phân tích cấu trúc phần cứng chuyển mạch atm và xem xét ảnh hưởng của nó đến chất lượng dịch vụ

Chơng I : Một số khái niệm cơ bản về ATM
Lời nói đầu
Ngày nay , cùng với sự phát triển về kinh tế- xã hội, nhu cầu trao đổi
thông tin của con ngời ngày càng cao. Bởi vậy công nghệ điện tử viễn thông
có vai trò đặc biệt quan trọng nhất là trong giai đoạn bùng nổ thông tin nh
hiện nay. Các hệ thống điện tử viễn thông là phơng tiện rất hữu ích để phục
vụ cho nhu cầu trao đổi thông tin một cách cấp thiết.
Uỷ ban t vấn viễn thông quốc tế CCITT đã đa ra mô hình mạng viễn
thông số hoá đa dịch vụ băng rộng B-ISDN ( Broadband Integrated Service
Digital Network). B-ISDN đợc xây dựng trên cơ sở của mạng cáp quang đồng
bộ , mạng thông minh ( IN)và công nghệ chuyển tải không đồng bộ (ATM)
đã cho phép truyền tiếng nói, hình ảnh, dữ liệu trên cùng một mạng duy nhất.
ATM là một công nghệ mới dựa trên cấu trúc tế bào ATM, nó kết hợp
đợc các đặc điẻm kỹ thuật giã chuyển mạch cổ điển của mạng điện thoại với
chuyển mạch gói đã đáp ứng đợc nhu cầu thông tin của con ngời một cách
toàn diện. Có thể nói hệ thống chuyển mạch ATM là phần quan trọng nhất
của công nghệ ATM vì thế việc đi sâu nghiên cứu sự ảnh hởng của cấu trúc
phần cứng chuyển mạch ATM đến chất lợng dịch vụ là một vấn đề rất quan
trọng và rất cần thiết.
Nội dung chủ yếu của bài đồ án này em đã viết về đề tài :
Phân tích cấu trúc phần cứng chuyển mạch ATM và xem
xét ảnh hởng của nó đến chất lợng dịch vụ
Mặc dù đã cố gắng hoàn thành bài đồ án này nhng do thời gian có hạn
cho nên trong quá trình làm đò án sẽ không tránh khỏi những sai sót. Em rất
mong đợc sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và bạn bè để bài làm của
em đợc tốt hơn và hoàn thiện hơn. Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy
giáo hớng dẫn Th.S :Phơng Xuân Quang đã tận tình gợi ý, hớng để em hoàn
thành bài đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn!
1
Chơng I : Một số khái niệm cơ bản về ATM

Chơng I
Một số khái niệm cơ bản về ATM
I. Giới thiệu chung về ATM
Kiểu truyền không đồng bộ (ATM) là công nghệ dồn kênh và chuyển
mạch trên cơ sở tế bào , thiết kế cho mục đích chung là truyền liên kết có h-
ớng các dịch vụ băng rộng.ATM cũng đang đợc ứng dụng cho mạng LAN và
các công nghệ mạng riêng đã đợc chỉ ra bởi ATM Forum.
ATM điều khiển cả lu lợng hớng liên kết và lu lợng không liên kết
thông qua việc sử dụng lớp tơng thích. Các liên kết ảo ATM có thể thực hiện
nhờ tốc độ bit không đổi(CBR) hoặc tốc độ bit thay đổi (VBR). Mỗi tế bào
ATM gồm thông tin địa chỉ, xác định liên kết ảo từ nguồn đến đích. Tất cả
các tế bào sau đó đợc truyền đI, nối tiếp nhau,qua liên kết ảo này.ATM cung
cấp các cuộc nối ảo thông qua chuyển mạch ,các cuộc nối cố định
(Permanent) và bán cố định (Semi-Permanent), các cuộc nối từ điểm tới điểm
hoặc từ điểm tới đa điểm và cung cấp các dịch vụ theo yêu cầu.
ATM đa ra khả năng chuẩn hóa trên một kiến trúc mạng, xác định cách
thức chuyển mạch và dồn kênh, với SONET/STM cung cấp các cơ sở cho
chuẩn truyền vật lý đối với các tốc độ rất cao. ATM cũng hỗ trợ nhiều loại
dịch vụ chất lợng cao cho các yêu cầu ứng dụng khác nhau với độ trễ và tổn
thất tế bào cho phép. Bởi vậy,nhìn chung ATM là mạng hoàn chỉnh có thể đợc
xây dựng bằng cách sử dụng nguyên lý dồn kênh và chuyển mạch lớp tơng
thích ATM (ATM Adaption Layer- AAL) và lớp ATM để hỗ trợ cho tất cả các
dịch vụ băng rộng nh là : tiếng nói,dữ liệu ,video, hình ảnh
II. Cấu trúc tế bào ATM
Tế bào ATM là đơn vị truyền tín hiệu cơ bản trong công nghệ ATM các
chuẩn ATM xác định kích thớc cố định của tế bào có độ dài là 53 bytes, bao
gồm 5 bytes cho tiêu đề và 48 bytes cho thông tín hiệu nh chỉ ra trong hình
1.1. Các bit trong tế bào đợc truyề liên tục trong đờng truyền từ trái sang phải
.Các tế bào đợc sắp xếp vào trong đờng truyền vật lý,nh là chuẩn DS1, DS3

của Bắc Mỹ hoặc SONET; chuẩn: E1,E3,và E4 của châu Âu; hoặc các chuẩn
về STM của ITU-T.
2
Chơng I : Một số khái niệm cơ bản về ATM
Trong đó:
H : Phần tiêu đề VPI : Nhận dạng đờng ảo
P : Phần thông tín hiệu hữu ích VCI : Nhận dạng kênh ảo
GFC : Điều khiển luồng chung PT : Loại thông tín hiệu
CLP : Ưu tiên tổn thất tế bào HEC : Kiểm tra lỗi tiêu đề
Hình 1.1: Khuôn dạng và sự truyền của tế bào ATM
Trong mạng ATM , toàn bộ thông tín hiệu đợc chuyển mạch và dồn
kênh trong các tế bào có độ dài cố định này. Trờng tiêu đề nhận dạng đích
đến, loại tế bào và mức độ u tiên. Có hai dạng trờng tiêu đề của tế bào ATM :
một dạng là tế bào đợc truyền trên giao diện giữa ngời sử dụng và mạng UNI
(User Network Interface) (hình 1.2a),dạng còn lại là các tế bào đợc truyền
giữa các nút mạng NNI ( Network Node Interface)(hình 1.2b).
Trờng tiêu đề bao gồm trờng nhận dạng đờng ảo (VPI), nhận dạng
kênh ảo (VCI),loại thông tin (PT) , xác dịnh u tiên tế bào (CLP), trờng kiểm
tra lỗi tiêu đề (HEC). Ngoài ra, trờng tiêu dề ở giao diện UNI có điểm khác là
trờng VPI bị rút ngắn lại còn 8 bit so với 12 bit ở giao diện NNI, thay vào chỗ
4 bit của VPI là trờng điều khiển lu lợng chung(GFC).
3
Chơng I : Một số khái niệm cơ bản về ATM
Hình 1.2:Cấu trúc tế bào ATM tại giao diện UNI và NNI
Trờng nhận dạng đờng ảo (VPI) dùng để định hớng các tế bào ATM
qua bộ chuyển mạch và cung cấp các đờng ảo riêng biệt giữa các điểm
cuối.Trờng nhận dạng kênh ảo (VCI) cung cấp thông tin định hớng kênh cho
tế bào ATM .Các kênh ảo đợc dùng để thiết lập các kênh thông tin giữa các
thiết bị đầu cuối.Tổ hợp VPI và VCI tạo thành một giá trị duy nhất cho mỗi
cuộc nối.

Trờng điều khiển lu lợng chung(GFC) cho phép bộ dồn kênh điều khiển
luồng các cuộc nối ATM ở giao diện UNI. Nó đợc sử dụng 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 cuộc nối từ điểm tới điểm và từ điểm tới nhiều
điểm. Khi kết hợp mạng ATM với các mạng khác, thì GFC là bộ các giá trị
chuẩn để định nghĩa mức độ u tiên các qui luật truy nhập của ATM vào các
mạng đó.
Loại thông tin (PT) chỉ ra các tế bào gồm dữ liệu của ngời sử dụng, dữ
liệu báo hiệu hoặc thông tin bảo dỡng.
Bit u tiên tổn thất tế bào (CPL) chỉ ra mức độ u tiên của tế bào. Các tế
bào u tiên thấp hơn bị loại bỏ trớc các tế bào có u tiên cao hơn trong khi tắc
nghẽn.
Trờng điều khiển lỗi tiêu đề (HEC) chứa mã d vòngCRC (Cyclic
Redundancy Check).Nó dùng để kiểm tra, phát hiện và sửa các lỗi trong tiêu
đề.
4
Chơng I : Một số khái niệm cơ bản về ATM
Tế bào ATM có thể đợc phân loại theo lớp cấu thành và chức năng nh đã
chỉ ra ở bảng 1.1 gồm tế bào lớp ATM và tế bào lớp vật lý
.
Lớp Tế bào Các chức năng
Lớp ATM Tế bào xác định Liên quan các lớp bậc cao
Tế bào không xác định Dịch vụ sẵn có trong lớp ATM
Lớp vật lý Tế bào trống Lấp chỗ trống
Tế bào OAM lớp vật lý Tế bào OAM
Bảng 1.1 : Phân loại tế bào ATM
Tế bào lớp ATM đợc tạo ra trong lớp ATM và đợc phân chia thành tế
bào xác định và tế bào không xác định.
Tế bào lớp vật lý đợc tạo ra trong lớp vật lý và đợc chia ra thành tế bào
trống và tế bào điều hành khai thác , bảo dỡng (OAM).

Tế bào xác định đợc dùng để chỉ những tế bào dành cho dịch vụ trong
lớp ATM.Còn tế bào không xác định đợc dùng khi không có tài nguyên dành
sẵn trên đầu phát
Tế bào trống đợc chèn thêm vào trong trờng hợp tốc độ bit của lớp vật
lý không phù hợp với tốc độ bit của đờng truyền dẫn. Còn tế bào OAM lớp
vật lý đợc dùng cho việc quản lý , khai thác và bảo dỡng.
III. Các khái niệm về kênh ảo và đờng ảo
Trong một đờng truyền dẫn có thể bao gồm vài đờng ảo VP (Virtual
Path),trong mỗi VP có thể có vài kênh ảoVC (Virtual Channel). Mỗi VP và
VC trong đờng truyền dẫn đều có một giá trị CPI vàVCI riêng, các số VP và
VC phụ thuộc vào độ dài của VPI và VCI trong trờng tiêu đề của tế bào
ATM .
Hình 1.3 thể hiện mối quan hệ giữa VP và VC, và đờng truyền dẫn.
5
Chơng I : Một số khái niệm cơ bản về ATM
Hình 1.3: Mối quan hệ giữa VP ,VC,và đờng truyền dẫn.
1, Đờng ảo và kênh ảo
Đờng ảo (VP) là khái niệm để chỉ việc truyền đơn hớng các tế bào ATM
có cùng một giá trị nhận dạng đờng ảoVPI. Trong đờng truyền dẫn có thể có
một số đờng ảo. Số đờng ảo này phụ thuộc vào số bit của VPI trong trờng tiêu
đề của tế bào ATM
Kênh ảo (VC) là khái niệm để chỉ việc truyền đơn hớng các tế bào
ATM tơng ứng với một giá trị nhận dạng kênh ảo chung duy nhất VCI. Nhiều
kênh ảo có thể hợp lại thành một đờng ảo. Số kênh ảo phụ thuộc vào số bit
của VCI trong trờng tiêu đề của tế bào ATM.
2, Liên kết kênh ảo (VC link) và liên kết đờng ảo (VP link)
ITU-I đã định nghĩa liên kết kênh ảo và liên kết đờng ảo nh sau:
Liên kết kênh ảo là sự truyền đơn hớng các tế bào ATM giữa điểm mà tại
đó các VCI đợc gán vào tế bào và điểm mà các giá trị đó bị thay đổi hoặc bị
xóa.

Liên kết đờng ảo là liên kết giữa hai điểm mà tại đó các giá trịVPI đợc
gán, thay đổi hoặc bị xóa.
3, Cuộc nối kênh ảo(VCC) và cuộc nối đờng ảo (VPC)
Theo định nghĩa của ITU-I: Cuộc nối kênh ảo (VCC) là sự móc nối
của một số liên kết kênh ảo giữa hai điểm mà tại đó có thể truy nhập vào lớp
tơng thích ATM (AAL). Thực chất VCC là một đờng nối logic giữa hai điểm
dùng để truyền các tế bào ATM và các VCC đợc chuyển mạch nhờ vào tổ
hợp của giá trị VPI và VCI. Thông qua VCC, thứ tự các tế bào đợc bảo toàn.
6
Chơng I : Một số khái niệm cơ bản về ATM
Các VCC đợc ứng dụng tại giao diện ngời sử dụng- ngời sử dụng
(User-User) để truyền thông tin hữu ích và thông tin báo hiệu giữa hai đầu
cuối. Tại giao diện ngời sử dụng-mạng (User- Network), VCC có chức năng
là tạo truy nhập cuộc nối đến nút chuyển mạch địa phơng.VCC giữa các nút
mạng đợc dùng để mang thông tin quản lý lu lợng mạng, định tuyến và báo
hiệu tại giao diện mạng- mạng (Network-Network).
Cuộc nối đờng ảo (VPC) là sự móc nối của một số liên kết đờng ảo.
VPC là sự kết hợp logic của các VCC. Các VPC đợc chuyển mạch dựa trên
giá trị VPI duy nhất. Trong một VPC , mỗi liên kết kênh ảo đều có VCI riêng,
tuy vậy ,những VC thuộc về các VP khác nhau có thể có các số VCI giống
nhau. Mỗi VC đợc nhận dạng duy nhất thông qua tổ hợp của hai giá trị VCI
và VPI.
VCP liên kết giữa ngời sử dụng cung cấp cho họ cácống truyền dẫn
gồm nhiều kênh ảo. Tại giao diện ngời sử dụng- mạng (User- Network) VPC
đợc dùng để kết hợp các luồng thông tin từ ngời sử dụng đến các nút chuyển
mạch địa phơng.Tại giao diện mạng- mạng (Network- Network) VPC sử
dụng để tổ chức luồng thông tin của ngời sử dụng theo sơ đồ định tuyến có
sẵn, cho việc chuyển mạch các tuyến hay cho thông tin quản lý mạng .
IV. Cấu trúc phân lớp của mạng ATM
1. Mô hình tham chiếu giao thức của ATM

Cấu trúc phân lớp logic đợc sử dụng trong ATM dựa trên mô hình tham
chiếu liên kết các hệ thống mở OSI. Tuy vậy mô hình ATM sử dụng khái
niệm các lớp và mặt phẳng riêng rẽ cho từng chức năng riêng biệt nh chức
năng dành cho ngời sử dụng, chức năng điều khiển, quản lý mạng . Khái
niệm này đợc gọi là mô hình tham chiếu giao thức B- ISDN (B- ISDN
Protocol Reference Model hay B-ISDN- PRN)Mô hình tham chiếu giao thức
B-ISDN bao gồm ba mặt phẳng: mặt phẳng quản lý, mặt phẳng ngời sử dụng,
và mặt phẳng điều khiển nh đã chỉ ra trong hình 1.4.
7
Chơng I : Một số khái niệm cơ bản về ATM
Mặt phẳng quản lý bao gồm hai chức năng chính là quản lý mặt phẳng
và quản lý lớp. Toàn bộ các chức năng liên quan đến hệ thống đều nằm ở
quản lý mặt phẳng, nó có nhiệm vụ tạo ra sự phối hợp làm việc giữa những
mặt phẳng khác nhau. Quản lý lớp đợc chia thành các lớp khác nhau nhằm
thực hiện các chức năng điều hành các tham số ngời sử dụng và điều hành
các thông tin quản lu lợng lý, khai thác và bảo dỡng.
Mặt phẳng ngời sử dụng kiểm soát các thông tin của ngời sử dụng. Tất
cả các cơ chế liên quan nh điều khiển luồng, điều khiển tắc nghẽn, chống lỗi
đều thực hiện ở mặt phẳng này. Nó có cấu trúc phân lớp, mỗi lớp thực hiện
một chức năng riêng biệt liên quan đến việc cung cấp các dịch vụ cho ngời sử
dụng.
Mặt phẳng điều khiển có nhiệm vụ thực hiện các chức năng báo hiệu
liên quan tới việc thiết lập, giải phóng và giám sát đờng nối hoặc cuộc gọi.
Giao thức của mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng ngời sử dụng đợc
phân loại thành lớp mức cao, lớp thích ứng ATM (AAL), lớp ATM và lớp vật
lý. Các chức năng đợc mô tả trong bảng 1.2.
Nhiều giao thức mạng đợc đối chiếu với mô hình giao thức OSI. So
sánh với mô hình guiao thức OSI, chỉ có lớp vật lý của ATM là tơng ứng với
lớp 1 trong OSI. Lớp ATM và AAL là tơng ứng với lớp 2 của OSI, nhng trờng
địa chỉ của tiêu đề tế bào ATM có ý nghĩa nh lớp3 của mô hình OSI. Hình 1.5

biểu diễn các lớp ATM theo OSI và các chức năng của lớp ATM và lớp AAL.
8
Chơng I : Một số khái niệm cơ bản về ATM
2, Chức năng của lớp vật lý
Lớp vật lý đợc tạo nên bởi phân lớp hội tụ truyền (TC) và phân lớp đ-
ờng truyền vật lý( PM). Chức năng của mỗi lớp con đợc mô tả trong bảng 1.2
Tên lớp Phân lớp Các chức năng
Lớp bậc cao
Cchức năng bậc cao
Lớp thích ứng
ATM (AAL)
Hội tụ (CS) Phần chung (CP)
Các dịch vụ đặc biệt (SS)
Phân tách và tạo lại tế bào (SAR) Chức năng phân tách và tạo lại
Lớp ATM
-Điều khiển lu lợng chung (GCF)
-Tạo và phân tách tiêu đềcủa tế bào
- Truyền đạt các VPI/VCtrong tế bào
- Ghép và tách các tế bào
Lớp vật lý
Hội tụ truyền (TC)
- Phân định tốc độ tế bào
- Tạo và kiểm tra tín hiệu HEC
- Nhận biết giới hạn tế bào
- Phát và khôi phục khung truyền dẫn
Đờng truyền vật lý (PM)
- Chức năng truyền dẫn, tốc độ bit
- Chức năng liên quan đến môi trờng vật lý
Bảng 1.2: Chức năng các lớp của B-ISDN
Phân lớp TC phân định tốc độ của tế bào , tạo/ xác định byte kiểm tra

lỗi và nhận biết giới hạn của tế bào. Khi phân lớp TC đợc truyền đI trên cơ sở
kỹ thuật SDH, nó thực hiện việc tạo và xác định khung truyền dẫn. Chức
năng của phân lớp tùy thuộc vào giao diện sử dụng bên dới nó.
Chức năng của phân lớp PM hoàn toàn phụ thuộc vào môi trờng truyền
dẫn vật lý cụ thể nh cáp quang hay cáp đồng trục. Lớp này cung cấp khả năng
truyền dẫn bit , mã hóa dòng bit theo mã đờng truyền và có thể thực hiện việc
biến đổi quang điện . Ngoài ra phân lớp PM còn có nhiệm vụ đồng bộ bit.
Phân lớp PM cũng cung cấp một vài giao diện hỗ trợ bao gồm mạng cáp
9
Chơng I : Một số khái niệm cơ bản về ATM
quang đồng bộ (SONET) với tốc độ 155.52 Mb/s DS3 là 44,737 Mb/s Cáp
quang đa mode 100 Mb/s .
3. Chức năng của lớp ATM
Lớp ATM độc lập với lớp vật lý và cung cấp các chức năng đợc chỉ ra
trong bảng 1.2.
Lớp ATM có phần GFC để điều khiển giao thức và dòng thông tin trong
UNI.GFC còn đợc sử dụng để giảm bớt tình trạng quá tải của mạng. Ngoài ra
nó còn dịch các VPI/VCI thành các điểm truy nhập dịc vụ SAP , ghép và tách
các tế bào. Thêm vào đó, nó quản lý phần PT(Payload Type) hay CLP (Cell
Lost Priority) và thực hiện việc tạo ra, xác nhận tín hiệu tiêu đề của tế bào.
Các chức năng lớp ATM bao gồm : chuyển mạch , dồn kênh, định tuyến,
quản lý tắc nghẽn.
4, Chức năng của lớp AAL
Lớp thích ứng ATM (AAL)đợc phân thành phân lớp hội tụ CS và phân
lớp phân tách và táI tạo lại tế bào SAR. Chức năng của mỗi phân lớp đợc mô
tả trong bảng 1.2.
Lớp AAL có nhiệm vụ tạo ra sự tơng thióch giữa các dịch vụ đợc cung
cấp bởi lớp ATM với các lớp cao hơn và chức năng chủ yếu của lớp AAL là
sắp xếp các đơn vị dữ liệu PDU thành các tế bào ATM .
Phân lớp phân tách và tạo lại tế bào SAR có nhiệm vụ phân chia PDU

của các lớp cao hơn thành các phần tơng ứng 48 bytes của trờng dữ liệu tế
bào ATM ở bên phát. ở bên thu,SAR lấy thông tin 48 bytes để ghép lại thành
PDU để cung cấp cho lớp trên.
Phân lớp hội tụ CS phụu thuộc vào các 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. Thông thờng có 4 loại dịch vụ sau:
Dịch vụ nhóm A: Làm việc theo thời gian thực, tốc độ truyền không
đổi và có hớng liên kết. Ví dụ: dịch vụ điện thoại,Audio, video có tốc độ
không đổi.
Dịch vụ nhóm B: Làm việc theo thời gian thực , tốc độ truyền thay
đổi và có hớng liên kết. Ví dụ nh tín hiệu audio và video có tốc độ thay đổi.
10
Chơng I : Một số khái niệm cơ bản về ATM
Dịch vụ nhóm C: Làm việc không yêu cầu thời gian thực, tốc độ
truyền thay đổi và có hớng liên kết. Ví dụ: dịch vụ truyền số liệu có hớng liên
kết và báo hiệu.
Dịch vụ nhóm D: Làm việc không yêu cầu thời gian thực, tốc độ
truyền thay đổi và không có hớng liên kết. Ví dụ: Dịch vụ truyền số liệu
không liên kết.
ITU-T chia AAL thành 4 loại khác nhau tuỳ thuộc vào đặc điểm dịch
vụ của chúng. Bảng 1.3 mô tả chi tiết các loại AAL.

AAL0
CS
AAL1
SAR
AAL2
CPCS
CPCS
AAL3/4

SAR
SSCS
CPCS
AAL5
SAR
Bảng 1.3: Chức năng của Lớp AAL
AAL0: Mặc dù thuật ngữ AAL0 không chính thức đợc sử dụng, nhng
nó có thể đợc chú ý đến khi lớp AAL vắng mặt của phân lớp SAR và CS.
Điều này có nghĩa là không có chức năng nào của AAL đợc yêu cầu và dung
lợng của trờng thông tin tế bào đợc truyền trực tiếp và trong suốt lên lớp cao
hơn.
AAL1: Phục vụ cho các dịch vụ thuộc nhóm A: thu và phát đơn vị dữ
liệu dịch vụ SDU theo thời gian thực với tốc độ truyền không đổi. Chức năng
cơ bản của AAL1 bao gồm:Phân tách và tạo lại thông tin ngời sử dụng, xử lý
trễ truyền và tạo tế bào, xử lý lỗi khi mất hoặc chèn nhầm tế bào, khôi phục
đồng bộ ở đầu thu, phát hiện lỗi trong trờng điều khiển tế bào và khôi phục
lại cấu trúc thông tin bên nhận.
Lớp con SAR có dạng nh sau:
4 bit 4 bit 47 bytes
SN SNP Trờng dữ liệu SAR-PDU

C SC SCR P
11
Chơng I : Một số khái niệm cơ bản về ATM
Hình 1.6: Khuôn dạng SAR-PDU của AAL1
Đơn vị dữ liệu giao thức SAR-PDU gồm 48 bytes, trong đó 1 byte là tr-
ờng thông tin điều khiển giao thức PCI (Protocol Control Infomation) và 47
byte thông tin loại SAR-PDU. Trong PCI có:
- 4 bit chỉ thị thứ tự SN (Sequence Number).
- 4 bit mã chống lỗi SNP (Sequence Number Protection).

Trờng SN có chức năng đếm số thứ tự của các PDU và đợc chia thành:
Bit C chỉ thị lớp con hội tụ (Convergence Sublayer Indication), đợc sử
dụng để truyền thông tin đồng bộ hoặc các thông tin về cấu trúc dữ liệu.
- 3 bit đếm số thứ tự S C (Sequence Count), cho phép phát hiện các tế
bào bị mất hoặc bị chèn nhầm.
Trờng SNP chứa 3 bit mã CRC (CycLic Redundancy Check) để phát
hiện và sửa lỗi cho SN, bit P (Parity) kiểm tra chẵn lẻ7 bit của PCI.
Lớp con CS: Có các chức năng hoàn toàn phụ
thuộc vào loại dịch vụ:
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 bị huỷ.
- Xử lý các tế bào bị mất hoặc chèn nhầm.
- Khôi phục tín hiệu đồng bộ.
- Truyền các thông tin về cấu trúc dữ liệu giữa nguồn và đích.
- Sửa lỗi trớc FEC (Forward Error Correction): để đảm bảo chất lợng
dịch vụ cao cho một số ứng dụng video và audio.
AAL2: Phục vụ cho các dịch vụ thuộc nhóm B. Sử dụng cho các dịch
vụ có tốc độ thay đổi đợc, truyền trong thời gian thực. Nó có các chức năng
chủ yếu giống AAL1, chỉ có một điểm đặc biệt SDU,PDU thay đổi tốc độ khi
truyền giữa lớp AAL và các lớp cao hơn.
AAL3/4 : Phục vụ cho các dịch vụ thuộc nhóm C và D. Phục vụ cho các
dịch vụ không yêu cầu thời gian thực, tốc độ thay đổi, phục vụ cho kiểu
truyền liên kết và không có hớng liên kết. Hình 1.7 là cấu trúc của AAL3/4
trong đó phân lớp CS đợc chia thành hai phần:SSCS và CPCS. Một trong các
chức năng của phân lớp phụ thuộc dịch vụ SSCS (Service Specific CS ) là
12
Chơng I : Một số khái niệm cơ bản về ATM
truyền số liệu.Phân lớp phần chung hội tụ truyền CPCS (Common Part CS)
truyền các khung số liệu của ngời sử dụng với độ dài bất kỳ trong khoảng từ

1 byte đến 65535 bytes.


Hình 1.7: Cấu trúc của AAL ắ
AAL3/4 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 và dịch
vụ kiểu dòng bit (Streaming Mode Service) để truyền tốc độ thấp với yêu cầu
trễ nhỏ.
Cấu trúc đơn vị dữ liệu của SAR-PDU:
2 bit 4 bit 10 bit 44 bytes 6 bit 10
bit
-Trờng kiểu đoạn ST (Segment Type) có độ dài 2 bit,để cho biết đơn vị
dữ liệu thuộc cuộc nối nào, thuộc ngời sử dụng hay quản Lý
- Trờng số thứ tự SN có độ dài 4 bit và có chức năng đếm số thứ tự của
SAR-PDU.
-Trờng chỉ thị độ dài trờng thông tin LI (Length Indicator) dài 6 bit,
chỉ ra số byte của CS-PDU chứa trong trờng dữ liệucủa SAR-PDU.
-Trờng chống Lỗi CRC dài 10 bit, thực hiện việc kiểm tra lỗi bit trong
SAR-PDU.
-Trờng nhận dạng ghép kênh MID (Multiplexing Identifier) dài 10 bit.
Chức năng chủ yếu là đồng thời phân kênh và hợp kênh các cuộc nối mức
13
S
T
SN MI
D
Trờng thông tin SAR - PDU I . I CRC
Tiêu đề SAR - PDU
SSCS
CPCS

SAR
AAL 3/4
CS
SAR - PDU
Hình 1.8 Dạng SAR PDU của AAL3/4
Chơng I : Một số khái niệm cơ bản về ATM
AAL khác nhau thành một đờng nối đơn ở mức ATM.Các SAR-PDU với giá
trị nhận dạng MID khác nhau sẽ thuộc về các CS-PDU riêng biệt.
AAL5 :Phục vụ cho các dịch vụ có tốc độ thay đổi,không theo thời gian
thực. Cũng giống nh AAL 3/4 , AAL5 đợc sử dụng chủ yếu cho các yêu cầu
truyền số iệu.ITU-T đa ra kiểu AAL5 nhằm mục đích giảm độ dài phần
thông tin điều khiển giao thức (PCI- gồm phần tiêu đề và phần đuôi).AAL5
có các chức năng và giao thức hoạt động nh AAL 3/4 . Điểm khác nhau chính
của hai loại này là AAL5 không đa ra khả năng hợp kênh và phân kênh, do
đó nó không có trờng MID. AAL5 chủ yếu đợc dùng cho báo hiệu mạng
ATM và phần lớn các thiết bị ATM LAN hỗ trợ cho loại này.
V. nguyên Lý chuyển mạch
1. Nguyên Lý chuyển mạch
Trong môi trờng ATM, việc chuyển mạch các tế bào đợc thực hiện trên
cơ sở các giá trị VPI và VCI của trờng tiêu đề tế bào ATM. Các giá trị VPI,
VCI chỉ có ý nghĩa trên từng chặng liên kết của cuộc nối. Khi tế bào tới nút
chuyển mạch, giá trị của VPI hoặc cả VPI và VCI đều thay đổi cho phù hợp
với chặng tiếp theo.
Thiết bị chuyển mạch ATM có hai chức năng cơ bản sau:
(a) Nhận dạng và phân tích các VPI và VCI trong tế bào ATM.
(b) Truyền các tế bào ATM từ một trong các cổng đầu vào đến các cổng
đầu ra cho trớc.
Có hai loại chuyển mạch ATM chính: chuyển mạch VP(hay nút
nối xuyên) và chuyển mạch VC (hay chuyển mạch ATM).
2. Nút nối xuyên (chuyển mạch VP)

Các thiết bị chuyển mạch tại đó làm giá trị của VPI thay đổi gọi là nút
nối xuyên (Cross connec) hoặc là bộ tập trung (Concentrator) hay chuyển
mạch VP (VP Switch).
Hình 1.9 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 trị VPI ở đầu vào thành các giá trị VPI tơng ứng ở đầu ra sao cho các
liên kết đờng ảo này thuộc về cùng một cuộc nối đờng ảo cho trớc. Trong tr-
ờng hợp này giá trị VCI đợc giữ nguyên không thay đổi.
-
14
Chơng I : Một số khái niệm cơ bản về ATM
Hình 1.9: Chuyển mạch VP
3. Chuyển mạch VC
Thiết bị chuyển mạch tại đó giá trị của VPI và VCI đều thay đổi, hoặc
VCI thay đổi gọi là chuyển mạch VC (VC Switch) hoặc chuyển mạch ATM
(ATM Switch).
Hình 1.10. giải thích nguyên tắc chuyển mạchVC. Khác với chuyển
mạch VP, chuyển mạch VC Là điểm cuối của liên kết kênh ảo và iên kết đ-
ờng ảo. Vì vậy, trong chuyển mạch VC, giá trị của cả VPI và VCI đều bị thay
đổi. Do trong chuyển mạch VC còn bao gồm cả chuyển mạch VP nên về mặt
nguyên tắc, chuyển mạch VC có thể thực hiện các chức năng nh một chuyển
mạch VP.
Hình 1.10: Chuyển mạch VC
Hình 1.11 minh hoạ một cuộc nối kênh ảo VCC thông thờng, TE là nút
chuyển mạch nơi mà giá trị VPI và VCI bị thay đổi. A và B là hai thiết bị đầu
15
Chơng I : Một số khái niệm cơ bản về ATM
cuối;D1 và D2 à các bộ nối xuyên, nơi chỉ thay đổi giá trị VPI; a
i
, x

i
, y
i
lần l-
ợt là các giá trị VPI và VCI tơng ứng.
VI. Những u điểm nổi bật của ATM
Công nghệ ATM dựa trên cấu trúc tế bào ATM kết hợp đợc các đặc
điểm của kỹ thuật chuyển mạch cổ điển của mạng điện thoại với các u điểm
của kỹ thuật chuyển mạch gói, nhờ vậy loại bỏ đợc những hạn chế của các kỹ
thuật truyền dẫn ghép kênh phân chia thời gian (TDM), đáp ứng đợc nhu cầu
dịch vụ thông tin đa dạng một cách mềm dẻo, hiệu quả, dễ dàng thích ứng với
những dịch vụ mới và thay đổi về công nghệ xuất hiện trong tơng lai. Những
đặc điểm nổi bật nhất của ATM đợc tóm tắt dới đây:
* Đặc tính truyền dẫn mềm dẻo: gần nh không có giới hạn về tốc độ
truyền dẫn và thông lợng các kênh thông tin. Mỗi kênh thông tin đợc thiêt lập
bằng một chuỗi tế bào các ATM , số ợng các tế bào đợc truyền đi trong một
đơn vị thời gian à hoàn toàn tuỳ ý.
Do vậy tốc độ truyền của kênh không bị giới hạn vào các tốc độ cơ sở
64 Kbit/s, 128 Kbit/s Số lợng kênh trên cùng một đờng truyền phụ thuộc vào
số lợng số nhận dạng logic của các tế bào. Nh vậy, tốc độ có thể đạt tới mức
tối đa khi các kênh hoạt động đồng thời trên cùng một đờng truyền.
* Đặc tính chuyển mạch bằng phần cứng: Trong mạng chuyển mạch
gói truyền thống, việc phân tích, xử lý địa chỉ của gói để chuyển mạch đợc
thực hiện bằng phần mềm do độ dài gói không cố định. Tế bào ATM với cấu
trúc thống nhất cho phép việc xử lý chuyển mạch thực hiện đợc bằng thiết bị
phần cứng đồng thời giữa các nút chuyển mạch không có yêu cầu điều khiển
luồng và điều khiển lỗi do đó nó có thể giảm tối đa thời gian xử lý ở nút
chuyển mạch nên tốc độ xử ý rất nhanh,tiết kiệm thời gian.
* ở trên tiêu đề của tế bào ATM chỉ có thông tin để nhận dạng cuộc
nối mà không chứa thông tin về địa chỉ đích, địa chỉ nguồn, về thứ tự gói. Thứ

tự gói trong ATM là thứ tự cố định và tuần hoàn nh trong thực tế.
* Đặc tính ghép/phân kênh trực tiếp, độc lập với tốc độ
truyền:Ghép/phân kênh trong mạng ATM , dựa trên cơ sở chỉ số nhận dạng
kênh, không lệ thuộc vào các khe thời gian cố định nh trong TDM, nên các
kênh với tốc độ truyền khác nhau hoàn toàn có thể đợc ghép/phân kênh đễ
dàng thông qua chỉ số nhận dạng kênh.
* Khả năng thiết lập các nhóm kênh ảo,dễ dàng cho việc điều hành và
quản lý mạng : Nhóm kênh ảo đợc định nghĩa bằng chỉ số nhận dạng đờng ảo
16
Chơng I : Một số khái niệm cơ bản về ATM
VPI, do vậy có thể tạo mới, thay đổi lu lợng hoặc đờng đi bằng cách điều
khiển việc quản lý và điều hành mạng năng động.
* Khả năng ghép kênh thống kê, tăng hiệu quả sử dụng của đờng
truyền: các ứng dụng truyền hình ảnh, dữ liệu thờng có tốc độ truyền biến đổi
theo thời gian hoặc ngắt quãng, tốc độ truyền lớn nhất đợc cấp phát cho kênh
truyền để đảm bảo không bị mất thông tin. Các tế bào ATM có thể đợc gán
cho các kênh một cách linh động , khi đờng truyền rỗi sẽ đợc truyền đi, nhờ
đó tạo ra khả năng ghép kênh thống kê.
Nh vậy , nhờ có công nghệ ATM ta có thể kết hợp các dịch vụ B-ISDN
khác nhau. Đó là các dịch vụ băng rộng và băng hẹp khác nhau cùng tồn tại
trong mạng viễn thông, trong cùng một kich cỡ tế bào ATM. Các dịch vụ có
tốc độ bit không đổi CBR tạo nên các tế bào ATM đợc phân bố rộng hơn, nh-
ng vẫn tạo nên cùng một loại tế bào ATM. Ngoài ra dịch vụ thời gian thch
hiện đợc tạo nên nhờ sử dụng kênh ảo, nên loại bỏ đợc hiện tợng trễ.
VII. tóm tắt
Chơng 1 đã trình bày một số khái niệm cơ bản về ATM. Ta đã tìm hiểu
đến: cấu trúc tế bào ATM, các khái niệm liên quan tới cuộc nối (VCC, VPC,
VP, VC), nguyên tắc chuyển mạch ATM. Mô hình tham chiếu ATM- PRM và
chức năng của từng lớp trong mô hình này đợc trình bày khái quát, thể hiện
cách thức hoạt động của ATM. Những u điểm nổi bật của công nghệ ATM

cho thấy công nghệ ATM đáp ứng đợc nhu cầu dịch vụ thông tin đa dạng một
cách mềm dẻo, hiệu quả, dễ dàng thích ứng với những dịch vụ mới và thay
đổi về công nghệ xuất hiện trong tơng lai.
17
Chơng I : Một số khái niệm cơ bản về ATM
Chơng 2
cấu trúc phần cứng chuyển mạch atm
Trong chơng này ta sẽ lần lợt nghiên cứu về các khái niệm quan trọng
nhất của phần cứng chuyển mạch ATM. Đó là cấu trúc phần tử chuyển mạch
ATM, cấu trúc của hệ thống chuyển mạch ATM và phân loại hệ thống chuyển
mạch ATM.
I. tổng quan về hệ thống chuyển mạch atm
1, Xu hớng của công nghệ chuyển mạch ATM
Chuyển mạch ATM có chức năng phân phối mỗi tế bào tới nơi nhận t-
ơng ứng, phù hợp với VPI/VCI, là nơi truyền đi thông tin của phần tiêu đề đối
với mỗi kênh. Điều đó có nghĩa là các tế bào đợc đa vào hệ thống chuyển
mạch ATM để khôi phục bảng chuyển đổi địa chỉ bằng những phơng tiện
phần cứng phù hợp với giá trị của VPI/VCI và sau đó địa chỉ của cổng ra đợc
lựa chọn một cách tự động . Đồng thời, các giá trị của VPI/VCI đợc chuyển
đổi thành những giá trị mới cho quá trình xử lý tiếp theo. Các đặc trng của
chuyển mạch ATM thể hiện ở độ trễ tế bào thông qua việc sử dụng kỹ thuật
tự định tuyến của lớp phần cứng, và có thể dễ dàng hỗ trợ cho truyền thông
đa phơng tiện sử dụng dữ liệu, tiếng nói và hình ảnh.
Những yêu cầu đối với hệ thống chuyển mạch ATM là quá trình xử lý
tế bào phải thực hiện trên phạm vi 1ms/nút, trong trờng hợp xử lý thông tin có
tốc độ bit không đổi CBR là 10
-9
/nút, và trong trờng hợp xử lý thông tin có
tốc độ bit thay đổi VBR có tỉ lệ tổn thất tế bào cỡ 10
-7

trên mỗi nút phải đợc
đảm bảo chắc chắn. Ngoài ra, nó còn phải đợc đảm bảo yêu cầu về tốc độ
truyền dẫn, dễ dàng trong việc điều khiển phân phối và tự định tuyến , đảm
bảo tính modul hoá và khả năng mở rộng tổng đài.
Mặt khác, những vấn đề quan trọng nhất có liên quan tới công nghệ
chuyển mạch ATM nhất thiết hiện nay phải đợc giải quyết là:
- Đảm bảo sự hỗ trợ có hiệu quả của truy nhập điểm - đa điểm trong
hệ thống chuyển mạch.
- Đảm bảo sự hỗ trợ của chức năng phân nhóm kênh đợc sử dụng
nhằm mục đích liên kết các cổng chuyển mạch và nhóm chúng lại.
- Đảm bảo cho việc sử dụng dung lợng lớn của hệ thống chuyển mạch
ATM .
18
Chơng I : Một số khái niệm cơ bản về ATM
Đảm bảo sự hỗ trợ của các dịch vụ ATM mới nh tốc độ bit dành sẵn
ABR và tốc độ bit không xác định UBR.
2, Các môi trờng phần cứng của chuyển mạch ATM
Hệ thống chuyển mạch ATM đợc kiến trúc trên cơ sở tế bào và đợc
phân chia hợp lý theo khoảng cách, tốc độ và kích thớc mạng . Chúng đợc
ứng dụng trong các mạng cục bộ (Local), tập trung (campus) và mạng diện
rộng (WAN) và xem nh chia thành ba môi trờng phần cứng cơ bản:
* Chuyển mạch trung tâm CO (Central Office) hay các chuyển
mạch cơ bản.
* Chuyển mạch Ca (Campus) còn gọi là môi trờng dành cho khách
hàng CPE (Customer Premises Environment).
* Các chuyển mạch ATM địa phơng (Local) nh là các bộ định
tuyến (Router), Các chuyển mạch thông thờng (Switch), các hub ( bộ tập
trung) và các cầu nối ( Bridge)
a, Các chuyển mạch ATM trung tâm ( CO)
Chuyển mạch ATM trung tâm (CO) là xơng sống của mạng ATM, thờng

yêu cầu truyền tin trong dải lớn hơn 5 Gb/s. Chúng bao gồm toàn bộ các giao
diện (UNI) ATM thuần nhất. Các chuyển mạch ATM CO thiết lập các cuộc
gọi cho các chuyển mạch CPE. Môi trờng CO sử dụng nguồn DC, có khả
năng mở rộng cả dung , lợng cổng và quá trình xử lý.
b, Các chuyển mạch ATM Campus
Các chuyển mạch ATM Campus hay CPE thông thờng nhỏ hơn các
chuyển mạch CO và có dải truyền tin nhỏ hơn 5 Gb/s, nhng cung cấp nhiều
giao diện nh LAN ( nh Ethernet và Token hay CPE sử dụng nguồn AC, có
dung lợng nhỏ hơn và năng lợng xử lý nhỏ hơn chuyển mạch CO.
Nhận xét: Chuyển mạch CO thờng truyền đạt dải lớn hơn 5 Gb/s. Do đó
nếu chỉ dựa trên riêng tốc độ thì không phân biệt đợc chuyển mạch CO với
chuyển mạch Campus . Các chuyển mạch trung tâm CO Ring), MAN ( nh
FDDI và DBDQ), X25, và tiếng nói. Một số chuyển mạch cung cấp chức
năng biến đổi giao thức, LAN mô phỏng, và mạng ảo. Các chuyển mạch
Campus nói chung lớn hơn và có độ bền công nghiệp hơn các chuyển mạch
CPE. Môi trờng CO sử dụng nguồn DC và có khả năng chia tỷ lệ với một số
lớn các cổng. Ngợc lại môi trờng dành cho khách hàng CPE sử dụng nguồn
AC và năng lợng xử lý nhỏ hơn chuyển mạch CO
19
Chơng I : Một số khái niệm cơ bản về ATM
c, Các chuyển mạch ATM địa phơng( Local)
Các chuyển mạch ATM địa phơng (Local) giống nh các chuyển mạch
thông thờng (Switch), các bộ định tuyến (Router), các HUB (bộ tập trung), và
các cầu nối (Bridge) cũng đóng vai trò quan trọng trong mạng ATM.
Các chuyển mạch ATM địa phơng (Local) đợc liên kết với nhau trong
mạng, và có thể kết nối với các hệ thống khác. Các chuyển mạch là các thiết
bị liên kết có hớng và chúng đợc liên kết với nhau thông qua các giao thức
chuyển mạch.
Các bộ định tuyến (Router), cầu nối (Bridge) và HUB bao gồm các chức
năng hoặc tách biệt hoặc đồng thời. Mỗi loại cung cấp giao thức hỗ trợ cho

các mức tơng ứng của mô hình tham chiếu OSI. Bridge có chức năng tơng
ứng với mức 1 và mức 2 của mô hình OSI, trong khi đó Router và HUB tơng
ứng với mức 1,2 và 3 của mô hình OSI. Router cho phép nối các kiểu mạng
khác nhau thành liên mạng và do đó các router sẽ phụ thuộc vào giao thức
của các mạng đợc kết nối. Hình 2.2 biểu diễn mối quan hệ của các lớp của
mô hình tham chiếu giao thức OSI với Bridge, Router và Hub.
II. cấu trúc chung của phần tử chuyển mạch atm
1. Tổng quan
Trong ATM có hai thiết bị thực hiện chức năng chuyển mạch các tế
bào, đó là chuyển mạch ATM ( ATM switch hay VC switch) và bộ nối
xuyên (Cross- Connect hay VP Switch ). Hai thiết bị này thực hiện
chức năng chính sau:
Đọc các VPI/VCI của tế bào ở đầu vào và thay đổi giá trị của
chúng ở đầu ra.
Truyền tế bào ATM từ đầu vào đến các đầu ra cho trớc.
Cấu trúc của chuyển mạch ATM có thể đợc chia thành hai phần là
phần cứng và phần mềm.
*Phần cứng của nút chuyển mạch bao gồm:
Giao diện của nút chuyển mạch có tác dụng làm cho dòng thông tin đi vào
nút chuyển mạch tơng thích với phần lõi bên trong về mặt tốc độ cũng nh
dạng của tế bào.
- Phần lõi là chuyển mạch không gian cung cấp các khả năng chuyển
mạch các cuộc nối từ điểm tới điểm và từ điểm tới nhiều điểm. Chúng bao
20
Chơng I : Một số khái niệm cơ bản về ATM
gồm bộ tập trung (Concentrator), bộ hợp kênh ( Muliplexer) và ma trận
chuyển mạch ( Switch Matrix).
* Nút chuyển mạch ATM đợc điều khiển và giám sát bởi phần mềm.
Phần mềm của chuyển mạch ATM gồm có ba chức năng chính:
- Xử lý lu lợng đi qua nút chuyển mạch

- Thực hiện các chức năng vận hành và bảo dởng nút chuyển mạch.
- Quản lý các chức năng hệ thống.
Trong giới hạn của đề tài, ta chỉ quan tâm đến phần cứng chuyển mạch
ATM mà thôi. Do vậy, ba vấn đề cốt lõi của cấu trúc chuyển mạch nhằm đảm
bảo phơng thức hoạt động của chúng gồm:
- Kiến trúc của chuyển mạch .
- Phần lõi của nút chuyển mạch là cơ cấu chuyển mạch .
- Cách thức tổ chức bộ đếm của chuyển mạch và mối quan hệ của nó khi
thực hiện chuyển mạch .
Trong chuyển mạch ATM , các phần tử chuyển mạch ( Switch
Element ) đợc sử dụng để nối giữa đầu vào và đâù ra bất kì ở nút chuyển
mạch . Nút chuyển mạch có thể đợc xây dựng từ một hoặc một vài phần tử
chuyển mạch . tuy nhiên trên thực tế do yêu cầu về dung lợng thông tin . Nút
chuyển mạch thờng có cấu trúc đợc xây dựng từ nhiều phần tử chuyển mạch
theo một cách thức nhất định . Có nhiều cách để ghép các phần tử chuyển
mạch với nhau nhng phổ biến nhất là ghép các phần tử chuyển mạch với
nhau theo nhiều tầng . Sau đây ta sẽ xem xét cấu trúc các phần tử chuyển
mạch và cách xây dựng các hệ thống chuyển mạch lớn .
2. Cấu trúc phần tử chuyển mạah
a, Cấu tạo chung của phần tử chuyển mạch.
Phần tử chuyển mạch là đơn vị cơ bản trong cấu trúc của hệ thống
chuyển mạch. Tại đầu vào, các thông tin về chọn đờng ( có liên quan tới
VPI/VCI) đợc phân tích, căn cứ trên kết quả phân tích đó mà các tế bào đợc
đa tới đầu đệm. Các bộ điều khiển vào IC, các bộ điều khiển ra OC và mạng
nối chuyển mạch phối hợp thực hiện các chức năng chuyển mạch và lu giữ
tạm thời.
Ngời ta phân loại phần tử chuyển mạch theo cấu trúc của mạng nối
chuyển mạch và cách thức tổ chức bộ đệm, các loại phần tử chuyển mạch
khác nhau sẽ đợc xem xét dới đây.
21

Chơng I : Một số khái niệm cơ bản về ATM

b, Phần tử chuyển mạch theo kiểu ma trận
Trong phần tử chuyển mạch theo kiểu ma trận, mạng nối chuyển mạch
có cấu trúc ma trận chữ nhật ( hình 2.4), ma trận này cho phép nối giữa một
đầu vào và một đầu ra rỗi bất kỳ.Việc nối đầu vào với các đầu ra đợc thực
hiện dựa trên thông tin liên quan tới định tuyến nằm trong phần tiêu đề của tế
bào ATM. Phần tử chuyển mạch theo kiểu ma trận lại đợc chia thành ba loại
với cách tổ chức bộ đệm khác nhau:
- Bộ đệm đầu vào.
- Bộ đệm đầu ra.
- Bộ đệm tại giao điểm của ma trận .
Hình 2.4 : Phần tử chuyển mạch kiểu ma trận
b1. Bộ đệm đầu vào
Trong phần tử chuyển mạch dùng bộ đệm đầu vào,bộ đệm tế bào đợc
đặt ở bộ điều khiển đầu vào ( hình 2.5). Nếu sử dụng bộ đệm kiểu FIFO (vào
trớc ra trớc- First In First Out), đụng độ sẽ xảy ra nếu hai hoặc vài tế bào ở
đầu hàng đợi cùng tranh chấp một đầu ra. Trong trờng hợp này trừ một tế bào
đợc quyền đi tới đầu ra đó, tất cả các tế bào còn lại sẽ bị tắc nghẽn.
Để khắc phục nhợc điểm này, có thể thay thế bộ nhớ FIFO bằng bộ
nhớ truy nhập ngẫu nhiên RAM. Nếu tế bào đầu tiên bị tắc nghẽn, những tế
bào sau vẫn có thể đợc truyền tới các đầu ra rỗi cho trớc.Tuy vậy việc sử dụng
22
IC
IC

IC
OC
OC
OC

Chơng I : Một số khái niệm cơ bản về ATM
RAM yêu cầu các cơ chế quản lý bộ nhớ phức tạp hơn, để đảm bảo tìm ra
những tế bào đợc chọn tới các đầu ra rỗi cũng nh đảm bảo thứ tự truyền các tế
bào tới cùng một đầu ra.
Ngoài ra để có thể truyền các tế bào tại cùng một bộ đệm đồng thời tới
các đầu ra khác nhau thì các bộ đệm phải có nhiều đầu ra hoặc thời gian truy
nhập giảm xuống.
Hình 2.5 : Cấu trúc phần tử chuyển mạch ma trận có bộ đệm đầu
vào
b2. Bộ đệm đầu ra.
Hình 2.6 Minh hoạ phần tử chuyển mạch sử dụng bộ đệm đầu ra.Tắc
nghẽn chỉ xảy ra khi tốc độ vận hành của ma trận chuyển mạch bằng với tốc
độ của dòng tế bào đầu vào .Nhợc điểm này có thể đợc khắc phục bằng việc
giảm thời gian truy nhập bộ đệm và tăng tốc độ hoạt động của ma trận
chuyển mạch (thực chất tốc độ hoạt động ở đây là tốc độ ghi/đọc của RAM).
Tuy vậy yêu cầu tốc độ hoạt động cao sẽ dẫn tới giới hạn về mặt kích
thớc của phần tử chuyển mạch . Thật vậy, để không xảy ra tắc nghẽn bên
trong phần tử chuyển mạch dùng bộ đệm đầu ra có kích thớc b*b phải có tốc
độ hoạt động tăng lên b lần để trong trờng hợp xấu nhất. khi có b tế bào cùng
đồng thời yêu cầu một đầu ra nh nhau, thì tắc nghẽn cũng không xảy ra, vì
vậy kích thớc của phần tử chyển mạch sẽ không thể lớn tuỳ ý. Trong trờng
hợp ngợc lại, nếu tốc độ hoạt động của phần tử chuyển mạch không đảm bảo
thì bắt buộc phải bổ sung thêm bộ đệm đầu vào để tránh mất tế bào do tắc
nghẽn bên trong.
23
Chơng I : Một số khái niệm cơ bản về ATM
Hình 2.6:Cấu trúc phần tử chuyển mạch ma trận có bộ đệm đầu ra
b3. Bộ đệm tại giao điểm của ma trận chuyển mạch
Bộ đệm cũng có thể nằm tại giao điểm của ma trận chuyển mạch (Hình
2.7).Cấu trúc phần tử chuyển mạch loại này cho phép các tế bào đi tới các

đầu ra khác nhau không ảnh hởng tới nhau. Nếu các tế bào nằm ở những bộ
đệm khác nhau có cùng một đầu ra thì logic điều khiển cần phải chọn xem bộ
đệm nào sẽ đợc phục vụ đầu tiên. Do dùng chung bộ nhớ đệm giữa đầu vao,
đầu ra nên hiệu quả sử dụng bộ đệm cao, lợng tế bào phải chờ trung bình
giảm. Cấu trúc phần tử chuyển mạch kiểu này có nhợc điểm là bộ đệm ở giao
điểm có kích thớc nhỏ, không chia sẻ đợc bộ đệm và việc quản lý bộ đệm tại
nút chuyển mạch phức tạp hơn nhiều, nên trong thực tế bộ đệm tại nút chuyển
mạch ít đợc sử dụng hơn.
24
Chơng I : Một số khái niệm cơ bản về ATM
Hình 2.7: Cấu trúc phần tử chuyển mạch ma trận có bộ đệm tại giao
điểm
c, Phần tử chuyển mạch dùng kiểu Bus
Các phần tử chuyển mạch kiểu Bus sử dụng mạng nối chuyển mạch là
các Bus ghép kênh theo tời gian tốc độ cao ( High Speed Time Division
Multiplexing Bus).Tắc nghẽn không xảy ra chỉ khi tổng dung lợng của kênh
truyền lớn hơn hoặc bằng tổng dung lợng của tất cả các đầu vào. Để đảm bảo
yêu cầu này, phần tử chuyển mạch kiểu Bus sử dụng phơng pháp truyền bit
theo kiểu song song. Thuật toán truy nhập Bus áp dụng ở đây cho phép Bus
truyền đợc chia sẻ cho mỗi bộ đệm theo một chu kỳ cho trớc. Mỗi bộ điều
khiển đầu vào có thể truyền tế bào tới một đầu ra trớc khi hoàn thành việc
nhận tế bào kế tiếp. Phần tử chuyển mạch kiểu Bus cần có bộ đệm đầu ra để
đề phòng trờng hợp có vài tế bào cùng tới một đầu ra. trong khi tại một thời
điểm chỉ có thể đa ra ngoài một tế bào.
Hình 2.8: Phần tử chuyển mạch kiểu bus
d, Phần tử chuyển mạch kiểu vòng (Ring Type Switching Element)
Phần tử chuyển mạch kiểu vòng có cấu trúc đợc minh hoạ trên hình
2.9 . Tất cả các bộ điều khiển đầu vào và đầu ra đợc nối với nhau thông qua
mạng hình vòng. Mạng nối chuyển mạch hoạt động theo nguyên lý phân khe
thời gian với dung lợng của vòng phải lớn hoặc bằng tổng dung lợng của tất

25