Giáo trình Mạng máy tính nâng cao: Phần 1 - PGS.TS. Trần Công Hùng

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH BÌNH DƯƠNG
ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT

GIÁO TRÌNH

MẠNG MÁY TÍNH NÂNG CAO
Biên Soạn: PGS.TS.Trần Cơng Hùng

Tháng 8 năm 2018


LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, Internet đã trở thành từ ngữ rất quen thuộc trên toàn thế giới.
Internet đã và đang chiếm vị trí quan trọng, phục vụ cho con người trong mọi lĩnh
vực: quản lý, sản xuất kinh doanh, học tập, nghiên cứu, thông tin liên lạc và những
sinh hoạt thường nhật. Để Internet có được ảnh hưởng sâu rộng như hôm nay không
thể không kể đến sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật, đặc biệt là chuyển mạch
nhãn đa giao thức (MPLS) đã trở thành một kỹ thuật nền tảng quan trọng trong
Internet. Nhiều nhà cung cấp dịch vụ Internet ISP đã triển khai kỹ thuật MPLS để
giải quyết những vấn đề như: kỹ thuật lưu lượng (traffic engineering) đồng thời cung
cấp hiệu quả những dịch vụ IP trên mạng đường trục.
Do đó quyển Giáo trình "Mạng Máy Tính Nâng Cao" này nhằm mục đích
cung cấp cho học viên cái nhìn về cách thức họat động và kiến trúc một số giao thức
trong mạng diện rộng, mạng trục trong một quốc gia. Học viên sẽ được tìm hiểu về
kỹ thuật mạng ATM (Asynchronous Transfer Mode), Chuyển mạch nhãn đa giao
thức MPLS (Multiprotocol Label Switch) và các phần mềm mơ phỏng mới.
Quyển sách này có 2 phần gồm 10 chương:
Phần 1: ATM (Asynchronous Transfer Mode)
Gồm 7 chương
•

Chương 1: Trình bày các tiện ích của ATM và các định nghĩa.

•

Chương 2: Trình bày lớp vật lý các cách ghép tế bào vào khung truyền dẫn.

•

Chương 3: Trình bày lớp ATM, các tiêu đề UNI và NNI, các cơ chế điều khiển
tắc nghẽn, các tế bào OAM.

•

Chương 4: Trình bày các lớp AAL

•

Chương 5: Trình bày Khảo sát hệ thống Local ATM.

•

Chương 6: Trình bày Hệ thống đầu cuối ATM

•

Chương 7: Trình bày các giao thức kết nối ATM cơ sở.
Phần 2: Mạng Chuyển Mạch Nhãn Đa Giao Thức MPLS (MultiProtocol Label
Switching)
Gồm 3 chương

•

Chương 8: Trình bày những ngun nhân dẫn đến sự ra đời kỹ thuật chuyển
mạch nhãn nói chung và MPLS nói riêng, đồng thời nêu ra những vấn đề lớn
mà kỹ thuật chuyển mạch nhãn cần phải giải quyết.


•

Chương 9: Trình bày chức năng định tuyến ràng buộc MPLS, các giao thức
chính và những ứng dụng của nó.

•

Chương 10: Trình bày cách thức xây dựng một mạng đường trục MPLS.

Mạng Máy Tính Nâng Cao là mơn học quan trọng tại Đại Học Thủ Dầu Một
nói riêng và các trường đại học có chun ngành Cơng Nghệ Thơng Tin và Điện tử
Viễn thơng nói chung. Rất mong nhận được các ý kiến đóng góp của quý vị độc giả,
xin gửi về địa chỉ e-mail:
Xin chân thành cảm ơn.
PGS.TS.Trần Công Hùng


MỤC LỤC
PHẦN I: ATM (ASYNCHRONOUS TRANSFER MODE)
CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ CHUYỂN TẢI KHÔNG
ĐỒNG BỘ (ATM)
1.1. Các tiện ích của ATM

01

1.1.1. Cung cấp các kết nối tốc độ cao (High speed connectivity)
1.1.2. Liên kết mạng thông suốt (seamless connectivity)

02

1.1.3. Tích hợp mạng (Network integration)
1.1.4. Độ tin cậy cao (High reliability)
1.2. Kích thước tế bào

03

1.3. Mơ hình tham chiếu giao thức B-ISDN
1.3.1. Mặt phẳng quản lý (Management plane)

04

1.3.2. Mặt phẳng người sử dụng (User plane)
1.3.3. Mặt phẳng điều khiển (Control plane)
1.4. Giao diện UNI và NNI

05

1.5. Kênh ảo, Đường ảo
1.6. Liên kết đường ảo, Liên kết kênh ảo

06

1.6.1. Kết nối kênh ảo, kết nối đường ảo

07

1.7. Các loại tế bào

08

1.7.1. Tế bào ở lớp vật lý
1.7.2. Tế bào ở lớp ATM

09

CHƯƠNG 2: LỚP VẬT LÝ

10

2.1. Phân lớp PM (Physical Medium)
2.1.1. ANSI (T1.624)

11

2.1.2. ITU_T (1.432)
2.1.3. ATM FORUM (VERSION 3.0)

12

i


2.2. Phân lớp TC (Transmission Convergence)

2.2.1. Thích ứng với khung truyền dẫn
2.2.1.1. Chuyển tế bào trên các hệ thống truyền dẫn hiện có
2.2.1.1.1. Ghép tế bào vào khung STM-1
2.2.1.1.2. Ghép tế bào vào khung DS1

13

2.2.1.2. Chuyển tế bào trực tiếp
2.2.2. Tách tốc độ tế bào (Cell Rate Decoupling)

14

2.2.3. Điều khiển lỗi tiêu đề (Header Error Control)
2.2.4. Đồng bộ tế bào (Cell Delineation)

15

2.3. Vận hành, quản lý, bảo dưỡng mức vật lý (PL OAM)

CHƯƠNG 3: LỚP ATM

18

3.1. Cấu trúc tế bào
3.1.1. Điều khiển luồng chung (GFC_Generic Flow Control)
3.1.2. Nhận dạng đường ảo và nhận dạng kênh ảo (VPI/VCI)

19

3.1.3. Kiểu tế bào PT (Payload Type)

21

3.1.4. Ưu tiên tổn thất tế bào CLP (Cell Loss Priority)

21

3.1.5. Kiểm tra lỗi tiêu đề (HEC_Header Error Check)
3.1.6. Các giá trị tiêu đề (Header) định nghĩa trước

22

3.2. Quản lý lưu lượng và điều khiển tắc nghẽn trên mạng ATM

22

3.2.1. Mơ hình quản lý lưu lượng tổng qt trên mạng ATM

23

3.2.2. Thỏa thuận lưu lượng (Traffic Contract)

24

3.2.2.1. Mô tả lưu lượng nguồn (Source Traffic Descriptor)

24

3.2.3. Giải thuật giám sát tốc độ đỉnh

25

3.2.4. Điều khiển chấp nhận kết nối (CAC_Connection Admission Control)

26

3.2.5. Điều khiển tham số sử dụng (UPC_Usage Parameter Control)

27

3.2.6. Điều khiển ưu tiên (Priority Control)

27

3.2.7. Điều khiển tắc nghẽn (Congestion Control)

28

ii


3.3. Vận hành, quản lý, bảo dưỡng mức ATM (ATM OAM)

30

3.3.1. AIS (Alarm Indication Signal) và RDI (Remote Defect Indication)
3.3.2. Kiểm tra liên tục (Continuity Check)
3.3.3. Giám sát hiệu suất (Performance Monitoring)

31

3.3.4. Hồi tiếp (Loopback)
3.3.5. Cấu trúc tế bào OAM lớp ATM

32

3.3.5.1. Tế bàoAIS/RDI

33

3.3.5.2. Tế bào kiểm tra liên tục
3.3.5.3. Tế bào quản lý hiệu suất
3.3.5.4. Tế bào hồi tiếp

CHƯƠNG 4: LỚP AAL (ATM ADAPTATION LAYER)

34

4.1. Tổng quát
4.2. AAL1

36

4.2.1. Lớp con SAR (Segmentation and Reasembly)
4.2.2. Lớp con CS (Convergence Sublayer)
4.2.2.1. Đánh số thứ tự
4.2.2.2. Khôi phục xung đồng hồ

37

4.2.2.3. Truyền dữ liệu có cấu trúc SDT (Structured Data Transfer)
4.2.2.4. Sửa sai
4.3. AAL2

38

4.4. AAL3/4

39

4.4.1. Cấu trúc CPCS PDU
4.4.1.1. Header
4.4.1.2. Trailer
4.4.2. Chức năng của CPCS

40

4.4.3. Lớp con SAR
4.4.3.1. Cấu trúc SAR PDU

iii


4.4.3.2. Hoạt động của SAR

41

4.5. AAL5

42

4.5.1. Lớp con CS
4.5.1.1. Chức năng của CS
4.5.1.2. Cấu trúc CPCS-PDU
4.5.2. Lớp con SAR

CHƯƠNG 5: KHẢO SÁT HỆ THỐNG LOCAL ATM

44

5.1. Sự tiến triển của Router Bridge và Hub

45

5.2. ATM Router

48

5.3. ATM Hub
5.4. Cấu trúc nút chuyển mạch và nút nối xuyên trong ATM

50

5.5. Các thiết bị Local ATM khác

52

5.6. Ứng dụng công nghệ ATM trong LAN

53

5.7. ATM Trong máy tính PC

59

5.8. ATM trong PBX

CHƯƠNG 6: HỆ THỐNG ĐẦU CUỐI ATM

60

6.1. Giải pháp định địa chỉ
6.2. Định đường, khôi phục và nhận dạng lại
6.3. Mô phỏng LAN ATM

61

6.4. Ứng dụng cơ sở

62

CHƯƠNG 7: GIAO THỨC KẾT NỐI ATM – CƠ SỞ

64

7.1. Những nguyên lý kết nối
7.1.1. Kết nối mạng
7.1.2. Tổng quan về các giao thức kết nối mạng

66

7.1.3. Kết nối dịch vụ

67

iv


7.2. Giao diện tổng đài dữ liệu (DXI)
7.2.1. ATM DXI – Mode 1a và Mode 1b

69

7.2.2. ATM DXI – Mode 2

71

7.2.3. Định dạng phần tiêu đề ATM DXI

72

7.3. Thủ tục đa giao thức trên lớp ATM AAL5
7.3.1. Sự kết hợp giao thức: (Protocol Encapsulation)

73

7.3.2. Sự kết hợp LLC đối với các giao thức được định tuyến

74

7.3.3. Ghép kênh VC cở sở
7.3.4. Lựa chọn phương pháp ghép kênh

76

7.4. Sự kết nối Frame Relay và ATM
7.4.1. Sự dự đoán kết nối ATM và Frame Relay trong tương lai
7.4.2. Ứng dụng Frame Relay vào chức năng giao thức ATM

77

7.4.3. Xem xét kết nối dịch vụ của Frame Relay và ATM

80

7.5. Kết nối truy xuất SMDS trên ATM
7.6. Giao diện nhà cung cấp giao diện băng rộng đa dịch vụ (B – ICI)

82

PHẦN II: MẠNG CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC
CHƯƠNG 8: LÝ THUYẾT CƠ BẢN CỦA CHUYỂN MẠCH NHÃN
8.1. Tổng quan

84

8.2. Khái niệm và hoạt động cơ bản trong MPLS

87

8.2.1. Mặt phẳng dữ liệu và mặt phẳng điều khiển
8.2.2. Mặt phẳng dữ liệu và mặt phẳng điều khiển trong IP

88

8.2.3. Mặt phẳng dữ liệu và mặt phẳng điều khiển trong MPLS

89

8.2.4. Những lớp chuyển tiếp tương đương FEC
8.2.5. Định tuyến nhất quán

91

8.3. Thành phần định tuyến

v


8.3.1. Nhãn là gì?

92

8.3.2. Bảng chuyển mạch nhãn
8.3.3. Khả năng mang nhãn trong gói

94

8.3.4. Thuật tốn định tuyến chuyển mạch nhãn

95

8.3.5. Thuật toán định tuyến đơn

96

8.3.6. Đa giao thức: trên và dưới

97

8.4. Thành phần điều khiển

98

8.4.1. Kết hợp trong và kết hợp ngồi

100

8.4.2. Kết hợp ngược dịng và kết hợp xi dịng
8.4.3. Nhãn tự do

101

8.4.4. Kết hợp nhãn tuyến điều khiển và tuyến dữ liệu
8.4.4.1. Hiệu quả

102

8.4.4.2. Vấn đề phát triển

106

8.4.4.3. Độ linh hoạt
8.4.5. Phân bố thông tin kết hợp nhãn

108

8.4.5.1. Đặt trên đỉnh của các giao thức định tuyến
8.4.5.2. Những giao thức phân bố nhãn

109

8.4.5.3. Thực thi của các mặt phẳng điều khiển trong vùng chuyển mạch nhãn

110

8.4.5.4. Chuyển đổi nhãn

112

8.4.6. Điều khiển “định tuyến tức thời”

113

8.5. Thiết bị ở rìa

115

8.6. Quan hệ giữa chuyển mạch nhãn và việc định tuyến, đánh địa chỉ lớp mạng
8.7. Chuyển mạch IP

116

8.7.1. Tổng quan về chuyển mạch IP
8.7.2. Các thành phần cơ bản của chuyển mạch IP

122

8.7.2.1. Luồng
8.7.2.2. Các kiểu luồng

vi


8.7.2.3. Phần nhận dạng luồng

123

8.7.2.4. Phần phân loại luồng
8.7.2.5. Chuyển mạch IP
8.7.2.6. IFMP
8.7.2.7. GSMP
8.7.2.8. Chuyển mạch IP đầu cuối
8.7.3.Giao thức quản lý luồng Ipsilon IFMP

124

8.7.3.1. Giao thức gần kề của IFMP
8.7.3.2. Giao thức định tuyến lại của IFMP

125

8.7.3.3. Đóng gói cho luồng

127

8.7.4. Giao thức quản lý chuyển mạch chung GSMP

129

8.7.4.1. Các kiểu bản tin GSMP

130

8.7.4.2. GSMP V.2

131

8.7.5. Thực tế

132

8.8. Tóm tắt

CHƯƠNG 9: ĐỊNH TUYẾN

134

9.1. Tổng quan giao thức định tuyến
9.2. Các giao thức định tuyến

135

9.2.1. Giao thức thông tin định tuyến RIP
9.2.2. Giao thức định tuyến cổng nội IGRP
9.2.3. Giao thức định tuyến nội cao cấp EIGRP

136

9.2.4. Giao thức mở đường đi ngắn nhất đầu tiên OSPF
9.2.5. Giao thức cổng biên BGP

145

9.2.5.1.Các tính chất của BGP

146

9.2.5.2. Thực thi chính sách

147

9.2.5.3. Thuộc tính của BGP

148

vii


9.2.5.4. Hoạt động của BGP

149

9.2.6. Cấu hình RIP, OSPF và BGP

154

9.3. Kiến trúc định tuyến Internet

156

9.3.1. Định tuyến chính sách

161

9.3.2. Tính ổn định

163

9.4. Định tuyến ràng buộc

166

9.4.1. Định tuyến ràng buộc là gì?
9.4.2. Những yêu cầu kỹ thuật của chức năng định tuyến ràng buộc

168

9.4.3. CSPF

169

9.5. MPLS

172

9.5.1. Giao thức RSVP mở rộng

172

9.5.1.1. Bản tin PATH
9.5.1.2. Bản tin RESV

175

9.5.1.3. Quá trình xây dựng LSP

177

9.5.2. CR-LDP

180

9.5.3. So sánh giữa CR-LDP và RSVP

186

9.5.4. Giao thức giành trước tài nguyên hỗ trợ phân phối nhãn RSVP-TE

187

9.5.5. Ứng dụng chức năng định tuyến ràng buộc vào vấn đề quản lý lưu lượng

197

9.5.5.1. Tại sao quản lý lưu lượng quan trọng đối với các nhà cung cấp dịch vụ?
9.5.5.2. Kỹ thuật lưu lượng trong mạng ATM và Frame Relay
9.5.5.3. Một mạng IP có giải quyết được vấn đề này không?

198

9.5.5.4.Giải quyết vấn đề

199

9.5.5.5. Định tuyến ràng buộc MPLS với chức năng kỹ thuật lưu lượng

200

9.5.5.6. Chức năng định tuyến ràng buộc trong định tuyến lại nhanh

201

9.5.5.7. Chức năng định tuyến ràng buộc với vấn đề tái định tuyến nhanh

202

9.5.5.8. Phát hiện và ngăn chặn vòng lặp trong MPLS

205

9.5.6. Chất lượng dịch vụ QoS

207

viii


9.5.6.1. Mối liên hệ giữa chất lượng dịch vụ và định tuyến
9.5.6.2. LSP băng thơng đảm bảo

207

9.6. Tóm tắt

208

CHƯƠNG 10

210

XÂY DỰNG MẠNG ĐƯỜNG TRỤC MPLS
10.1. Mạng MPLS trên gói
10.2. Mạng MPLS trên ATM

211

10.3. Mạng MPLS trên hỗn hợp giữa ATM và gói

212

10.4. Tích hợp MPLS vào mạng ATM

213

10.4.1. Những vấn đề cần quan tâm khi chọn thiết bị LSR ATM ở rìa

216

10.4.2. Những yêu cầu trong lựa chọn LSR ATM

217

10.5. Xây dựng mạng MPLS
10.5.1. Thiết kế điểm truy cập PoP
10.5.2. Thiết kế PoP của một LSR ATM đơn ở rìa
10.5.3. Thiết kế PoP cho các LSR ở rìa và LSR ATM

218

10.5.4. Thiết kế bộ tập trung, LSR ở rìa và một LSR ATM

219

10.5.5. Thiết kế PoP của một LSR

220

10.6. Định hình liên kết đường trục MPLS
10.6.1. Thiết kế điểm truy cập

221

10.6.2. Ước tính lưu lượng từ mỗi PoP
10.6.3. Ước tính ma trận lưu lượng đơn hướng

222

10.6.4. Ước tính ma trận lưu lượng song hướng

223

10.6.5. Thiết kế cấu hình trung kế đường trục
10.6.6. Ước tính băng thơng kết nối

224

10.6.7. Gán dung lượng kết nối

225

10.6.8. Điều chỉnh dự phòng

225

10.6.9. Lựa chọn thiết bị thích hợp

226

ix

10.7. Thiết kế định tuyến lớp 3
10.8. Định hình LVC MPLS

228

10.8.1. Tiền tố địa chỉ đích

229

10.8.2. LVC và dồn VC

230

10.8.3. Thiết kế tính tốn cho LSR ở rìa

231

10.8.4. Thiết kế tính tốn cho LSR ATM với dồn VC

232

10.8.5. Thiết kế tính tốn cho LSR ATM mà khơng dồn VC

233

KẾT LUẬN

234

PHỤ LỤC

235

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

279

TÀI LIỆU THAM KHẢO

284

x


PHẦN I
ATM (ASYNCHRONOUS TRANSFER MODE)

CHƯƠNG 1
KHÁI QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ CHUYỂN TẢI KHÔNG ĐỒNG BỘ
(ATM)
Các nghiên cứu về ATM đã được bắt đầu từ những năm đầu thập kỷ 80. Các
chuẩn về B_ISDN/ATM được công bố đầu tiên năm 1988 bởi ITU_T và liên tục
được sửa đổi, bổ sung cho đến nay. Hai tổ chức chuẩn hóa ATM quan trọng nhấl là
ITU_T và ATM Forum cùng tiến hành các công tác nghiên cứu song song và có tác
động lẫn nhau. ITU_T nghiêng về định nghĩa giao diện UNI công cộng trong khi
ATM Forum tập trung chuẩn hóa giao diện UNI riêng.
ATM là công nghệ chuyển tải dùng kỹ thuật ghép kênh phân thời gian khơng
đồng bộ trên gói dữ liệu có độ dài cố định, được sử dụng làm cơ sở cho mạng ISDN

băng rộng.
Khái niệm bất đồng bộ trong ATM có nghĩa rằng các gói dữ liệu có thể được
đưa lên mạng mà không cần thỏa mãn các yêu cầu về định thời một cách chính xác
như trong ghép kênh phân thời gian đồng bộ. Dữ liệu của mỗi nguồn không nhất
thiết phải được sắp xếp theo một chu kỳ thời gian. Phương pháp này có ưu điểm là
tối ưu hóa việc sử dụng kênh truyền dẫn, cho phép ghép nhiều kênh có tốc độ khác
nhau theo nguyên lý thống kê, hỗ trợ các dịch vụ có tốc độ bit thay đổi
(VBR_Variable Bit Rate), không liên tục (bursty) một cách hiệu quả.
1.1. Các tiện ích của ATM
1.1.1. Cung cấp các kết nối tốc độ cao (High speed connectivity)
ATM được phát triển để hỗ trợ các dịch vụ thông tin tốc độ cao với tất cả các
đặc tính về dữ liệu, tốc độ bit và chất lượng dịch vụ, được thực hiện trên nền các hệ
thống truyền dẫn chất lượng cao, đăc biệt là sợi quang và công nghệ SDH. Với các
hệ thống này, ATM không cần sử dụng các cơ chế sửa sai hay điều khiển dòng trên
từng chặng, đơn giản hóa vùng thơng tin điều khiển trong tế bào. Nhiệm vụ chủ yếu
của 5 byte header chỉ là nhận dạng kết nối ảo cho các mục đích định tuyến và chuyển
mạch.
ATM hoạt động ở chế độ có kết nối, yêu cầu các công đoạn, thiết lập và giải tỏa
kết nối dể dành riêng và giải phóng tài nguyên mạng. Tế bào ATM có kích thước
nhỏ và cố định, làm giảm kích thước buffer tại các nút chuyển mạch và giảm trì
hỗn. Các ngun lý này đều có thể thực hiện được bằng phần cứng, cho phép tốc độ
chuyển mạch đạt rất cao.
1


1.1.2. Liên kết mạng thơng suốt (seamless connectivity)
Có những điểm không liên tục trong mạng viễn thông hiện tại.
Thứ nhất, trong nội bộ mạng công cộng, hệ thống truyền dẫn hoạt động theo chế
độ phân cấp ghép kênh với dung lượng ghép tại mỗi mức là cố định. Muốn xen hay
rẽ một kênh ở mức thấp thì phải tiến hành tách và ghép lại luồng số từ trên xuống và

từ dưới lên qua tất cả các mức trung gian. Đây là một yếu điểm lớn do kỹ thuật
chuvển mạch hiện tại khơng có khả năng hỗ trợ các tốc độ khác nhau trong cùng một
cấu-trúc chuyển mạch, trong khi đa tốc độ và tốc độ biến đổi là một yêu cầu của các
dịch vụ truyền thông đa phương tiện (multimedia). Tính chất cố định về dung lượng
tại từng cấp ghép kênh làm phức tạp cơng tác dự phịng, khó khăn trong việc cấp
phát băng thông theo yêu cầu người sử dụng.
ATM khơng có những giới hạn này do độ phức tạp trong chuyển mạch không
phụ thuộc vào số lượng kênh luận lý. Có thể thực hiện mạng ATM ở bất kỳ cấp nào.
Mức ghép của ATM là các kết nối ảo, đây là các thực thể luận lý có thể được gộp
nhóm và xử lý một cách dễ dàng, bằng công nghệ xử lý số hiện tại.
Thứ hai, sự không liên lục xảy ra khi liên kết các mạng cục bộ LAN với mạng
diện rộng WAN. Do các yêu cầu về kĩ thuật và kinh tế mà các công nghệ sử dụng ở
LAN và WAN là hoàn toàn khác nhau. Để kết nối LAN với WAN, cần thiết có một
quá trình chuyển đổi nghi thức ở các lớp cấp thấp (từ lớp 1 đến lớp 3 của mơ hình
OSI), gây ra hiện tượng "bottle-neck". Trên các kết nối đầu cuối với đầu cuối. Cơng
nghệ ATM có thể được đưa vào LAN dưới dạng ATM_LAN, được xem là thế hệ thứ
3 của cơng nghệ mạng cục bộ. Khi đó, việc kết nối giữa một ATM_LAN với một
mạng diện rộng dựa trên ATM là điều hết sức tương thích, cung cấp các kết nối tốc
độ rất cao mà không cần bất kỳ một q trình chuyến đổi nghi thức nào. Tóm lại, với
công nghệ ATM, liên kết LAN_WAN sẽ cung cấp các kết nối hồn tồn thơng suốt.
1.1.3. Tích hợp mạng (Network integration)
Xây dựng một mạng chung cho tất cả các loại dịch vụ (dữ liệu thoại, video) là
một giải pháp kinh tế hơn so với xây dựng từng mạng riêng cho mỗi loại dịch vụ.
Mỗi loại dịch vụ có một đặc tính về lưu lương và yêu cầu chất lượng dịch vụ khác
nhau. ATM có thể mơ phỏng tất cả các yêu cầu về tỷ lệ mất thông tin (Loss), độ trễ
(Delay) và biến động trễ (Delay Variation hay Jitter). ATM cịn hỗ trợ được các dịch
vụ có tốc độ cố định hoặc thay đổi, chuyển gói hoặc chuyển mạch, có kết nối hay
không kết nối; ATM được xem là công nghệ tích hợp thật sự cho các dịch vụ truyền
thơng đa phương tiện hiện tại và tương lai
1.1.4. Độ tin cậy cao (High reliability)

ATM có độ tin cậy cao, cung cấp các chức năng khắc phục lỗi nhanh trong môi
trường thông tin tốc độ cao. Vùng thông tin điều khiển của tế bào được kiếm tra và
sửa lỗi, nhờ đó nút mạng có thể bỏ đi các tế bào lỗi và chỉ chuyển tiếp các tế bào
đúng.

2


Các chức năng vận hành, quản lý và bảo dưỡng (OAM) được định nghĩa trên cơ
sở các dòng tế bào OAM (F4,F5). Các chức năng này cung cấp cơ chế vận hành bảo
dưỡng mạng đơn giản và hiệu quả. Định tuyến trong ATM rất linh động nhờ ánh xạ
các tuyến vật lý thành các giá trị nhận dạng kết nối ảo trong từng tế bào, cho phép
định tuyến lại khi một phần tử mạng bị sự cố.
1.2. Kích thước tế bào
Việc chọn kích thước của mỗi đơn vị dữ liệu nói chung phải đạt được 4 yêu cầu
sau:
 Chấp nhận được đối với mạng thoại.
 Thích nghi với các cơ chế sửa sai.
 Tối thiểu hóa khối dữ liệu truyền lại khi có lỗi khơng sửa được.
 Tương thích với các hệ thống truyền dẫn hiện có.
Kích thước gói trước hết phụ thuộc vào chất lượng đường truyền. Càng ít lỗi thì
kích thước gói càng lớn để tận dụng băng thơng. Lỗi càng nhiều thì gói càng nhỏ để
giảm thời gian truyền lại. Gói có kích thước thay đổi hiệu quả hơn gói có kích thước
cố định nếu xét về hiệu suất truyền dẫn.
Hiệu suất truyền dẫn của một nghi thức được xác định bằng Li/(Li+L0), trong đó
Li là kích thước vùng thơng tin, Lo là kích thước Overhead. Với cùng một giá trị L0,
hiệu suất càng lớn khi Li càng lớn. Tuy nhiên, Li càng lớn thì thời gian xử lý tại nút
chuyển mạch càng lớn, tức trì hỗn cao.
ATM được thực hiện trên nền của một hệ thống truyền dẫn chất lượng cao,
không quan tâm đến các cơ chế sửa sai và truyền lại. Do vậy. việc chọn kích thước

cho tế bào ATM chỉ cịn phụ thuộc vào 2 yếu tố: Trì hỗn và Hiệu suất.
Trì hỗn được tính bằng thời gian tạo gói từ một kênh dữ liệu tốc độ 64 Kb/s
(tương đương một kênh thoại số thơng thường). Nếu kích thước gói được chọn là 48
byte thì thời gian tạo gói sẽ là:
( 48 X 8 bit) / (64 X 103 bit/s) = 6 X 10-3 s = 6 ms
Một vòng hồi tiếp đầu cuối đến đầu cuối sẽ đi qua hai lần tạo gói cho ra trì hỗn
tổng cộng là 12 ms (chưa kế các thành phần trì hỗn khác). Đây là độ trễ có thể chấp
nhận được đối với dịch vụ thoại thường, không yêu cầu các mạch triệt tiếng dội
(theo ITU_T 1.161, nếu trì hỗn của một vịng hồi tiếp vượt q 25 ms thì phải dùng
bộ triệt tiếng dội).
Hiệu quả được tính trên 5 byte hcader. Với kích thước là 48 byte, hiệu quả
truyền dẫn đạt được là 90,6%. Thực ra đây chưa phải là đã hiệu quả. Nhưng với các
hệ thống truyền dẫn có băng thơng hầu như vơ hạn ngày nay và tương lai, xấp xỉ10% Ovcrhead khơng cịn là điều quan trọng.
Tóm lại, kích thước tế bào là 48+5 byte được chọn là sự quân bình giữa hai yêu
cầu về độ trễ và hiệu suất băng thơng.
1.3. Mơ hình tham chiếu giao thức B-ISDN
( PRM B-ISDN - Protocol Reference Model B-ISDN)
3


ATM liên hệ chặt chẽ với B-ISDN vì B-ISDN được xây dựng trên ATM. Do
vậy, việc khảo sát ATM thường được tiến hành trên quan hệ với B-ISDN, trên mơ
hình giao thức phân lớp của B-ISDN.

Hình 1.1: Mơ hình tham chiếu giao thức của B-ISDN.
Mơ hình giao thức của B-ISDN bao gồm 3 mặt phẳng :
1.3.1. Mặt phẳng quản lý (Management plane)
Có hai chức năng chính là quản lý lớp và quản lý mặt phẳng. Tất cả các chức
năng liên quan đến toàn bộ hệ thống bao gồm phối hợp các mặt phẳng được thực
hiện bởi chức năng quản lý mặt phẳng. Chức năng này khơng có cấu trúc phân lớp.

Quản lý lớp có cấu trúc phân lớp tương ứng với các lớp trong mặt phẳng . người
sử dụng, có chức năng quản lý các thực thể trên các lớp và thực hiện các dịch vụ vận
hành, quản lỷ và bảo dưỡng OAM.
1.3.2. Mặt phẳng người sử dụng (User plane)
Có chức năng truyền thông tin của người sử dụng và các thủ tục liên quan
như điều khiển dòng, điều khiển tắc nghẽn, khắc phục lỗi. Mặt phẳng này có cấu trúc
phân lớp, bao gồm lớp Vật Iỷ, lớp ATM, lớp AAL và các lớp cao.
1.3.3. Mặt phẳng điều khiển (Control plane)
Thực hiện các chức năng điều khiển thiết lập và quản lý kết nối thông qua các
thủ tục báo hiệu.
Mô hình phân lớp của B-ISDN khơng tương ứng vớị mơ hình 7 lớp của OSI.
Một số chức năng của lớp 2 và lớp 3 (Data link và Network) được hiện ở lớp ATM.
Lớp AAL có thể thực hiện một số ít chức năng chọn lựa của 4 lớp cao còn lại
(Transport, Session, Presentation và Application). Một cách không thiếu tổng qt,
có thể xem mơ hình B-ISDN chỉ hoạt động ở hai lớp thấp nhất của OSI.
4


Các chương sau sẽ trình bày chi tiết các chức năng và dịch vụ của từng lớp tại
giao diện UNI. Phần này giới thiệu các khái niệm thường sử dụng khi khảo sát
ATM.
1.4. Giao diện UNI và NNI

ANSI T1.624 và ITU_TI.431

IS: Intermediate System
ES: End System.

Hình 1.2: Cấu hình tham khảo UNI và NNI.
• NNI (Network-Network Interface) : giao diện giữa các nút mạng trong mạng

ATM và giữa các mạng khác với ATM.
• UNI (Uscr-Network Interface) : giao diện giữa mạng và người sử dụng. UNI
có thể là UNI riêng hoặc UNI cơng cộng. UNI riêng có thể xuất hiện tại các điểm
tham khảo RB hoặc SB trong cấu hình chuẩn của ANSI T1.624 và ITU_T I.431. Cịn
UNI cơng cộng có thể xuất hiện ở các điểm TB và UB.
1.5. Kênh ảo, Đường ảo
• Kênh ảo (VC_ Virtual Channel) : là khái niệm" mơ tả một dịng truyền đơn
hướng gồm các tế bào có cùng giá trị nhận dạng kênh ảo VCI.
VC khơng phải là kênh vật lý, do đó khơng có băng thơng dành riêng. Khơng có
sự xác định nào về dung lương hay tốc độ của VC và dòng tế bào di chuyển trong
VC là dòng đơn hướng, bảo tồn thứ tự. Nhờ vậy, có thể thiết lập các kết nối bất đối
xứng và cấp phát băng thông theo yêu cầu từng cuộc gọi.
• Đường ảo (VP_ Virtual Path): tương tự như kênh ảo, đường ảo là khái niệm
mô tả một dòng truyền đơn hướng gồm các tế bào có cùng giá trị nhận dạng đường
ảo VPI.
Đường ảo bao gồm một hoặc nhiều kênh ảo, nhiều đường ảo được ghép trong
một đường vật lý. Quan hệ giữa 3 đơn vị truyền dẫn này được thể hiện ở hình 1.3.
5


Hình 1.3 : Quan hệ giữa VC, VP và kênh vật lý.
1.6. Liên kết đường ảo, Liên kết kênh ảo
• Liên kết kênh ảo (VC link): VC link là một kênh ảo được xác định giữa một
điểm mà VCI được chỉ định và điểm mà VCI được thay đổi hoặc tách bỏ.
VC link xác định một đoạn VC giữa một thiết bị đầu cuối và một nút mạng hoặc
giữa hai nút mạng kề nhau. Dòng tế bào trên VC link vẫn là dịng đơn hướng.
• Liên kết đường ảo (VP link): VP link là đường ảo xác định giữa một điểm
mà VPI được chỉ định và điểm mà VPI được thay đổi hoặc tách bỏ.
Mỗi VP link bao gồm một hoặc một số VC link.
VCI chỉ được thay đổi hoặc tách bỏ tại thiết bị đầu cuối hoặc nút chuyến mạch

VC. VPI được thay đổi từ thiết bị đầu cuối, nút chuyển mạch VP và bộ nối xuyên
(hoặc tập trung)

6


Hình 1.4: Nguyên lý chuyển mạch VP và VC
1.6.1. Kết nối kênh ảo, kết nối đường ảo
kết nối kênh ảo (VCC-Virtual Channel Connection). VCC là một chuỗi liên
tiếp các VC link nối giữa 2 điểm mà tại đó có thể truy xuất vào lớp tương thích
ATM (AAL).
Thực chất, VCC là 1 kết nối luận lý một chiều gữa 2 điểm sử dụng dịch vụ
ATM, tương tự như kênh ảo trong X.25. Dòng tế hào trong VCC vẫn là dòng
một chiều. Do vậy một cuộc gọi sẽ phải bao gồm 2 VCC hoạt động theo 2 chiều
ngược nhau.
•
Kếl nối đường ảo (VPC_Virtual Path Connection): VPC là một nhóm
các kênh ảo có cùng điểm đầu và điểm cuối.

7


Hình 1.5: Quan hệ giữa các mức trong mạng ATM
1.7. Các loại tế bào
Thuật ngữ tế bào chỉ được sử dụng ở lớp vật lý và lớp ATM. Có các loại tế bào
sau đây:
1.7.1. Tế bào ở lớp vật lý
■ Tế bào trống (ldle cell): là tế bào do lớp vật lý chèn vào hoặc tách ra từ
dòng tế bào của lớp ATM để phù hợp với tốc độ vật lý của môi trường truyền
dẫn.

■ Tế bào OAM mức vật lý : là tế bào mang thơng tín điều khiến mức vật lý
(F1,F2,F3). Tế bào này cũng do lớp vật lý chèn vào trong giao tiếp tế bào trực
tiếp (Phần II).
■ Tế bào hợp lệ (Valid cell): là tế bào có phần header khơng có lỗi hoặc đã
được sửa lỗi. Tế bào này sẽ được chuyển đi trên mạng.

8


■ Tế bào không hợp lệ (Invalid cell) : là tế bào có phần header bị lỗi khơng
sửa được. Tế bào này sẽ được loại bỏ bởi lớp yật lý.
1.7.2. Tế bào ở lớp ATM
■ Tế bào được chỉ định (Assigned cell): là tế bào có mang thơng tin dịch vụ
của lớp ATM.
■ Tế bào không chỉ định (Unassigned cell): là tế bào không mang thông
tin. Tế bào này được đưa xuống lớp vật lý khi lớp ATM khơng có dữ liệu truyền
Có sự chồng lấp chức năng giữa tế bào trống và tế bào không chỉ định. Cả
hai loại tế bào này đều được dùng để phối hợp tốc độ giữa dịng tế bào và kênh
truyền dẫn khi khơng có dữ liệu ATM. ITU_T (khuyến nghị I.321) đặt chức
năng phối hợp tốc độ ở lớp vật lý và dùng idle cell. ATM Forum lại đặt chức
năng này ở lớp ATM và dùng unassigned cell. Đây là một trong những điểm
khơng tương thích mức thấp giữa hai hệ thống chuẩn hóa.

9


CHƯƠNG 2
LỚP VẬT LÝ
Mơ hình giao thức của B-ISDN ỏ hình 1.1 (chương 1) bao gồm 3 mặt phẳng:
mặt phẳng quản lý, mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng của người sử dụng, trong đó

cấu trúc phân lớp chỉ có ở mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng của người sử dụng.
Hình 2.1 trình bày mơ hình mạng B-ISDN với 2 mặt phẳng này. Bảng 2.1 tóm tắt
chức năng của các lớp và phân lớp của mặt phẳng người sử dụng ở giao diện UNI.

Hình 2.1: Mơ hình giao thức B-ISDN với hai mặt phẳng
Lớp vật lý được chia thành hai phân lớp: TC (transmission Convergenee) và PM
(Physical Medium).
2.1. Phân lớp PM (Physical Medium)
Phân Iớp PM cung cấp các chức năng cần thiết để truyền dẫn dịng bit (mơi
trường vật lý, mã hóa, đồng bộ,...). Ba tổ chức chuẩn hóa đã định nghĩa 3 Iớp PM
khác nhau cho ATM.

10


Lớp
AAL

ATM

Vật lý

Bảng 2.1: Chức năng của các lớp ở mặt phẳng người sử dụng
Phân lớp
Chức năng
CS
Chức năng chung
Chức năng phụ thuộc dịch vụ
SAR
Phân đoạn và tái hợp

Điều khiển luồng chung
Tạo/ tách tiêu đề (header)
Dịch VPI/ VCI
Ghép tách tế bào
TC
Phối hợp tốc độ
Thích ứng với khung truyền dẫn
Tạo/ khơi phục khung truyền dẫn
PM
Môi trường vật lý

2.1.1. ANSI (T1.624)
ANSI đã định nghĩa 3 giao tiếp sau đây dựa trên mạng cáp quang đồng bộ
SONET :
•
STS-1: 51,84 Mbit/s.
•
STS-3c: 155,52 Mbit/s.
•
STS-12c : 622,08 Mbit/s.
Ngồi ra, cần định nghĩa giao tiếp ở tốc độ DS3 (44,736 Mbit/s) dùng nghi thức
PLCP (Physical Layer Convergence Protocol) của IEEE 802.6
2.1.2. ITU_T (1.432)
I.432 định nghĩa 2 giao tiếp vật lý dựa trên SDH tương ứng với tốc độ của
ANSI:
•
STM-1: 155,52 Mbit/s.
•
STM-4: 622,08 Mbit/s.
Do tốc độ của STM-1 và STM-4 chính xác bằng với tốc độ của SONET STS-3c

và STS-12C nên vấn đề liên kết mạng giữa hai hệ thống này rất đơn giản.
ITU_T còn định nghĩa thêm các giao tiếp sau:
•
DS1: 1,54 Mbit/s.
•
El: 2,048 Mbit/s.
•
DS2: 6,312 Mbit/s.
•
E3: 34,368 Mbit/s
•
DS3: 44,736 Mbit/s.
•
E4: 139,264 Mbit/s

11


2.1.3. ATM FORUM (VERSION 3.0)
ATM Forum xác định 5 giao tiếp vật lý, trong đó có 2 giao tiếp dùng cho mạng
công cộng là DS3 và STS-3c đã được chuẩn hoá bởi ANSI và ITU_T. Các giao tiếp
sau được định nghĩa cho mạng riêng:
•
FDDI based: 100 Mbit/s.
•
Fibre channel: 155,52 Mbit/s (ANSI X3T9.3)
•
Dây xoắn có vỏ bọc (STP): 155,52 Mbit/s.
Tóm lại, ATM chủ yếu dùng môi trường truyền dẫn là sợi quang, hai tốc độ cơ
bản là 155,52 và 622,08 Mbit/s. Giao tiếp điện dùng mã CMI hoặc AMI, giao tiếp

quang dùng mã NRZ.
2.2. Phân lớp TC (Transmission Convergence)
TC có chức năng chuyển đổi từ dòng tế bào ATM thành dòng bit trên
môi trường, truyền dẫn và ngược lại, bao gồm các cơng việc: Thích ứng với khung
truyền dẫn, phân biệt tế bào, kiểm tra header, chèn và tách tế bào trống.
2.2.1. Thích ứng với khung truyền dẫn
Có hai phương thức chuyển tế bào trên mạng ATM: dùng các khung truyền dẫn
hiện có và chuyển tế bào trực tiếp. Chức năng này chỉ cần khi sử dụng cấu trúc
khung.
2.2.1.1. Chuyển tế bào trên các hệ thống truyền dẫn hiện có
Tế bào ATM có thể đựơc chuyển trên bất kỳ một hệ thống truyền dẫn nào (SDH
hay PDH) bằng cách ánh xạ từng byte của tế bào vào vùng payload của khung truyền
dẫn. Việc tương hợp với các hệ thống truyền dẫn hiện có là điều cần thiết trong giai
đoạn hồ nhập của ATM. Thường thì kích thước khung khơng phù hợp với kích
thước tế bào nên khơng thể đồng bộ ở mức tế bào. ITU_T (G.804) định nghĩa cách
ghép tế bào vào các khung truyền dẫn PDH ở các tốc độ 1,5; 2; 6; 34; 97,7; và 140
Mbit/s.
Ở đây trình bày 2 cách điển hình dùng SDH STM-1 và PDH DS1.
2.2.1.1.1. Ghép tế bào vào khung STM-1
Tế bào ATM được xếp kín vào C4, C4 được đưa vào VC4 cùng với POH. Dòng
tế bào được đồng bộ ở mức byte với vùng payload của khung STM1.
Chú ý rằng dung lượng của C4 là 260 x 9 = 2340 byte, không là bội số của 53
nên một tế bào có thể vượt ranh giới của C4. Điều này xảy ra thường xuyên vì tồn
bộ dung lượng của C4 được dùng để xếp tế bào

Hình 2.2: Chuyển tế bào trên STM-1
12