin điều khiển Trờng

kiểu đoạn (ST - Segment Type) có độ dài 2 bit, nó chỉ ra loại của CS-PDU có chứa

trong SAR-PDU nh: phần đầu của CS-PDU (BOM - Beginning of Message), phầngiữa (COM - Continuation of Message), phần cuối (EOM - End of Message) và các

CS-PDU đơn (SSM - Single Segment Message) Trờng chỉ thị độ dài trờng thông tin

(LI - Length Indicator) chỉ ra số octet của CS-PDU có chứa trong trờng dữ liệu của

SAR-PDU LI có độ dài 6 bit Ngoài ra trong SAR-PDU còn có trờng số thứ tự gói

(SN - Sequence Number) dài 4 bit Mỗi khi nhận đợc SAR-PDU thuộc về một cuộcnối, giá trị của SN lại tăng lên một đơn vị

Phát hiện lỗi là chức năng thứ hai của lớp con SAR Trờng chống lỗi CRCdài 10 bit thực hiện việc kiểm tra lỗi bit trong SAR-PDU, các thông điệp báo hiệu đ-

ợc gửi cho CS nếu có lỗi xảy ra Giá trị CRC đợc tính cho trờng tiêu đề, trờng dữliệu và trờng LI với đa thức sinh G(x)=x10+x9+x5+x4+x+1 Lớp con SAR còn có khảnăng phát hiện các gói SAR-PDU bị mất hoặc chèn nhầm

Chức năng thứ ba của SAR là đồng thời phân kênh hoặc hợp kênh các PDU của các cuộc nối mức AAL khác nhau thành một đờng nối đơn ở mức ATM

CS-Chức năng này sử dụng trờng số hiệu nhận dạng hợp kênh (MID - Multiplexing

Identifier) dài 10 bit Các SAR-PDU với số hiệu nhận dạng MID khác nhau sẽ thuộc

về các CS-PDU riêng biệt Việc phân/hợp kênh phải đợc thực hiện trên cơ sở từ đầu

cuối tới đầu cuối, những đờng nối lớp ATM bao gồm các cuộc nối lớp AAL khác nhau sẽ đợc xử lý nh một thực thể đơn Hình 2.11 trình bày cấu trúc khung SAR-

PDU của AAL 3/4

Hình 2.11: Dạng SAR-PDU của AAL 3/4

Lớp con CS

Nh đã biết lớp con CS đợc chia thành hai phần là phần chung CPCS và phần

phụ thuộc dịch vụ SSCS Chức năng cũng nh cấu trúc của SSCS hiện tại vẫn cha rõ

ràng và đòi hỏi phải nghiên cứu thêm phần CPCS truyền các khung số liệu của ngời

sử dụng với độ dài bất kỳ trong khoảng từ một octet tới 65535 octet Các chức năng

của CPCS nằm trong 4 octet ở phần tiêu đề và 4 octet ở phần đuôi Tr ờng chỉ thị

phần chung (CPI - Common Part Indicator) đợc sử dụng để quản lý phần còn lại của

tiêu đề và phần đuôi Trờng nhãn hiệu đầu (Btag - Beginning Tag) và nhãn hiệu kết

thúc (Etag - Ending Tag) cho phép tạo nên sự liên kết một cách chính xác giữa phần

tiêu đề và phần đuôi của khung Trờng kích thớc bộ đệm tại chỗ (BASize - Buffer

Allocation Size) thông báo cho đầu thu kích thớc bộ đệm tối đa cần thiết để nhận

SDU Trờng đệm (PAD - Padding) đảm bảo sao cho trờng dữ liệu của

CPCS-PDU là một số nguyên lần của 4 octet, do đó nó có độ dài từ 0 octet tơi 3 octet

Tr-ờng sắp xếp (AL - Alignment) đợc sử dụng để sắp xếp phần đuôi 32 bit cuả PDU Trờng độ dài (Length) chỉ ra độ dài của trờng dữ liệu Hình 2.12 minh hoạ cấu

CPCS-trúc CPCS-PDU của AAL kiểu 3/4

5 có các chức năng và giao thức hoạt động nh AAL 3/4 Điểm khác nhau chính củahai loại này là AAL 5 không đa ra khả năng phân/hợp kênh, do đó nó không có tr-

ờng MID AAL 5 chủ yếu đợc sử dụng cho báo hiệu trong mạng ATM.

Hình 2.13: Cấu trúc CPCS-PDU của AAL kiểu 5

Lớp con SAR

Lớp con SAR chấp nhận các SDU có độ dài là một số nguyên lần của 48

octet đợc gửi xuống từ CPCS, nó không bổ sung thêm các trờng thông tin điều khiển

(nh phần tiêu đề và phần đuôi) vào các SDU vừa nhận đợc SAR chỉ thực hiện chức

năng phân tách (Segmentation) ở đầu phát và tạo ra gói ở đầu thu Để nhận biết đợc

điểm bắt đầu và kết thúc của SAR-PDU, AAL 5 sử dụng trờng AUU nằm trong ờng PT (Payload Type) ở tiêu đề của tế bào ATM Giá trị AUU=1 chỉ ra điểm kếtthúc, trong khi AUU=0 chỉ ra điểm bắt đầu hoặc tiếp tục của SAR-PDU

tr-Lớp con CS

Phần CPCS cung cấp các chức năng truyền các khung số liệu của ngời sửdụng với độ dài bất kỳ từ một octet tới 65535 octet Thêm vào đó, trong CPCS-PDUcòn có trờng UU (CPCS User-to-User indication) dài một octet mang thông tinCPCS của ngời sử dụng Trờng độ dài Length chỉ ra độ dài của phần dữ liệu trongCPCS-PDU Mã CRC dài 32 bit đợc sử dụng để chống lỗi Hình 2.13 thể hiện cấutrúc của CPCS-PDU của AAL 5

2.5 Nguyên lý chuyển mạch và báo hiệu trong ATM

2.5.1 Nguyên lý chuyển mạch

T: Chuyển mạch ATM

D1, D2: Bộ nối xuyên

A, B: Thiết bị cuối.

Trong môi trờng ATM, việc chuyển mạch các tế bào đợc thực hiện trên cơ sở

các giá trị VCI/VPI Nh đã nói, các giá VPI, VCI nói chung chỉ có hiệu lực trên một

chặng Khi tế bào tới nút chuyển mạch, giá trị của VPI hoặc cả VPI và VCI đợc thay

đổi cho phù hợp với chặng tiếp theo Thiết bị chuyển mạch đợc thực hiện chỉ dựa

trên giá trị VPI đợc gọi là chuyển mạch VP (VP Swich), nút nối xuyên (ATM Cross Connect) hoặc bộ tập trung (Concentrator) Nếu thiết bị chuyển mạch thay đổi cả

hai giá trị VPI và VCI (các giá trị VPI/VCI thay đổi ở đầu ra) thì nó đ ợc gọi là

chuyển mạch VC (VC Switch) hoặc chuyển mạch ATM (ATM Switch).

Hình 2.14 minh họa một cuộc nối kênh ảo VCC thông thờng, T là nút chuyểnmạch nơi mà giá trị VPI và VCI bị thay đổi A và B là hai thiết bị đầu cuối; D1, D2

là các bộ nối xuyên nơi chỉ thay đổi các giá trị VPI; ai, xi lần lợt là các giá trị VPI,VCI tơng ứng

Hình 2.15: Nguyên tắc chuyển mạch VP

Hình 2.15 là sơ đồ giải thích nguyên lý chuyển mạch VP Chuyển mạch VP

là nơi bắt đầu và kết thúc các liên kết đờng ảo, do đó nó cần phải chuyển các giá trịVPI ở đầu vào thành các giá trị VPI tơng ứng ở đầu ra sao cho các liên kết đờng ảonày thuộc về cùng một cuộc nối ảo cho trớc Lúc này các giá trị VCI đợc giữnguyên

Khác với chuyển mạch VP, chuyển mạch VC là điểm cuối của các liên kếtkênh ảo và liên kết đờng ảo Vì vậy trong chuyển mạch VC, giá trị của cả VPI vàVCI đều bị thay đổi Bởi vì trong chuyển mạch VC còn bao gồm cả chuyển mạch

VP do đó về mặt nguyên tắc, chuyển mạch VC có thể thực hiện các chức năng nhmột chuyển mạch VP Hình 2.16 giải thích nguyên tắc chuyển mạch VC

Hình 2.16 Nguyên tắc chuyển mạch VC

2.5.2 Nguyên lý báo hiệu

B-ISDN sử dụng nguyên tắc báo hiệu ngoài băng giống nh của N-ISDN.Trong B-ISDN, kênh ảo VC là phơng tiện logic để tách các kênh báo hiệu ra khỏikênh của ngời sử dụng Ngời sử dụng có thể có các thực thể báo hiệu khác nhau đợcnối với hệ thống quản lý cuộc gọi của mạng thông qua các VCC riêng rẽ

Hình 2.14 : Cuộc nối kênh ảo thông qua nút chuyển mạch và bộ nối xuyên

2.6 Điều khiển lu lợng

2.6.1 Các chức năng điều khiển lợng

Chức năng điều khiển lu lợng là tập hợp các hoạt động đợc thực hiện trong tấtcả các phần tử mạng để tránh tình trạng tắc nghẽn hoặc làm giảm tình trạng tắcnghẽn nhằm đảm bảo chất lợng dịch vụ của kết nối ATM Trong điều kiện hoạt

động bình thờng của mạng, các chức năng này đợc gọi là điều khiển lu lợng, còn khi

đã xẩy ra tình trạng tắc nghẽn thì các chức năng này đợc gọi là điều khiển tắcnghẽn

Khuyến nghị I.371 của ITU-T quy định các chức năng điều khiển lu lợng sau

đây:

 Quản lý tài nguyên mạng (Resource Management)

 Điều khiển chấp nhận kết nối (Connection Admission Control - CAC)

 Điều khiển tham số sử dụng (Usage Parameter Control - UPC) và điều khiểntham số mạng (Network Parameter Control - NPC)

 Điều khiển u tiên (Priority Control)

 Định dạng lu lợng (Traffic Shaping)

 Quản lý tài nguyên nhanh (Fast Resource Management - FRM)

 Điều khiển tắc nghẽn (Congestion Control)

Sơ đồ tổng quát minh hoạ các chức năng điều khiển lợng đợc biểu diễn trênhình 2.17, ở phần sau ta sẽ lần lợt nghiên cứu các chức năng đó

Hình 2.17: Minh họa các chức năng điều khiển lu lợng trong mạng ATM

2.6.2 Quản lý tài nguyên

Công cụ để quản lý tài nguyên là đờng ảo (VP) Việc quản lý tài nguyênmạng đợc thực hiện một cách khá đơn giản bằng cách nhóm một vài kênh ảo thành

một đờng ảo Các đờng ảo đóng vai trò quan trọng trong việc dồn đờng thống kê bởilợng riêng rẽ của từng kênh Có hai nguồn tài nguyên quan trọng cần đợc quản lý,

đó là băng thông của đờng truyền và khoảng trống của bộ đệm

2.6.3 Điều khiển chấp nhận kết nối

Điều khiển chấp nhận kết nối bao gồm các hoạt động đợc quản lý bởi mạngtrong suốt giai đoạn thiết lập cuộc gọi (Call set-up) hoặc trong suốt giai đoạn dànxếp lại cuộc gọi để xem xét việc chấp nhận hay không chấp nhận một kết nối kênh

ảo (VC) hoăc/và kết nối đờng ảo (VP)

Một kết nối đợc chấp nhận nếu tài nguyên mạng có đủ để đảm bảo chất lợngdịch vụ cho kết nối đó và không ảnh hởng đến chất lợng dịch vụ của các kết nốikhác đang tồn tại trên mạng Có hai tham số đợc ITU-T ấn định cho việc điều khiểnchấp nhận kết nối, đó là:

 Các tham số mô tả đặc tính lu lợng nguồn: tốc độ tế bào đỉnh, tốc độ tế bàotrung bình, bùng nổ lu lợng (burstness)

 Các tham số chất lợng dịch vụ

2.6.4 Điều khiển tham số sử dụng (UPC) và điều khiển tham số mạng (NPC)

Điều khiển tham số sử dụng và điều khiển tham số mạng là những hoạt độngcủa mạng liên quan đến việc đảm bảo cho ngời sử dụng hoặc mạng khác liên quan

đến phải tuân thủ hợp đồng lu lợng, hai chức năng này giống nhau nhng đợc thựchiện tại những giao diện khác nhau Chức năng UPC đợc thực hiện tại giao diện ngời

sử dụng - mạng, còn chức năng NPC đợc thực hiện giữa các nút chuyển mạch (tạigiao diện mạng - mạng)

Chức năng UPC đã đợc khuyến nghị, còn chức năng NPC phụ thuộc vào đặctính của mạng và sự lựa chọn của quản lý mạng

Mục tiêu của UPC/NPC là bảo vệ tài nguyên mạng (chống vi phạm ) làm ảnhhởng đến chất lợng dịch vụ (QoS) của các kết nối đã đợc thiết lập trên mạng Việc

điều khiển đợc thực hiện với tất cả các kết nối của ngời sử dụng cũng nh các cáckênh ảo báo hiệu đi qua giao diện U-N và N-N Nội dung điều khiển bao gồm:

 Kiểm tra tính hiệu lực của các giá trị VCI/VPI

 Giám sát tập lu lợng đi vào mạng từ tất cả các kết nối VP và VC để đảm bảocác tham số chất lợng dịch vụ đã đợc thoả thuận không bị vi phạm

Trong quá trình điều khiển tham số sử dụng, các tế bào vi phạm thoả thuận sẽ

bị loại bỏ, các kết nối trái phép bị ngắt Hình 2.18 minh họa các loại mạng truy nhậpvới các phơng pháp điều khiển tham số sử dụng áp dụng đối với các VC và VP

Hình 2.18: Minh hoạ điều khiển tham số sử dụng

(a) 1 khách hàng nối trực tiếp với 1 chuyển mạch VC, UPC đợc thực hiện trên VCtại chuyển mạch trớc khi chức năng chuyển mạch đợc thực hiện

(b) 1 khách hàng nối với chuyển mạch VC qua bộ trung, UPC đợc thực hiện trong

bộ tập trung trên các VC

(c) 1 khách hàng nối với chuyển mạch thông qua chuyển mạch VP, UPC đợc thựchiện trong chuyển mạch VP trên chỉ VP mà thôi, còn UPC đợc thực hiện trên VC tạichuyển mạch VC

(d) 1 khách hàng nối với 1 khách hàng khác thông qua 1 chuyển mạch VP,UPC đợcthực hiện trên VP tại chuyển mạch VP, UPC trên các VC đợc thực hiện tại phíakhách hàng

2.6.5 Điều khiển u tiên

Điều khiển u tiên đợc thực hiện trên cơ sở bit u tiên tổn thất tế bào (CLP)trong tiêu đề tế bào ATM Vì CLP chỉ có 1 bit, nên chỉ phân biệt 2 mức u tiên.Trong 1 cuộc nối ATM vẫn có thể sử dụng 1 mức u tiên thống nhất, nhng cũng cóthể sử dụng cả 2 mức u tiên, nếu ngời sử dụng phân loại thông tin đợc truyền thànhnhững phần quan trọng hơn hoặc ít quan trọng hơn Có 3 cơ chế u tiên:

 Dùng bộ đệm chung:

ở đây các tế bào của cả 2 mức u tiên cùng chia sẻ 1 bộ đệm Nếu bộ đệm đầy và

tế bào có mức u tiên cao đến thì 1 tế bào có mức u tiên thấp bị đẩy ra và bị huỷ bỏ

 Phân chia bộ đệm cục bộ:

Tế bào có mức u tiên thấp chỉ có thể truy nhập bộ đệm nếu số tế bào đã chứatrong bộ đệm nhỏ hơn 1 mức ngỡng cho trớc SL nào đó Trong khi tế bào có mức utiên cao có thể truy nhập đến khi hết toàn bộ dung lợng bộ đệm Bằng cách điềuchỉnh mức ngỡng SL có thể làm cho hệ thống thích nghi với các luồng tải khácnhau

Định dạng lu lợng có thể thực hiện từ phía ngời sử dụng cũng thể thể thựchiện từ phía mạng Ngời sử dụng thực hiện định dạng lu lợng để đảm bảo sự thíchnghi về lu lợng tại giao diện khách hàng (UNI) Đối với nhân viên điều hành mạng,chức năng này giúp cho việc định cỡ kích thớc mạng 1 cách hợp lý và kinh tế

2.6.7 Quản lý tài nguyên nhanh

Quản lý tài nguyên nhanh là 1 công cụ cho phép xác định ngay lập tức dunglợng cần thiết (tốc độ bit, không gian bộ đệm) đối với các cuộc nối kiểu số liệu bùng

nổ (burst) Việc thông báo tình trạng này từ phía ngời sử dụng và việc xác nhận từphía mạng đợc thực hiện thông qua 1 thông điệp (message) lớp ATM

Quản lý tài nguyên nhanh là 1 biện pháp rất hữu hiệu để dồn kênh thống kêcho những trờng hợp truyền tin không yêu cầu thời gian thực

2.6.8 Điều khiển tắc nghẽn

Tắc nghẽn là trạng thái mà ở đó các phần tử mạng (các chuyển mạch, các bộtập trung, các đờng liên kết truyền dẫn) bị quá tải về lu lợng và/hoặc quá tải về tàinguyên, nghĩa là mạng không đảm bảo chất lợng dịch vụ định sẵn cho các kết nối đã

có hoặc các kết nối mới Có 2 nguyên nhân dẫn đến tắc nghẽn, đó là sự thay đổi bấtthờng của dòng lu lợng không thể dự báo trớc đợc và các sự cố về lỗi mạng Điềukhiển tắc nghẽn là làm giảm hiệu ứng tắc nghẽn và ngăn chặn hiện tợng tắc nghẽnlan truyền trên mạng, bằng cách sử dụng các thủ tục điều khiển chấp nhận cuộc nối(CAC), điều khiển tham số ngời sử dụng (UPC) và điều khiển tham số mạng (NPC)

Để chỉ thị tắc nghẽn, dùng các bit PT- Payload Type (bit thứ 2 trong tế bào của ngời

sử dụng) Khi nhận biết có trạng thái tắc nghẽn bên thu sẽ sử dụng biện pháp đểgiảm tốc độ tế bào của cuộc nối làm thích ứng với tình trạng tắc nghẽn của mạng

Tóm tắt

Trong phần A này đã giới thiệu tổng quan về công nghệ truyền dẫn không

đồng bộ ATM, các khái niệm về cấu trúc tế bào, về cấu trúc phân lớp ,về nguyên lý

3.1 Giới thiệu chung

Quản lý tài nguyên mạng có nhiệm vụ gán các tài nguyên mạng để phântách các luồng lu lợng theo các đặc tính dịch vụ khác nhau và duy trì hoạt động vớichỉ tiêu kỹ thuật của mạng nh QoS, độ trễ, băng thông …Tóm lại là bằng ph đồng thời tối u hoá việc sửdụng tài nguyên và vì vậy quản lý tài nguyên mạng luôn gắn liền với điều khiển lu l-ợng

Chức năng chủ yếu của thủ tục quản lý tài nguyên và điều khiển lu lợng làphòng vệ để mạng có thể đạt đợc mục đích hoạt động theo yêu cầu

Các vấn về quản lý tài nguyên mạng có thể đợc phân chia ra làm 4 loại:

Loại thứ nhất: Liên quan đến các đặc trng của chất lợng dịch vụ Q0S Thựcchất các thuật toán quản lý tài nguyên RM ( Resource Management ) và điều khiển

lu lợng TC ( Traffic Control ), thờng đợc viết bằng một từ viết tắt là RM&TC, phảibảo đảm chất lợng dịch vụ cần thiết đối với mọi loại ứng dụng

Loại thứ hai: Liên quan đến vấn đề truy nhập hợp lý các tài nguyên mạng

đối với mọi ngời sử dụng, bắt buộc thiết lập mức u tiên và phải đảm bảo tính kinh tế

Loại thứ ba: Đối tợng của loại này là tính hiệu quả, đó là việc sử dụng nguồn

tài nguyên của mạng một cách tối đa và hạn chế đến mức thấp nhất chỉ tiêu giáthành

Loại thứ t: Liên quan đến vấn đề giám sát mạng Trong thuật toán RM&TC

phải có các khả năng tự dàn xếp khi h hỏng phần tử mạng và cả khi có các dòng lu ợng ngoài mong muốn

l-Sự hoà hợp của tất cả các dịch vụ vào một lớp truyền tải đợc xem nh là mộtlợi ích lớn của mạng ATM tiêu chuẩn, tuy nhiên sự hoà hợp này tạo ra một vấn đềmới Cụ thể nh là các dịch vụ băng rộng, đặc tính lu lợng, thang thời gian và cáchoạt động bắt buộc đợc dung hoà trong hệ thống truyền tải dẫn đến kết quả là vấn đềquản lý tài nguyên trở nên rất phức tạp và rất khó, đó là vì sao trong nhiều trờnghợp, đối tợng của RM&TC trong các mạng dựa trên ATM là cung cấp một vài loạikênh ảo tách biệt với các liên kết hoặc các dịch vụ khác Do vậy, việc nghiên cứuRM&TC là nhằm đa ra một cơ cấu tổ chức để đơn giản hoá đợc chức năng phức tạpcủa RM&TC trong các mạng đa dịch vụ băng rộng

Trớc khi đi vào nghiên cứu cơ cấu tổ chức tổng quan của RM&TC, phần tiếptheo sẽ xem xét việc phân chia các chức năng của RM&TC

3.2 Phân chia chức năng quản lý tài nguyên

Hình 3.1 : Phân chia chức năng quản lý tài nguyên và điều khiển lu lợngTrong phần này sẽ trình bày cách giải quyết sự phức tạp của RM & TC mộtcách có hiệu quả Việc phân tích các chức năng RM&TC thành các thành phầnkhông liên quan tới nhau làm cho việc quản lý RM&TC trở nên dễ dàng hơn.

Có hai cách chính đợc sử dụng để phân chia chức năng quản lý tài nguyên:

 Thứ nhất là dùng khái niệm mạng ảo VN (Virtual Network) Một mạng ảo là

một tập các nút và các liên kết mạng ảo VNL (Virtual Network Link), liênkết giữa các nút này Một liên kết mạng ảo là một đờng liên kết trong mạngvật lý đấu nối hai nút nằm trong một mạng ảo Một số tài nguyên (dải thông,

bộ đệm) có thể đợc gán cho các mạng ảo Các mạng ảo có thể đợc sử dụng đểphân biệt các chức năng RM&TC cho các dịch vụ với các đặc điểm lu lợng

và các yêu cầu chất lợng dịch vụ QoS rất khác nhau ( Ví dụ các dịch vụ tham

số có thể điều khiển lu lợng CTP ( Controllable Traffic Paramerters) và đốilập là các dịch vụ tham số không điều khiển lu lợng NCTP ( NonControllable Traffic Paramerters) hay để thơng mại hoá các chức năngRM&TC cho một nhóm ngời sử dụng ( ví dụ: các mạng ảo t nhân, các kết nối

đa điểm)

 Thứ hai do tồn tại nhiều thang thời gian khác nhau trong cùng một hệ thống

nên cho phép phân tích các chức năng RM&TC tuỳ theo các thực thể lu lợng

lớp kết hợp với các thang thời gian khác nhau Có 4 lớp đợc chọn là:lớp tế

bào, lớp đầu nối, lớp mạng ảo và lớp mạng vật lý (xem hình 3.1) Trên mỗi

lớp đều có thể thực hiện quản lý tài nguyên, đặc biệt là việc gán băng thông,các đo lờng và các lịch trình điều khiển khác nhau nhằm bảo đảm chất lợngdịch vụ Q0S và thông lợng của mạng

băng thông) đợc dễ dàng Nguyên tắc này còn đợc gọi là tạo băng thông có phẩmchất (Qualified Bandwidth).

b) Mọi thông tin khả dụng phải đợc sử dụng để tối u hoá công việc RM&TC.

Muốn vậy cần sử dụng các thuật toán và đo lờng cụ thể về trạng thái mạng và phảixuất trình tham số lu lợng tài nguyên

c) Ngay cả khi lu lợng không đợc xuất trình có tăng thì thuật toán phân phối

tài nguyên cũng không bị hạn chế nếu vẫn còn nguồn tài nguyên khả dụng

d) Phải đa vào trong thuật toán RM&TC một hệ số kinh tế để có thể tổ hợp các

đối tợng điều khiển, lập kế hoạch, phân định chung

e) Các thuật toán đối với các loại dịch vụ khác nhau phải dựa vào cùng một

cấu trúc dữ liệu và giao thức báo hiệu đồng nhất để giảm độ phức tạp và giá thànhcủa RM&TC

Băng thông có phẩm chất đợc định nghĩa là băng thông cần thiết cho một kếtnối với thuộc tính lu lợng cho trớc để đáp ứng QoS mong muốn Vì vậy thủ tục để cóbăng thông có phẩm chất gồm cả việc gán bộ nhớ đệm, thuật toán lịch trình ảo vàthuật toán điều khiển luồng, nếu chúng có ảnh hởng đến QoS

Để đơn giản, trong các phần tiếp theo ta sử dụng từ "băng thông" thay vì sửdung từ "băng thông có phẩm chất" Việc quản lý băng thông và bộ đệm đợc coi làquản lý tài nguyên cơ sở

3.2.1 Lớp tế bào

Các chức năng RM&TC liên quan đến lớp tế bào là các chức năng tác động

đến các tế bào riêng biệt Các chức năng này có thể phân chia làm 4 loại:

 Điều khiển tham số sử dụng (không tuân thủ hợp đồng lu lợng)

 Lịch trình (tính u tiên và tính bình đẳng)

 Điều khiển luồng tế bào

 Đo lờng tham số

Trong đó chức năng điều khiển luồng chỉ liên quan đến các dịch vụ mà tham

số lu lợng của nó có thể điều khiển đợc (CTP - Controlable Traffic Parametre)

Mục đích của điều khiển luồng là làm cho tốc độ tế bào phù hợp với tham số

lu lợng của mạng Có 2 phần riêng rẽ cho chức năng này :

-Phần thứ nhất : Là phép đo các điều kiện lu lợng, cụ thể là sự nhận biết cáctình trạng tắc nghẽn trong các cổng đầu vào chuyển mạch

-Phần thứ hai : Là sự phối hợp tốc độ kết nối để sự tắc nghẽn đợc tránh khỏi

và băng thông đợc sử dụng tốt

Có 3 kiểu điều khiển luồng tế bào: Kiểu dựa vào tốc độ, kiểu dựa vào tíndụng (thuật toán cửa sổ thời gian) và kiểu chiếm giữ tr ớc tài nguyên

3.2.1.1 Điều khiển luồng dựa vào tốc độ

Trong kiểu này các tham số trạng thái mạng đợc đo lờng trực tiếp tại các đầu

ra của hệ thống chuyển mạch Thông tin này đợc nguồn phát sử dụng để gán tốc độ

cho cuộc kết nối Đặc biệt nguồn còn có thể thông báo về trạng thái của mạng bằngcách phản hồi lại bằng một bit mã chứa trong tiêu đề tế bào hoặc bằng cách sử dụngcác tế bào quản lý tài nguyên

3.2.1.2 Điều khiển luồng dựa trên thẻ bài

Trong kiểu này thông tin về trạng thái mạng đợc đo lờng trực tiếp thông qua

độ trễ tế bào trên đờng truyền hoặc trên liên kết mạng, ở đây để điều khiển luồngngời ta dùng thuật toán cửa sổ thời gian Kích thớc cửa sổ chứa "tín dụng củanguồn" Nguồn truyền từng đơn vị dữ liệu (tế bào), mỗi tế bào lấy một tín dụng vàkhi tế bào này đến đích thì tín dụng lại đợc gửi trả lại cho nguồn Trong trờng hợp

độ trễ của mạng lớn (so với kích thớc cửa sổ - tín dụng) thì nguồn có thể hết tíndụng và việc truyền tế bào bị dừng lại Kiểu điều khiển luồng dựa vào tín dụng cóthể ứng dụng trên từng chặng (Link by Link) hoặc giữa ngời sử dụng với ngời sửdụng (User to User)

3.2.1.3 Điều khiển luồng dựa vào việc chiếm dụng trớc tài nguyên

1) Vấn đề quản lý tài nguyên

Tại các nút chuyển mạch của mạng ATM có 2 tài nguyên quan trọng cần đợcquản lý tốt là: khoảng trống của bộ nhớ đệm và băng thông của đờng trung kế Một cách đơn giản nhất để quản lý băng thông của đờng trung kế đó là thôngqua việc sử dụng các đờng ảo (VPC) Nhắc lại là một đờng ảo có thể chứa nhiềukênh ảo (VC) và các tế bào hoạt động theo địa chỉ VPI trên tiêu đề Nếu tại mỗi núttrong mạng, việc chuyển mạch là thực hiện chỉ qua VPI thôi thì sau đó chỉ cần tất cảcác băng thông vào ra của VPC tuân theo quyết định của CAC là đủ Quản lý VPC

là dễ dàng hơn nhiều so với việc quản lý một loạt các kênh ảo VCC

Cần lu ý là QoS đợc đặt bởi VCC là nghiêm ngặt hơn nhiều so với yêu cầuQoS trên VPC Có thể tởng tợng là có một mạng mà các nút chuyển mạch của mạng

sẽ đợc nối thông với nhau qua các VPC cho mỗi một kiểu QoS thì sẽ dễ dàng hơnnhiều về độ phức tạp và số lần thay đổi thực hiện việc định tuyến, khả năng hồi phục

và công tác đo đạc kiểm tra; tuy nhiên nó sẽ nhanh chóng làm kiệt quệ địa chỉ VPCnếu có nhiều kiểu QoS Do đó thực hiện thế nào cho hài hoà là vấn đề cần phải đợcnghiên cứu trong phần thiết kế mạng ATM

2) Quản lý nhanh tài nguyên ( Fast Resource Management – FRM)

PT: Kiểu tế bào

CRC: Mã kiểm tra lỗi CRC HEC: Điều khiển lỗi tiêu đề GFC: Điều khiển lỗi chung CLP: Bit u tiên loại bỏ tế bào VPI: Nhận dạng đờng ảo VCI: Nhận dạng kênh ảo FRM: Quản lý tài nguyên nhanh

Hình 3.2: Khuôn dạng tế bào quản lý tài nguyên nhanh

Để quản lý băng thông và bộ đệm một cách năng động ngời ta có thể sửdụng phơng pháp quản lý tài nguyên nhanh để quản lý 2 tài nguyên kể trên ITU-T

đã đa ra trong tiêu đề tế bào ATM 3 bit "kiểu tế bào" PT (Payload Type) và đợc mãhoá là "110" để quản lý tài nguyên Sau đây sẽ xem xét 2 loại quản lý tài nguyênnhanh (FRM), đó là giành nhanh trớc băng thông và giành nhanh trớc bộ đệm

 Giành nhanh trớc băng thông

Giành nhanh trớc băng thông là đặt sẵn một băng thông lên từng nút chuyểnmạch trên toàn tuyến từ đầu cuối tới đầu cuối Có hai phơng thức để giành sẵn băngthông là giành ngay lập tức, nhng không đảm bảo và có độ trễ, nhng đợc đảm bảo

Trong phơng thức giành trớc băng thông có độ trễ thì băng thông đợc giànhsẵn từ đầu cuối đến đầu cuối nh minh hoạ trên hình 3.3

INCLUDEPICTURE

" / / / / /My%20Documents/ATM%20E_book/phan2/ch3/img/h623.gif" \*

Hình 3.3 : Minh hoạ quá trình quản lý nhanh tài nguyên băng thôngTrớc khi bắt đầu có sự bùng nổ số liệu, thiết bị cuối gửi đi 1 tế bào FRM đểyêu cầu đợc giành truớc một băng thông (REQ BW) tại mỗi nút chuyển mạch trunggian trên toàn tuyến Các nút trung gian vừa giành sẵn băng thông (OK) vừa gửi tiếpyêu cầu đó tới các nút tiếp theo Trờng hợp các nút không thoả mãn đợc băng thông,yêu cầu này sẽ bị huỷ (NOK) và báo lại tình trạng này cho phía yêu cầu Còn trongtrờng hợp thành công sẽ có lệnh cấp băng thông đợc gửi đi (GRANT BW) Khi sựbùng nổ số liệu kết thúc, phía nguồn sẽ gửi đến tất cả các nút chuyển mạch trên toàntuyến kết nối thông báo giải phóng băng thông (REL BW) Quá trình giải phóngbăng thông phải đảm bảo sao cho không ảnh hởng đến việc truyền tế bào

tắc nghẽn tại các nút trung gian, có thể mất toàn bộ hay một phần thông tin

 Giành nhanh trớc bộ đệm

INCLUDEPICTURE

" / / / / /My%20Documents/ATM%20E_book/phan2/ch3/img/h624.gif" \*MERGEFORMAT

Hình 3.4: Minh hoạ quá trình quản lý nhanh tài nguyên bộ nhớ đệm

Một tài nguyên quan trọng khác cần quản lý là khoảng trống của bộ nhớ

đệm tại các nút chuyển mạch Khi có sự bùng nổ số liệu, cần giành trớc khoảngtrống bộ nhớ đệm tại các nút trung gian trên toàn tuyến từ đầu cuối đến đầu cuối(xem hình 3.4)

Quá trình hoạt động xẩy ra nh sau

Việc giành trớc bộ đệm đợc thực hiện bởi một tế bào FRM tại thời điểm của

sự bùng nổ số liệu Khi có sự bùng nổ số liệu đến một nút mạng, sẽ có sự kiểm tra,nếu yêu cầu kích thớc bộ đêm (REQ Buf) lớn hơn kích thớc trống của bộ đệm tại