Báo cáo đề tài Kỹ thuật chuyển mạch ATM potx

Kỹ thuật chuyển mạch Kỹ thuật chuyển mạch ATM
BÁO CÁO ĐỀ TÀI
KỸ THUẬT CHUYỂN
MẠCH ATM
SVTH: Trang 1
Kỹ thuật chuyển mạch Kỹ thuật chuyển mạch ATM
LỜI NÓI ĐẦU
Trước sự phát triển của các giao thức Internet khởi đầu từ những năm của thập
niên 70 và tiếp tuc phát triển vào những năm sau đó. Ngày nay, mạng IP đã thực sự
bùng nổ cả về khối lượng lưu lượng cũng như các yêu cầu về chất lượng dịch vụ như:
tốc độ truyền dẫn, băng thông, truyền dẫn đa phương tiện,… Nhưng mạng IP hiện nay
vẫn chưa thực sự đáp ứng được các yêu cầu về truyền dẫn lưu lượng, do đó, cần phải
có một giải pháp công nghệ mới đưa vào để khắc phục những nhược điểm của mạng
đang tồn tại.
Công nghệ chuyển mạch IP ra đời và được xem là một giải pháp tốt để giải quyết
những yêu cầu trên. Chuyển mạch IP là sự kết hợp hài hòa của các giao thức điều
khiển mềm dẻo với phần cứng chuyển mạch ATM. Chuyển mạch IP đã khắc phục
được nhược điểm về tốc độ xử lý chậm của các bộ định tuyến và tính phức tạp của các
giao thức báo hiệu trong chuyển mạch ATM. Chuyển mạch IP đang là điểm tập trung
nghiên cứu của các hãng viễn thông nổi tiếng trên thế giới như: Ipsilon, Toshiba, IBM,
Cisco,
Với mục đích gắn quá trình học tập và nghiên cứu để tìm hiểu một công nghệ
mới tiên tiến trên cơ sở những kiến thức đã học và nghiên cứu những tài liệu mới. Tiểu
luận gồm 3 chương:
Chương I: Giới thiệu cơ bản về hệ thống chuyển mạch
Chương II: Tìm hiểu một số loại chuyển mạch cơ bản
Chương III: Kỹ thuật chuyển mạch ATM
Trong quá trình làm tiểu luận, em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình
của cô ………… trong quá trình tìm hiểu không tránh được sự thiếu sót, rất mong
nhận được sự góp ý của thầy cô và các bạn
SVTH: Trang 2

Kỹ thuật chuyển mạch Kỹ thuật chuyển mạch ATM
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 2
MỤC LỤC 3
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH 5
I. Một số khái niệm cơ bản 5
1. Định nghĩa chuyển mạch 5
2. Hệ thống chuyển mạch 5
3. Phân loại chuyển mạch 5
Hình 1.1 Các kiểu chuyển mạch cơ bản 6
4. Các thành phần trong mạng viễn thông 6
Hình 1.2. Các thành phần của mạng viễn thông 6
II. Quá trình phát triển của kỹ thuật chuyển mạch 7
CHƯƠNG II: CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH CƠ BẢN 9
I. Chuyển mạch kênh 9
1. Giới thiệu về chuyển mạch kênh 9
Hình 2.1 Chuyển mạch kênh 9
2. Định nghĩa trường chuyển mạch 10
3. Phân loại chuyển mạch kênh 10
II. Chuyển mạch gói 10
1. Giới thiệu về chuyển mạch kênh 10
11
Hình 2.5: Nguyên lý phân đoạn và tạo gói 11
Hình 2.6: Mạng chuyển mạch gói 12
2. Định nghĩa chuyển mạch gói 12
3. Cơ sở kỹ thuật chuyển mạch gói 12
4. Nguyên tắc cơ bản của chuyển mạch gói 13
III. Mô hình hệ thống mở OSI 14
Hình 2.8 Các phương pháp chuyển mạch cơ bản 15
CHƯƠNG III KĨ THUẬT CHUYỂN MẠCH ATM 17

I. Giới thiệu chung về ATM 17
1. Sự ra đời của ATM 17
2. Khái niệm ATM 17
3. Đặt điểm của công nghệ ATM 17
4. Cấu trúc phân lớp của mạng ATM 18
II. Lớp ATM 20
1. Một số khái niệm liên quan đến kênh ảo và đường ảo 21
SVTH: Trang 3
Kỹ thuật chuyển mạch Kỹ thuật chuyển mạch ATM
2. Nguyên tắc định tuyến trong chuyển mạch ATM 22
23
Hình 3.4 Nguyên tắc tự định tuyến 23
Hình 3.5 Nguyên tắc bảng điều khiển 23
3. Mô tả và sự xáo trộn tế bào 23
4. Qúa trình chuyển mạch và xử lý gói trong ATM 24
5 .Nguyên lý chuyển mạch ATM 25
III. Tế bào ATM 26
1.Phân loại tế bào ATM 26
2. Cấu trúc tế bào ATM 27
3 .Đặc điểm của các trường trong cấu trúc tế bào 28
VI. Lớp tương thích ATM (AAL) 30
1. Tổng quan 30
2. Chức năng và phân loại AAL 30
3. AAL1 32
4. AAL2 34
5. AAL 3/4 34
6. AAL5 36
KẾT LUẬN 38
TÀI LIỆU THAM KHẢO 39
SVTH: Trang 4

Kỹ thuật chuyển mạch Kỹ thuật chuyển mạch ATM
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH
I. Một số khái niệm cơ bản
1. Định nghĩa chuyển mạch
Chuyển mạch là một quá trình thực hiện đấu nối và chuyển thông tin cho người
sử dụng thông qua hạ tầng mạng viễn thông. Chuyển mạch trong mạng viễn thông bao
gồm chức năng định tuyến cho thông tin và chức năng chuyển tiếp thông tin. Như vậy
theo khía cạnh thông thường khái niệm chuyển mạch gắn liền với lớp mạng và lớp lien
kết dữ liệu trong mô hình OSI của tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ISO.
2. Hệ thống chuyển mạch
Quá trình chuyển mạch được thực hiện tại các nút chuyển mạch, trong mạng
chuyển mạch kênh thường gọi là hệ thống chuyển mạch ( tổng đài) trong mạng chuyển
mạch gói thường được gọi là thiết bị định tuyến ( bộ định tuyến).
3. Phân loại chuyển mạch
Xét về mặt công nghệ , chuyển mạch chia thành hai loại cơ bản: chuyển mạch
kênh và chuyển mạch gói. Mặt khác, chuyển mạch còn được chia thành bốn kiểu:
chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói và chuyển mạch tế bào
Các khái niệm cơ sở về công nghệ chuyển mạch được thực hiện trong hình
1.1(a,b,c0 dưới đây.

Hình 1.1.a) Chuyển mạch kênh: hai dòng thông tin trên hai mạch khác nhau
Hình 1.1 b) Chuyển mạch gói: các tuyến đường độc lập trên mạng chia sẻ tài nguyên
SVTH: Trang 5
Kỹ thuật chuyển mạch Kỹ thuật chuyển mạch ATM
Hình 1.1 c) Chuển mạch gói kênh ảo: các gói tin đi trên kênh ảo
Hình 1.1 Các kiểu chuyển mạch cơ bản
Mạng chuyển mạch kênh thiết lập các mạch (kênh ) chỉ định riêng cho kết nối
trước khi quá trình truyền thông thực hiện. Như vậ, quá trình chuyển mạch được chia
thành 3 giai đoạn phân biệt: thiết lập, truyền và giải phóng. Để thiết lập, giải phóng và
điều khiển kết nối ( cuộc gọi ) mạng chuyển mạch kênh sử dụng các kỹ thuật báo hiệu

để thực hiện. Đối ngược với mạng chuyển mạch kênh là mạng chuyển mạch gói, chia
các lưu lượng dữ liệu thành các gói và truyền đi trên mạng chia sẻ. Các giai đoạn thiết
lập , truyền và giair phóng sẽ được thực hiện đồng thời trong một khoảng thời gian và
thường được quyết định bởi tiêu đề gói tin.
4. Các thành phần trong mạng viễn thông
Là một tập hợp bao gồm các nút mạng và các đường truyền dẫn kết nối giữa hai
hay nhiều điểm xác định để thực hiện các cuộc trao đổi thông tin giữa chúng. Mạng
viễn thông cung cấp đa dạng các loại hình dịch vụ viễn thông cho khách hàng , từ dịch
vụ truyền thống như điện thoại, Fax, truyền số liệu cho đến các dịch vụ mới như
Internet, VOD, thương mại điện tử…………
Hình 1.2. Các thành phần của mạng viễn thông
SVTH: Trang 6
Kỹ thuật chuyển mạch Kỹ thuật chuyển mạch ATM
 Thiết bị đầu cuối là các trang bị của người sử dụng để giao tiếp với mạng
cung cấp dịch vụ. Hiện nay có nhiều chủng loại thiết bị đầu cuối của nhiều hãng khác
nhau tùy thuộc từng dịch vụ ( ví dụ như máy điện thoại , máy fax….). Thiết bị đầu
cuối thực hiện chức năng chuyển đổi thông tin cần trao đổi thành các tín hiệu điện và
ngược lại.
 Hệ thống chuyển mạch là thành phần cốt lõi của mạng viễn thông có chức
năng thiết lập đường truyền giữa các thuê bao. Tùy theo vị trí của hệ thống chuyển
mạch trên mạng người ta chia thành tổng đài chuyển tiếp quốc tế , tổng đài chuyển tiếp
liên tỉnh , tổng đài nội hạt…
Thiết bị truyền dẫn được sử dụng để nối các thiết bị đầu cuối hay giữa các tổng
đài với nhau và truyền các tín hiệu một cách nhanh chóng và chính xác. Thiết bị truyền
dẫn được phân loại thành thiết bị truyền dẫn thuê bao và thiết bị truyền dẫn chuyển
tiếp , nối giữa các tổng đài
II. Quá trình phát triển của kỹ thuật chuyển mạch
Chuyển mạch là quá trình thực hiện đấu nối tuyến liên lạc giuqax hai thuê bao
( điện thoại, máy tính ,fax….) thông qua một hay nhiều hệ thống . Hệ thống đó được
gọi là chuyển mạch . Khái niệm chuyển mạch thoại đã có ngay từ khi phát minh ra

máy điện thoại vào năm 1786., vào thời gian đó quá trình thiết lập tuyến nối được
thực hiện nhờ điện thoại viên và ban đấu nối ; hình thức chuyển mạch này còn được
gọi là chuyển mạch nhân công. Cùng với sự phát triển các ngành công nghiệp , tổng
đài cũng từng bước được cải tiến và hoàn thiện , từ tổng đài nhân công lên tổng đài tự
động sử dụng cơ điện , tổng đài điện tử và tổng đài điện tử SPC , tổng đài băng rộng
vv…
Tổng đài nhân công đầu tiên được đưa vào khai thác tại thành phố NewHeivene
bang Conneckticut( USA) vào năm 1878 chỉ sau 2 năm sáng chế ra máy điện thoại của
A.G Bell. Từ đó đến nay , mạng điện thoại đã phát triển hết sức mạnh theo nhu cầu
thông tin lien lạc điện thoại. Do vậy rất nhanh chóng tổng đài nhân công đạt tới giới
hạn khả năng của nó và ý tưởng tự động hóa đã được anh em A.B.Strowger thúc đẩy
Tổng đài tự động do A.B.Strowger sang chế có tên gọi là tổng đài cơ điện hệ từng nấc
( thế hệ 1) được đưa vào sử dụng năm 1892 trên cơ sở bộ tìm chọn từng nấc được anh
em A.B.Strowger sang chế năm 1889. Tiếp đó nhằm nâng cao chất lượng và kinh tế ,
tổng đài Rơ le ( t máy thế hệ 2) , tổng đài ngang dọc điều khiển trực tiếp được sang
chế năm 1926 và vào năm 1938 tổng đài Crossbar-No1 với phương pháp điều khiển
ghi phát là tổng đài thế hệ 3. Những tiến bộ và thành tựu trong công nghệ điện tử và
máy tính đã thúc đẩy ý tưởng ứng dụng vào lĩnh vực tổng đài điện thoại. Qúa trình
chuyển đổi từ chuyển mạch điện cơ sang chuyển mạch điện tử ( thế hệ 4), đặc biệt là
tổng đài số được đặc trưng bởi việc tạo ra hệ thống thống nhất chuyển mạch và truyền
dẫn thông tin. Vào khoảng thập niên 60 của thế kỉ 20 , xuất hiện sản phẩm tổng đài
điện tử số là sự kết hợp giữa công nghệ điện tử với kỹ thuật máy tính. Tổng đài điện tử
số công cộng đầu tiên ra đời được điều khiển theo chương trình ghi sẵn SPC(Stored
Program Control), được giới thiệu tại bang Succasunna ,Newjersey, USA vào tháng 5
năm 1965. Trong những năm 70 hàng loạt các tổng đài thương mại điện tử số ra đời.
Một trong những tổng đài đó là tổng đài E10 của CIT-Alcatel được sử dụng tại
Lannion ( France). Và tháng 1 năm 1976 Bell đã giới thiệu tổng đài điện tử số công
cộng 4ESS. Hầu hết cho đến giai đoạn này các tổng đài điện tử số đều sử dụng hệ
thống chuyển mạch là số và các mạch giao tiếp thuê bao thường là analog , các đường
trung kế là số. Một trường hợp ngoại lệ là tổng đài DMS100 của Northern Telecom

SVTH: Trang 7
Kỹ thuật chuyển mạch Kỹ thuật chuyển mạch ATM
đưa vào năm 1980 dùng toàn bộ kỹ thuật số đầu tiên trên thế giới. Hệ thống 5ESS của
hang AT &T được đưa vào năm 1982 đã cải tiến rất nhiều từ hệ thống chuyển mạch
4ESS và đã có các chức năng tương thích với các dịch vụ ISDN. Sau đó hầu hết các hệ
thống chuyển mạch số đều đưa ra cấu hình hỗ trợ cho các dịch vụ mới như ISDN, dịch
vụ cho mạng thông minh, và các tính năng mới tương thích với sự phát triển của mạng
lưới. Vào những năm 1996 khi mạng Internet trở thành bùng nổ trong thế giới công
nghệ thông tin , nó đã tác động mạnh mẽ đến công nghiệp viễn thông và xu hướng hội
tụ các mạng máy tính, truyền thông , điều khiển , viễn thông trở thành một bài toán
cần giải quyết. Công nghệ viễn thông đang biến đổi theo hướng tất cả các loại hình
dịch vụ hình ảnh âm thanh , thoại sẽ được tích hợp và chuyển mạch qua các hệ thống
chuyển mạch. Một mạng có thể truyền băng rộng với các loại hình dịch vụ thoại và phi
thoại, tốc độ cao và đảm bảo được chất lượng phục vụ(QoS) đã thành cấp thiết trên
nền tảng của một kỹ thuật mới: Kỹ thuật truyền tải không đồng bộ ATM và trên đó là
các ứng dụng cho thoại và phi thoại. Các hệ thống chuyển mạch điện tử số cũng phải
dần thay đổi theo hướng này các tổng đài chuyển mạch băng rộng ra đời. Hiện nay rất
nhiều các cấu kiện và thiết bị chuyển mạch quang đã được nghiên cứu, phát triển và đã
được triển khai ở một số nước à trong tương lai không xa các hệ thống chuyển mạch
quang băng rộng sẽ thay thế cho hệ thống chuyển mạch hiện tại để cung cấp các
chuyển mạch tốc độ cao và độ rộng băng lớn.
Sự khác biệt này bắt đầu từ những năm 1980, PSTN chuyển hướng tiếp cận
phương thức truyền tải bất đồng bộ ATM để hỗ trợ đa phương tiện và QoS , sau đó
chuyển hướng sang công nghệ kết hợp với IP để chuyển mạch nhãn đa giao thức hiện
nay. Trong khi đó Internet đưa ra một tiếp cận hơi khác so với PSTN qua giải pháp
triển khai kiến trúc phân lớp dịch vụ CoS ( class of service) và hướng tới đảm bảo chất
lượng dịch vụ QoS thông qua mô hình tích hợp dịch vụ IntServ và phân biệt dịch vụ
DiffServ, các chiến lược của Internet theo hướng tương thích với IP, mạng quang và
hướng tới mạng chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS(generalized
multiprotocol label switch). Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS ra đời

vào năm 2001 là sự nỗ lực kết hợp hai phương thức chuyển mạch hướng kết nối
(ATM,ER) với công nghệ chuyển mạch phi kết nối (IP), công nghệ chuyển mạch nhãn
đa giao thức MPLS định nghĩa khái niệm nhãn( Label ) nằm trên một lớp giữa lớp 2 và
3 trong mô hình OSI , với mục tiêu tận dụng tối đa các ưu điểm của chuyển mạch phần
cứng (ATM, ER) àsự mềm dẻo , linh hoạt của các phương pháp định tuyên trong IP.
Một số quốc gia có hạ tầng truyền tải cáp quang đã phát triển tốt có xu hướng sử dụng
các kỹ thuật chuyển mạch quang và sử dụng các công nghệ trên nền quang như
GMPLS, IP qua công nghệ ghép bước song quang WDM ( wavelength division
multiplexing) , kiến trúc chuyển mạch trong mạng thế hệ kế tiếp NGN.
SVTH: Trang 8
Kỹ thuật chuyển mạch Kỹ thuật chuyển mạch ATM
CHƯƠNG II: CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH CƠ BẢN
I. Chuyển mạch kênh
1. Giới thiệu về chuyển mạch kênh
Đây là phương pháp được sử dụng từ lâu trong mạng điện thoại PSTN. Ngày nay
phương pháp này vẫn được sử dụng trong mạng ISDN. Nó sử dụng phương pháp ghép
kênh theo thời gian TDM. Trong đó thông tin trên 1 kênh được truyền theo 1 chu kỳ
đều đặn 125 Us ở 1 khe thời gian cố định , tập hợp các khe thời gian trong khoảng
125Us tạo thành 1 khung thời gian. Kênh truyền trong mạng chuyển mạch kênh là
kênh thực được thiết lập trước khi yêu cầu thiết lập cuộc gọi trong mạng. Do đó
phương pháp nàythiêu stinhs mềm dẻo do thông tin phải truyền theo 1 tần số cố định
dẫn tới giới hạn về mặt tốc độ và không thích hợp cho việc truyền các dịch vụ băng
rộng có đặc điểm khác nhau.

Hình 2.1 Chuyển mạch kênh
Để khắc phục sự thiếu mềm dẻo của chế độ truyền đơn tốc độ trong chuyển mạch
kênh người ta đưa ra hệ thống chuyển mạch kênh đa tốc độ MRCS( maltirate circuit
swiching). Các đường nối trong MRCS được chia thành n kênh cơ bản gồm khung thời
gian có độ dài khác nhau , mọi cuộc liên lạc có thể xây dựng từ n kênh này. Thông
thường các kênh cơ bản cho 1 cuộc nối là:

+ Một kênh có tốc độ là 1024Kbit/s
+ 8 kênh H1 có tốc độ là 2048Kbit/s
+ Một kênh H4 có tốc độ là 139.
MRCS rất phức tạp do mỗi kênh cơ sở của 1 đường nối phải giữ đồng bộ với các
kênh khác nhau để đảm bảo tính trong suốt về mặt thời gian. Ngoài việc sử dụng tài
nguyên chung của MRCS không đạt hiệu quả: khi mọi kênh H1 bận thì không thể
thiếp lập them 1 kênh nào khác trong khi có thể H4 vẫn rỗi. Do vậy đây chưa phải là
giải pháp cho mạng băng rộng.
Các tài nguyên trong hệ thống chuyển mạch kênh tốc độ cao FCS( fast circuit
swiching) chỉ được cung cấp khi thông tin được gửi đi. Sau khi gửi xong thông tin tài
nguyên được giải phóng trở lại. Sự cung cấp này được thiết lập mỗi lần gửi như trong
SVTH: Trang 9
Điều khiển
Chuyển mạch
Đối tượng sử
dụng
Đối tượng sử
dụng
Kỹ thuật chuyển mạch Kỹ thuật chuyển mạch ATM
trường hợp chuyển mạch gói nhưng dưới sự điều khiển của tín hiệu báo hiệu liên kết
nhanh ( fast ‘associated’ signaling) chứ không nằm trong chuyển mạch gói.
Khi thiết lập cuộc gọi người sử dụng yêu cầu độ rộng của băng tần bằng số
nguyên lần độ rộng băng của kênh cơ bản. Hệ thống dlúc này chưa cung cấp tài
nguyên ngay mà nó ghi lại các thông tin về chuyển mạch , thông tin về độ rộng băng
theo yêu cầu , thông tin về địa chỉ của đích được chọn. Khi bên phát bắt đầu gửi thông
tin lúc này hệ thống báo hiệu rằng bên phát có thông tin được gửi đi yêu cầu chuyển
mạch để phân phối tài nguyên ngay lập tức. Qua đây có thể thấy FCS khá phức tạp và
không thích hợp cho B-ISDN vì khả năng thiết lập , hủy bỏ cuộc nối và điều khiển cả
hệ thống rất phức tạp , không đáp ứng được yêu cầu về mặt thời gian.
2. Định nghĩa trường chuyển mạch

 Chuyển mạch kênh được hiểu là kỹ thuật chuyển mạch đảm bảo việc thiết lập
các đường truyền dẫn dành riêng cho việc truyền tin của một quá trình thông tin giữa
hai hay nhiều thuê bao khác nhau
 .Chuyển mạch kênh được ứng dụng cho việc liên lạc một cách tức thời mà ở
đó quá trình chuyển mạch được thực hiện một cách không tạo cảm giác về sự chậm trễ
(tính thời gian thực).
 Chuyển mạch kênh tín hiệu số là quá trình kết nối ,trao đổi thông tin các khe
thời gian giữa một số đoạn của tuyến truyền dẫn TDM số.
3. Phân loại chuyển mạch kênh
Dựa vào dạng tín hiệu đi qua trường chuyển :
+ Chuyển mạch tưong tự
+ Chuyển mạch số.
* Nhược điểm của chuyển mạch tương tự
 Trường chuyển mạch có cấu trúc phân tầng, nhiều tầng nên quá trình khai
thác sẽ có tổn thất lớn,đồng thời việc khắc phục ảnh hưởng lẫn nhau giữa các phần tử
chuyển mạch rất khó khăn.
 Tín hiệu đi qua trường chuyển mạch bị suy hao nhiều và suy hao này rất
khác nhau đối với các tiếp điểm chuyển mạch khác nhau.
 Không xác định được độ trễ thời gian cho tín hiệu trong kênh thoại khi qua
trường chuyển mạch.
 Gây tạp âm lớn
 Trường chuyển mạch cồng kềnh và có giá thành cao.
 Các nhược điểm này sẽ được khắc phục khi sử dụng trường chuyển mạch số.
II. Chuyển mạch gói
1. Giới thiệu về chuyển mạch kênh
Kĩ thuật chuyển mạch gói ngày nay đã trở thành một kĩ thuật rất có tiềm năng và
quan trọng trong lĩnh vực Viễn thông bởi vì nó cho phép các nguồn tài nguyên viễn
thông sử dụng một cách hiệu quả nhất. Chuyển mạch gói có thể thích ứng với rất nhiều
kiểu loại dịch vụ và yêu cầu của người sử dụng. Trên thế giới ngày nay, mạng chuyển
mạch gói cũng đang được phát triển rất mạnh mẽ và sử dụng chủ yếu cho các dịch vụ

truyền thông số liệu giữa các máy tính. Tuy vậy chuyển mạch gói cũng đang thể hiện
hiệu quả và tính hấp dẫn của nó cho các dịch vụ viễn thông khác như điện thoại, Video
và các dịch vụ băng rộng khác.
SVTH: Trang 10
Transaction / Message có độ dài L
Đầu Trường tin CRC Trường tin có độ dài tới M bit
(M>=N)
Tiêu đề Tải tin (Tới Nbit) CRC
Tạo khung bắt đầu
Tạo khung kết thúc
Segment#1 Segment#2 … Segment#n
Bản tin
Segment
Gói
Kỹ thuật chuyển mạch Kỹ thuật chuyển mạch ATM

Hình 2.5: Nguyên lý phân đoạn và tạo gói
Nguyên lý của chuyển mạch gói là dựa trên khả năng của các máy tính tốc độ cao
và các cách thức để tác động vào bản tin cần truyền sao cho có thể phân đoạn các cuộc
gọi, các bản tin hoặc các giao dịch (Transaction) thành các thành phần nhỏ gọi là
“Gói” tin. Tuỳ thuộc vào việc thực hiện và hình thức của thông tin mà có thể có nhiều
mức phân chia. Ví dụ một cách thực hiện phổ biến được áp dụng của chuyển mạch gói
hiện nay là bản tin của Người sử dụng được chia thành các Segment (đoạn) và sau đó
các Segment lại được chia tiếp thành các gói (Packet) có kích thước chuẩn hoá. Các
Segment sau khi được chia từ Bản tin của người sử dụng sẽ được xử lý chuẩn hoá tiếp
bằng cách dán “Đầu” (Leader) và “Đuôi” (Trailer), như vậy chúng chứa ba trường số
liệu là: Đầu chứa địa chỉ đích cùng các thông tin điều khiển mà mạng yêu cầu ví dụ
như số thứ tự của Segment #, mã kênh Logic để tách các thông tin người sử dụng đã
ghép kênh, đánh dấu Segment đầu tiên và Segment cuối cùng của bản tin và nhiều
thông tin khác liên quan tới chức năng quản lý và điều khiển từ “Đầu cuối-tới-Đầu

cuối”.
Đối với các gói tin truyền qua mạng chuyển mạch gói còn phải chứa các mẫu tạo
khung để đánh dấu điểm đầu và điểm cuối của mỗi gói. Tiêu đề (Header) của gói
tương tự như Đầu của Segment, ngoài ra nó còn có thêm các thông tin mà mạng yêu
cầu để điều khiển sự truyền tải cuả các gói qua mạng, ví dụ như thông tin cần bổ sung
vào tiêu đề của gói là địa chỉ nguồn, địa chỉ đích, số thứ tự của gói và các khối số liệu
điều khiển để chống vòng lặp, quản lý QoS, suy hao, lặp gói v.v.
Trường kiểm soát lỗi CRC cho phép hệ thống chuyển mạch gói phát hiện sai lỗi
xảy ra trong gói nếu có, nhờ đó đảm bảo yêu cầu rất cao về độ chính xác truyền tin.
Tổng số tin chứa trong các trường số liệu Đầu của Segment và Tiêu đề của Gói
là rất quan trọng. Thông thường các trường số liệu này có khoảng từ 64 đến 256 bit
trong tổng số N khoảng 1000 bit.
SVTH: Trang 11
Kỹ thuật chuyển mạch Kỹ thuật chuyển mạch ATM
Hình 2.6: Mạng chuyển mạch gói
Các gói tin sẽ được chuyển qua mạng chuyển mạch gói từ nút chuyển mạch này
tới nút chuyển mạch khác trên cơ sở “Lưu đệm và phát chuyển tiếp“, nghĩa là mỗi nút
chuyển mạch sau khi thu một gói sẽ tạm thời lưu giữ một bản sao của gói vào bộ nhớ
đệm cho tới khi cơ hội phát chuyển tiếp gói tới nút tiếp theo hay thiết bị đầu cuối của
người sử dụng được đảm bảo chắc chắn. Bởi vì mọi quá trình thông tin được cắt nhỏ
thành các gói giống nhau nên các bản tin dù dài hay ngắn đều có thể chuyển qua mạng
với sự ảnh hưởng lẫn nhau ít nhất và nhờ sự chuyển tải các gói qua mạng được thực
hiện trong thời gian thực nên chuyển mạch có thể đáp ứng được yêu cầu hoạt động
một cách nhanh chóng kể cả khi có sự thay đổi mẫu lưu lượng hoặc khi có sự cố ở một
thành phần khác của mạng.
Hình 2.2 a) minh hoạ nguyên tắc hoạt động của mạng chuyển mạch gói. Các bản
tin của người sử dụng từ thiết bị đầu cuối phát A sẽ không được gửi đi một cách tức thì
và trọn vẹn qua mạng tới thiết bị đầu cuối thu B như trong mạng chuyển mạch bản tin,
mà sẽ được cắt và tạo thành các gói chuẩn ở nút chuyển mạch gói nguồn PSW
S

. Mỗi
gói sẽ được phát vào mạng một cách riêng rẽ độc lập và chúng sẽ dịch chuyển về nút
chuyển mạch gói đích PSW
Đ
theo một đường dẫn khả dụng tốt nhất tại bất kỳ thời
điểm nào, đồng thời mỗi gói sẽ được kiểm tra giám sát lỗi trên dọc đường đi.
2. Định nghĩa chuyển mạch gói
Là một loại kỹ thuật gửi dữ liệu từ máy tính nguồn đến máy tính đích qua mạng
dùng một loại giao thức thỏa mãn 3 điều kiện sau:
+ Dữ liệu cần vận chuyển chia nhỏ ra thành các gói ( hay khung) có kích thước
(size) và định dạng (format) xác định.
+ Mỗi gói sẽ được chuyển riêng rẽ và có thể đến nơi nhận bằng các đường
truyền ( router) khác nhau. Như vậy chúng có thể dịch chuyển trong vùng thời gian.
+ Khi toàn bộ các gói dữ liệu đã đến nơi nhận thì chúng sẽ được hợp lại thành
dữ liệu ban đầu.
+ Đặc điểm chính của chuyển mạch gói là sử dụng phương pháp kết hợp tuyến
truyền dẫn theo yêu cầu. Mỗi gói được truyền thông tin đi ngay sau khi đường thông
tin tương ứng rỗi. Nhu vậy các đường truyền dẫn có thể phối hợp sử dụng một số lớn
các nguồn tương đối ít hoạt động.
3. Cơ sở kỹ thuật chuyển mạch gói
Kỹ thuật chuyển mạch gói dựa trên nguyên tắc chuyển đổi thông tin qua mạng
dưới dạng gói. Gói tin là thực thể truyền thông hoàn chỉnh gồm 2 phần : tiêu đề mang
các thông tin điều khiển của mạng hoặc người sử dụng và tải tin là dữ liệu thực cần
chuyển qua mạng. Qúa trình chuyển thông tin qua mạng chuyển mạch gói được coi là
mạng chiua sẻ tài nguyên. Các gói tin sẽ chuyển giao từ các nút mạng này tới các nút
mạng khác trong mạng chuyển mạch gói theo nguyên tắc lưu đệm và chuyển tiếp ,
SVTH: Trang 12
User A PSW
Đ
PSW

S
User A
Kỹ thuật chuyển mạch Kỹ thuật chuyển mạch ATM
nên mạng chuyển mạch gói còn được coi là mạng giao trong khi mạng chuyển mạch
kênh được coi là mạng trong suốt đối với dữ liệu người sử dụng.
Trên hướng tiếp cận tương đối đơn giản từ khía cạnh dịch vụ cung cấp , các
dịch vụ được cung cấp trên mạng viễn thông chia thành dịch vụ thoại và dịch vụ phi
thoại, trong đó đại diện cho dịch vụ phi thoại là dịch vụ số liệu. Chúng ta hiểu rằng , số
hóa và gói hóa thoại là hai vấn đề hoàn toàn khác nhau. Trong mạng chuyển mạch
điện thoại công cộng PSTN hiện nay tín hiệu thoại đã được số hóa , và kỹ thuật
chuyển mạch truyền thống được áp dụng là kỹ thuật chuyển mạch kênh. Dữ liệu thoại
chỉ được gọi là đã gói hóa nếu những gói này được chuyển tải trên mạng chuyển mạch
gói. Trong mục này chúng ta sẽ xét những vấn đề kỹ thuật chuyển mạch cơ bản được
ứng dụng trong hệ thống chuyển mạch : Kỹ thuật chuyển mạch kênh và kỹ thuật
chuyển mạch gói. Mạng điện thoại công cộng được phát triển trên mạng chuyển mạch
kênh đẻ cung cấp các dịch vụ thoại truyền thống. Các mạng dữ liệu như các mạng cục
bộ LAN , mạng Internet là mạng chuyển mạch gói rất thích hợp để trao đổi dữ liệu.
Bảng 2.1 So sánh một số đặc điểm của dịch vụ thoại và dữ liệu
Đặc điểm Dịch vụ thoại Dịch vụ dữ liệu
Băng thông
Bùng phát băng thông
Nhạy cảm với lỗi
Phát lại thông tin
Độ trễ
Kiểu kết nối
Cố định và thấp(dưới 4kb)
Không
Thoại lại nếu có lỗi
Không thể thực hiện được
Thấp và ổn định

Hướng kết nối
Thay đổi
Lớn(100/1000:1)
Không cho phép lỗi
Thực hiện dễ dàng
Lớn và có thể thay đổi
Có thể là phi kết nối
Các dịch vụ thoại trong mạng PSTN hiện nay sử dụng kỹ thuật điều chế PCM
và chiếm băng thông lớn hơn cho mỗi cuộc gọi thì chất lượng cuộc gọi thoại cũng
không vì thế mà tốt hơn. Trái lại đối với các dịch vụ dữ liệu băng thông rất quan
trọng.Một số ứng dụng đòi hỏi băng thông tới 1Gb/s hoặc cao hơn.
4. Nguyên tắc cơ bản của chuyển mạch gói
Unicast và multicast: các kết nối trong mạng viễn thông thường là các kết nối
điểm tới điểm. Vì vậy lưu lượng đưa vào một đầu vào của ma trận chuyển mạch chỉ
yêu cầu duy nhất một đầu ra. Tuy nhiên các ứng dụng nhue video/audio hội nghị hay
quảng bá dữ liệu lại yêu cầu nhiều đầu ra đồng thời. Để hỗ trợ chuyển mạch đa hướng
hệ thống chyển mạch được bổ sung them cơ chế sao cho phép dữ liệu giữa các đầu vào
và đầu ra.
Độ thông qua và tốc độ ( speedup) : độ thông qua của trường chuyển mạch được
định nghĩa như là tỉ số của tốc độ đầu rat rung bình trên tốc độ đầu vào trung bình khi
tất cả các đầu có lưu lượng chiếm 100% tại tốc độ đường dây. Độ thông qua của
trường chuyển mạch là dương và hỏ hơn bằng 1.
Nghẽn và tranh chấp đầu ra: vấn đề tắc nghẽn và tranh chấp đầu ra thường xảy ra
tại các trường chuyển mạch không gian , đối với trường chuyển mạch thời gian vấn đề
tắc nghẽn được xử lý tại bộ ghép kênh. Hiện tượng tắc nghẽn có ngụ ý các xung đột
không tự giải quyết tại các vị trí khác nhau của trường chuyển mạch. Tranh chấp đầu
ra xảy ra khi có nhiều hơn một yêu cầu đầu vào cùng muốn kết nối tới đầu ra cùng một
SVTH: Trang 13
Kỹ thuật chuyển mạch Kỹ thuật chuyển mạch ATM
thời điểm .

Đặc tính kết nối: một quy trình kết nối gồm 3 giai đoạn tách biệt: thiết lập kết nối
, truyền thông tin và giải phóng kết nối
III. Mô hình hệ thống mở OSI
Trong khoảng những năm 70, công nghiệp máy tính bắt đầu phát triển rất mạnh
và nhu cầu kết nối thông tin qua mạng tăng lên rất nhanh. Các hệ thống máy tính cần
trao đổi thông tin qua rất nhiều hình thái khác nhau của mạng. Hệ thống mở ra nhằm
tiêu chuẩn hóa cho tất cả các đấu nối gọi là mô hình kết nối hệ thống mở OSI.
Mục tiêu mô hình OSI là đảm bảo rằng bất kỳ một xử lý ứng dụng nào đều
không ảnh hưởng tới trạng thái nguyên thủy của dịch vụ hoặc các xử lý ứng dụng giao
tiếp trực tiếp với các hệ thống máy tính khác trên cùng lớp ( nếu các hệ thống cùng
được hỗ trợ theo tiêu chuẩn OSI). Mô hình OSI cung cấp một khung làm việc tiêu
chuẩn cho các hệ thống. Cấu trúc phân lớp được sử dụng trong mô hình là có 7 lớp , có
thể phân loại thành 2 vùng chính.

Hình 2.7 Mô hình phân lớp OSI RM
+ Lớp thấp cung cấp các dịch vụ cầu cuối – tới – đầu cuối đáp ứng phương tiện
truyền số liệu, các chức năng hướng về phía mạng từ lớp 3 tới lớp 1.
+ Lớp cao cấp các dịch vụ ứng dụng đáp ứng truyền thông tin, các chức năng
hướng về người sử dụng từ lớp 4 đến lớp 7.
Mô hình OSI có thể chia thành 3 môi trường truyền dẫn
+ Môi trường mạng : liên quan tới các giao thức , trao đổi các bản tin và các tiêu
chuẩn liên quan tới các kiểu mạng truyền thông số liệu khác nhau.
+ Môi trường OSI: cho phép them vào các giao thức hướng ứng dụng và các tiêu
chuẩn cho phép các hệ thống kết cuối trao đổi thông tin tới hệ thống khác theo hướng
SVTH: Trang 14
Lớp ứng dụng
Lớp mạng
Lớp trình diễn
Lớp phiên
Lớp truyền tải

Lớp mạng
Lớp liên kết dữ liệu
Lớp vật lý Lớp vật lý
Lớp liên kết dữ liệu
Lớp mạng
Lớp truyền tải
Lớp phiên
Lớp trình diễn
Lớp liên kết dữ
liệu
Lớp vật lý
Lớp ứng dụng
NODE
Hệ thống A Hệ thống B
Giao thức
Kỹ thuật chuyển mạch Kỹ thuật chuyển mạch ATM
mở.
+ Môi trường hệ thống thực : xây dựng trên mô hình OSI và liên quan tới đặc
tính dịch vụ và phần mềm của người sản xuất , nó được phát triển để thực hiện nhiệm
vụ xử lý thông tin phân tan strong thực tế.
Những môi trường này cung cấp những đặc tính sau:
+ Giao tiếp giữa các lớp .
+ Chức năng của các lớp, giao thức định nghĩa tập hợp của những quy tắc và
những quy ước sử dụng bởi lớp để giao tiếp với một lớp tương đương tương tự trong
hệ thống từ xa khác.
+ Mỗi lớp cung cấp một tập định nghĩa của dịch vụ tới lớp kế cận.
+ Một thực thể chuyển thông tin phải đi qua từng lớp.
Các chức năng chi tiết của các lớp được định nghĩa trong tiêu chuẩn OSI 7498
và chuẩn X.200 của ITU-T. Các đặc tính cơ bản được tóm tắt như sau:
+ Đặc tính hướng kết nối yêu cầu các giai đoạn kết nối phân biệt gồm: thiết lập

kết nối , truyền thông tin và giải phóng kết nối. Một kiểu kết nối khác đối ngược với
kiểu hướng kết nối là kiểu phi kết nối. Phi kết nối cho phép các thực thể hiện trong các
tiêu đề thực thể thông tin.Các giai đoạn kết nối như trong chuyển mạch kênh không
còn tồn tại mà thay vào đó là phương pháp chuyển theo một giai đoạn duy nhất gồm cả
3 giai đoạn.
Sự khác biệt giữa chuyển mạch bản tin và chuyển mạch gói nằm tại quá trình xử
lý bản tin, chuyển mạch gói thực hiện việc phân đoạn bản tin thành các thực thể phù
hợp với đường truyền và cấu hình mạng, các gói có thể có kích thước thay đổi hoặc cố
định, phương pháp chuyển mạch với các gói có kích thước cố định được gọi là chuyển
mạch tế bào. Như vậy một bản tin người dùng có thể phân thành nhiều gói. Sau quá
trình chuyển mạch các gói sẽ được tái hợp để hoàn nguyên lại thông tin của người sử
dụng.
Hình 2.8 Các phương pháp chuyển mạch cơ bản
Kỹ thuật chuyển mạch gói cho phép kết nối thông tin từ đầu cuối qua quá trình
chia sẻ tài nguyên, sử dụng các tập thủ tục và các kết nối có tốc độ khác nhau để
truyền các gói tin và có thể chuyển gói trên nhiều đường dẫn khác nhau. Có hai kiểu
chuyển mạch gói cơ bản: chuyển mạch data gram DG và chuyển mạch kênh ảo VC
(virtual circuit).
SVTH: Trang 15
Thời gian
Thiết
lập
Truyề
n
Thời
gian
Giải
phóng
Thiết lập+truyền+giải
phóng

Trễ hàng đợi
Trễ truyền lan
Thời
gian
gói
Thiết lập+truyền+giải
phóng
a) chuyển mạch
kênh
b) chuyển mạch bản
tin
c) chuyển mạch
gói
Kỹ thuật chuyển mạch Kỹ thuật chuyển mạch ATM
Hình 2.9 Đóng gói dữ liệu theo mô hình OSI
Chuyển mạch datagram: chuyển mạch datagram cung cấp cho các dịch vụ
không yêu cầu thời gian thực. Việc chuyển gói tin phụ thuộc vào các giao thức lớp cao
hoặc đường liên kết dữ liệu. Chuyển mạch kiểu datagram không cần giai đoạn thiết lập
kết nối và rất thích hợp đối với dạng dữ liệu có lưu lượng thấp và thời gian tồn tại
ngắn.
Chuyển mạch kênh ảo : yêu cầu giai đoạn thiết lập tuyến giữa thiết bị gửi và
thiết bị nhận thông tin , một kênh ảo được hình thành giữa thiết bị trong đường dẫn
chuyển mạch; kênh ảo là kênh chỉ được xác định khi có dữ liệu truyền qua và không
phụ thuộc vào logic thời gian.
Hình 2.10 Chuyển mạch datagram và chuyển mạch kênh ảo
SVTH: Trang 16
Kỹ thuật chuyển mạch Kỹ thuật chuyển mạch ATM
CHƯƠNG III KĨ THUẬT CHUYỂN MẠCH ATM
I. Giới thiệu chung về ATM
1. Sự ra đời của ATM

ATM phương thức truyền tải không đồng bộ , cung cấp các dịch vụ băng rộng
tương lai.
ATM lần đầu tiên dược nghiên cứu tại trung tâm nghiên cứu CNET(của france
telecom) và Bell Lads vào năm 1983, sau đó tiếp tục phát triển tại trung tâm nghiên
cứu Allatebell từ năm 1984. Các trung tâm này tích cực nghiên cứu những nguyên lý
cơ bản và góp tích cực trong công việc thiết lập các tiêu chuẩn đầu tiên về ATM.
Hiện nay công nghệ ATM đã phát triển tới độ khá hoàn hảo và ổn định. Công
nghệ này đã được nghiên cứu và triển khai tại nhiều nước trên thế giới. Nhiều mạng
ATM đã được triển khai , bước đầu cung cấp dịch vụ băng rộng với khách hàng. Việc
ứng dụng công nghệ ATM vào mạng viễn thông được bắt đầu vào năm 1990.
ATM là sự kết hợp của công nghệ truyền dẫn và công nghệ chuyển mạch qua
mạng giao tiếp chuẩn , dựa vào công nghệ ATM để phân chia và ghép tiếng nói , số
liệu , hình ảnh…. Vào trong một khối có chiều dài cố định gọi là tế bào.
2. Khái niệm ATM
ATM là phương thức truyền không đồng bộ kỹ thuật chuyển mạch gói chất lượng
cao. Có phương thức truyền tải định hướng, chuyển gói nhanh dựa trên ghép không
đồng bộ phân chia thời gian.
ATM đã kết hợp tất cả những lợi thế của kỹ thuật chuyển mạch trước đây vào
một kỹ thuật truyền thông duy nhất. Sử dụng các gói cố định gọi là các tế bào, nó có
thể truyền tải một hỗn hợp các dịch vụ bao gồm thoại, hình ảnh, số liệu, có thể cung
cấp các băng thông theo yêu cầu. ATM có thể loại trừ được các “ nút cổ chai “ thường
xảy ra ở các mạng LAN và WAN hiện nay
3. Đặt điểm của công nghệ ATM
Công nghệ ATM dựa trên cơ sở của phương pháp chuyển mạch gói, thông tin
được nhóm vào các gói tin có chiều dài cố định, ngắn; trong đó vị trí của gói không
phụ thuộc vào đồng hồ đồng bộ và dựa trên nhu cầu bất kỳ của kênh cho trước. Các
chuyển mạch ATM cho phép hoạt động với nhiều tốc độ và dịch vụ khác nhau.
ATM có hai đặc điểm quan trọng :
- Thứ nhất, ATM sử dụng các gói có kích thước nhỏ và cố định gọi là các tế bào
ATM , các tế bào nhỏ với tốc độ truyền lớn sẽ làm cho trễ truyền và biến động trễ

giảm đủ nhỏ đối với các dịch vụ thời gian thực, cũng sẽ tạo điều kiện cho việc hợp
kênh ở tốc độ cao được dễ dàng hơn.
- Thứ hai, ATM có khả năng nhóm một vài kênh ảo thành một đường ảo nhằm
giúp cho việc định tuyến được dễ dàng.
ATM khác với định tuyến IP ở một số điểm. Nó là công nghệ chuyển mạch
hướng kết nối. Kết nối từ điểm đầu đến điểm cuối phải được thiết lập trước khi thông
tin được gửi đi. ATM yêu cầu kết nối phải được thiết lập bằng nhân công hoặc thiết
lập một cách tự động thông qua báo hiệu. Mặt khác, ATM không thực hiện định tuyến
tại các nút trung gian. Tuyến kết nối xuyên suốt được xác định trước khi trao đổi dữ
liệu và được giữ cố định trong suốt thời gian kết nối. Trong quá trình thiết lập kết nối,
SVTH: Trang 17
Kỹ thuật chuyển mạch Kỹ thuật chuyển mạch ATM
các tổng đài ATM trung gian cung cấp cho kết nối một nhãn. Việc này thực hiện hai
điều: dành cho kết nối một số tài nguyên và xây dựng bảng chuyển tế bào tại mỗi tổng
đài. Bảng chuyển tế bào này có tính cục bộ và chỉ chứa thông tin về các kết nối đang
hoạt động đi qua tổng đài.
Bảng so sánh công nghệ IP và ATM
Công nghệ IP ATM
Bản chất Công nghệ
- Là một giao thức chuyển
mạch gói có độ tian cậy và
khả năng mở rộng cao
- Do phương thức định
tuyến theo từng chặng nên
điều khiển lưu lượng rất
khó thực hiện.
- Sử dụng gói tin có
chiều dài cố định 53
byte gọi là tế bào
(cell).

- Nguyên tắc định tuyến
chuyển đổi VPI/VCI
-Nền tảng phần cứng
tốc độ cao
Ưu điểm
- Đơn giản, hiệu quả -Tốc độ chuyển mạch cao,
mềm dẻo hỗ trợ QoS theo
yêu cầu
Nhược điểm
-Không hỗ trợ QoS - Giá thành cao, không
mềm dẻo trong hỗ trợ
những ứng dụng IP và VoA
4. Cấu trúc phân lớp của mạng ATM
a. Mô hình tham chiếu của giao thức B-ISDN
Cấu trúc mạng B-ISDN về mặt logic bao gồm bốn lớp độc lập với nhau. Bốn lớp
này được liên kết với nhau thông qua ba mặt phẳng: mặt phẳng người sử dụng (User
Plane), mặt phẳng điều khiển (Control Plane) và mặt phẳng quản lý (Management
Plane). Cấu trúc của mô hình tham chiếu được trình bày trong hình 3.1)
Hình 3.1: Mô
hình tham chiếu giao
thức B-ISDN
Trong đó:
• CLNS : Số
liệu không liên kết.
• CONTS :
Số hiêu hướng liên kết.
• SAR: Lớp
con thiết lập và tháo tế
bào (Segmentation
And Reassembly).

•CS : Lớp con hội tụ (Convergence Sublayer).
•TC : Lớp con hội tụ truyền dẫn (Transmission Convergence).
•PM: Lớp con đường truyền vật lý (Physical Medium).
b.So sánh mô hình tham chiếu giao thức B-ISDN với mô hình OSI
SVTH: Trang 18
Kỹ thuật chuyển mạch Kỹ thuật chuyển mạch ATM
Mô hình tham chiếu của ATM không tương thích hoàn toàn với mô hình OSI.
Tuỳ theo từng trường hợp cụ thể mà ta xem xét mô hình tham chiếu của ATM tương
đương với các lớp khác nhau của mô hình OSI. Khi xét với các chức năng bên trên
không thuộc ATM (IP, IPX ) thì lớp vật lý của ATM tương ứng với lớp 1 trong mô
hình OSI, lớp ATM và AAL tương ứng với lớp 2 của mô hình OSI, nhưng trường địa
chỉ trong phần tiêu đề của tế bào ATM lại có ý nghĩa như lớp thứ 3 của mô hình OSI.
Hình 3.2 chỉ ra mối quan hệ giữa mô hình tham chiếu của B-ISDN và mô hình 7 lớp
OSI.
Hình 3.2: Mối quan hệ giữa mô hình của B-ISDN và mô hình 7 lớp OSI
Mặt phẳng người sử dụng (User Plane)
Dòng thông tin tới các lớp trong mô hình được điều khiển trong User Plane, mặt
phẳng này còn có các chức năng như sửa lỗi truyền dẫn, điều khiển tắc nghẽn, giám sát
dòng dữ liệu.
Mặt phẳng điều khiển (Control Plane)
Chịu trách nhiệm thiết lập, giải phóng và giám sát các kết nối. ATM là cơ chế
truyền định hướng (Connection- Oriented). Điều này có nghĩa là mỗi kết nối trong lớp
ATM trước tiên phải được gán một bộ nhận dạng số duy nhất thông qua các thủ tục
báo hiệu của mặt phẳng điều khiển. Số này có thể là bộ nhận dạng đường ảo (VPI)
hoặc bộ nhận dạng kênh ảo (VCI).
Mặt phẳng quản lý (Management Plane).
Mặt phẳng này có hai chức năng là quản lý mặt phẳng và quản lý lớp.
Quản lý mặt phẳng phối hợp các chức năng và thủ tục của các mặt phẳng quản
lý. Quản lý mặt phẳng chịu trách nhiệm về các chức năng như báo hiệu trao đổi và
dòng thông tin OAM để điều khiển các thủ tục báo hiệu (nghĩa là báo hiệu cho báo

hiệu). Chúng ta cần kênh này vì báo hiệu trong các mạng băng rộng phức tạp và rộng
hơn báo hiệu kênh D trong N-ISDN.
Thông tin về OAM được dùng để giám sát chất lượng mạng và quản lý lưu trữ tại
lớp ATM.
Các lớp trong mô hình gồm có :
•Lớp vật lý.
•Lớp ATM.
•Lớp tương thích ATM (AAL).
•Các lớp bậc cao.
Chức năng của các lớp này được chỉ ra trong bảng 3.1.
SVTH: Trang 19
Kỹ thuật chuyển mạch Kỹ thuật chuyển mạch ATM
Bảng 3.1: Chức năng của các lớp trong B-ISDN
Q
U
ả
n
l
ý
l
ớ
p
Các lớp cao hơn
A
L
L
CS
• Nhận/gửi các PDU từ/đến các lớp cao hơn và tạo dạng CS-
PDU.
• Kiểm tra sự khôi phục chính xác các CS-PDUs.

• Phát hiện sự mất các tế bào của CS-PDU.
• Cung cấp một vài chức năng ALL trong phần tiêu đề CS-
PDU.
• Chèn các tế bào bổ xung vào CS-PDUs.
• Điều khiển luồng, gửi các thông điệp trả lời hoặc yêu cầu
truyền lại các tế bào lỗi.
SAR
• Tạo các tế bào từ CS-PDU, khôi phục các CS-PDUs từ tế
bào .
• Tạo ra trường kiểu đoạn như BOM, COM, EOM, SSM.
• Kiểm tra mà dư vòng CRC của trường dữ liệu của tế bào.
• Tạo ra hai Bytes tiêu đề và hai Bytes cuối cùng của SAP-
PDU.
ATM
• Điều khiển luồng chính.
• Tạo ra hoặc tách phần tiêu đề của tế bào.
• Đọc và thay đổi phần tiêu đề của tế bào.
• Thực hiện phân kênh/ ghép kênh các tế bào.
L
ớ
P
v
ậ
T
L
ý
Lớp con
hội tụ
truyền
(TC)

• Thêm vào hoặc lấy ra các tế bào trống (khử ghép giữa tốc
độ tế bào và tốc độ truyền dẫn).
• Tạo và kiểm tra mã HEC.
• Nhận biết giới hạn của tế bào .
• Biến đổi dòng tế bào thành các khung phù hợp với hệ
thống truyền dẫn .
• Phát / khôi phục các khung truyền dẫn.
Lớp con
đường
truyền
vật lý(PM)
• Đồng bộ bit.
• Thu, phát số liệu.
II. Lớp ATM
Lớp ATM là thành phần chủ yếu của mạng ATM, nó nằm trên lớp vật lý, các
dịch vụ chính của mạng đều có thể tìm thấy ở lớp này. Các chức năng của lớp ATM
hoàn toàn độc lập với các chức năng của lớp vật lý dưới nó. Lớp ATM có các chức
năng chuyển các tế bào từ lớp tương thích ATM (AAL) đến lớp vật lý để truyền đi và
ngược lại từ lớp vật lý đến các lớp AAL để sử dụng tại hệ thống mới. Các đơn vị thông
tin trong lớp ATM là các tế bào. Mỗi tế bào có một bộ nhận dạng số chứa trong
Header để gắn nó tới kết nối xác định.
ATM sử dụng các đấu nối ảo để vận chuyển thông tin và được chia làm hai mức:
SVTH: Trang 20
Kỹ thuật chuyển mạch Kỹ thuật chuyển mạch ATM
mức đường ảo và mức kênh ảo.
•Kênh ảo VC(Virtual Channel) là kênh thông tin cung cấp khả năng truyền đơn
hướng các tế bào ATM .
Hình 3.3: Sự kết hợp các kênh ảo, đường ảo
Đường ảo VP(Virtual Path) là sự kết hợp có tính chất logic hoặc của một nhóm
các kênh ảo thành một “bó” mà nó có cùng một đặc tính lưu lượng và được truyền đi

cùng một đường trong mạng. Một đường truyền vật lý (như cáp quang chẳng hạn) có
thể chứa nhiều đường kết nối ảo. Hình 3.3 mô tả quá trình kết hợp các VCs, VPs và
đường truyền.
1. Một số khái niệm liên quan đến kênh ảo và đường ảo
Các khái niệm này gồm có liên kết đường ảo, liên kết kênh ảo, cuộc nối kênh ảo,
cuộc nối đường ảo.
Cuộc nối kênh ảo VCC là tập hợp của một số liên kết. Theo định nghĩa của ITU-
T: VCC là sự móc nối của các liên kết kênh ảo giữa hai điểm truy nhập vào lớp tương
thích ATM. Thực chất VCC là một đường nối logic giữa hai điểm dùng để truyền các
tế bào ATM. Thông qua VCC thứ tự truyền các tế bào ATM sẽ được bảo toàn. Có 4
phương pháp được dùng để thiết lập một cuộc nối kênh ảo tại giao diện UNI.
•Các VCCs cố định (Permanent) hoặc bán cố định (Semi-Parmanent) được thiết
lập tại thời điểm định trước mà không cần báo hiệu.
•Một VCC được thiết lập/giải phóng bằng cách sử dụng một thủ tục báo hiệu
trao đổi.
•Thiết lập/giải phóng một VCC đầu cuối được thực hiện bằng một thủ tục báo
hiệu từ người sử dụng đến mạng.
•Nếu một PVC đang tồn tại giưa hai UNI, thì một VCC trong VPC này có thể
được thiết lập/ giải phóng bằng việc sử dụng một giao thức báo hiệu từ người sử dụng
tới người sử dụng.
Cuộc nối đường ảo VPC (Virtual Path Connection) là sự móc nối của một số liên
kết đường ảo. VPC là sự kết hợp logic của các VCCs (Virtual Channel Connection).
Trong một VPC mỗi liên kết kênh ảo đều có một số nhận dạng VCI (Virtual Channel
Indentifier) riêng. Tuy vậy những VCs thuộc về các VP khác nhau có thể có cùng số
VCI. Mỗi VC được nhận dạng duy nhất thông qua tổ hợp hai giá trị VPI và VCI. Có 3
phương pháp sau được sử dụng để thiết lập/ giải phóng một VPC giữa các điểm cuối
VPC:
•Một VPC được thiết lập/giải phóng dựa trên một kênh định trước và do đó
không cần thủ tục báo hiệu.
•Việc thiết lập/giải phóng VPC có thể được điều khiển bởi khách hàng. Các thủ

tục quản lý mạng dùng cho mục đích này.
•Một VPC cũng có thể được thiết lập/giải phóng bởi mạng sử dụng các thủ tục
quản lý mạng.
SVTH: Trang 21
Kỹ thuật chuyển mạch Kỹ thuật chuyển mạch ATM
Nhiệm vụ trung tâm của lớp ATM là biến đổi địa chỉ mạng ở các lớp cao thành
các giá trị VPI và VCI tương ứng. Các giá trị VPI và VCI được tạo ra dựa trên số hiệu
nhận dạng của điểm truy nhập dịch vụ SAP. Tại đầu thu, trường tiêu đề được tách ra
khỏi tế bào ATM. Tại đây giá trị VPI và VCI được dùng để nhận dạng điểm truy nhập
dịch vụ.
Phân kênh và hợp kênh các tế bào: Tại đầu phát các tế bào thuộc về các kênh ảo
và đường ảo khác nhau được hợp thành một dòng tế bào duy nhất. Tại đầu thu dòng tế
bào ATM được phân thành các đường ảo và kênh ảo độc lập để đi tới các thiết bị.
Biến đổi VPI/VCI Nếu các tế bào được định tuyến thông qua các chuyển mạch
ATM hoặc các nút nối xuyên thì các giá trị VPI/VCI đưa tới các thiết bị này cần phải
được biển đổi thành các giá trị VPI/VCI mới để xác định đích mới của tế bào.
2. Nguyên tắc định tuyến trong chuyển mạch ATM
Có hai phương thức định tuyến được sử dụng trong chuyển mạch ATM đó là
nguyên tắc định tuyến dùng bảng định tuyến và tự định tuyến.
Theo nguyên tắc này: việc biên dịch VPI/VCI cần phải thực hiện tại đầu vào
của ccas phần tử chuyển mạch sau khi biên dịch xong tế bào sẽ được thêm phần mở
rộng bằng một định danh nội bộ thể hiện rằng đã xử lý tiêu đề của tế bào. Tiêu đề mới
của tế bào được đặt trước nhờ nội dung của bảng biên dịch, việc tăng thêm tiêu đề tế
bào ở đây yêu cầu tăng thêm tốc độ nộ bộ của ma trận chuyển mạch. Ngay sau khi tế
bào được định danh nội bộ, nó được định hướng theo nguyên tắc tự định hướng. Mỗi
cuộc nối từ đầu vào tới đầu ra có một tên nội bộ nằm trong ma trận chuyển mạch xác
định. Trong đó cuộc nối đa điểm VPI/VCI được gán tên nội bộ nhiều chuyển mạch do
đó có khả năng các tế bào được nhân bản và định hướng tới các đích khác nhau phụ
thuộc vào tên được gán.
SVTH: Trang 22

Kỹ thuật chuyển mạch Kỹ thuật chuyển mạch ATM



Hình 3.4 Nguyên tắc tự định tuyến
Quy tắc gán tiêu đề cho tế bào:
VPI/VCI = VPI/VCI mới + định danh nội bộ.
- Nguyên tắc bảng định tuyến
Theo nguyên tắc này , VPI/VCI trong tiêu đề tế bào được biên dịch tại mỗi phần
tử chuyển mạch thành một tiêu đề mới và mã số cổng đầu ra thích hợp nhờ một bảng
định tuyến gắn với phần tử chuyển mạch này. Trong giai đoạn thiết lập cuộc nối, nội
dung của bảng được cập nhập.
Hình 3.5 Nguyên tắc bảng điều khiển
3. Mô tả và sự xáo trộn tế bào
Sự mô tả tế bào cho phép xác định những đường biên của tế bào. Trường HEC
của tế bào hoàn thành sự mô tả tế bào. Tín hiệu ATM phải được giao chuyển thông
suốt trên tất cả các giao diện mạng mà không có bất cứ ràng buộc từ những hệ thống
truyền dẫn được sử dụng. Sự xáo trộn được sử dụng để nâng cao tính bảo mật và tính
chất mạnh mẽ của cơ cấu mô tả tế bào HEC. Hơn nữa, nó giúp làm ngẫu nhiên dữ liệu
trong trường thông tin cho những sự cải tiến có thể ở sự thực thi truyền dẫn.
Sự mô tả tế bào được thực hiện bằng việc sử dụng sự tương quan giữa các bit
SVTH: Trang 23
Bảng định tuyến
Phần
tử
chuyể
n
mạch
Bảng định
tuyến

Phần
tử
chuyể
n
mạch
Bảng
A Bm
B Cn
Bỏ “m” Bỏ “n”
Bộ định tuyến
Phần tử
chuyển
mạch tự
định
tuyến
Phần tử
chuyển
mạch tự
định
tuyến
Bảng
A B,n,m
Bỏ n Bỏ m
Kỹ thuật chuyển mạch Kỹ thuật chuyển mạch ATM
phần đầu (header) để được bảo vệ (4 octets đầu tiên trong phần đầu) và octet HEC.
Octet này được cung cấp ở điểm cuối khởi đầu bằng cách sử dụng một đa thức sinh
bao phủ 4 octet đầu tiên này của tế bào. Đa thức sinh là X
8
+ X
2

+ X +1. Có một mối
tương quan ở điểm cuối nhận giữa 4 octet đầu tiên này với octet HEC, cái mà chúng ta
có thể gọi là số dư. Điều này chỉ đúng khi không có lỗi ở phần đầu. Khi có một lỗi,
mối tương quan không còn hoàn toàn, và bộ xử lý sẽ đi đến tế bào tiếp theo.
4. Qúa trình chuyển mạch và xử lý gói trong ATM
Giao thức ATM tương ứng với lớp 2 như định nghĩa trong mô hình tham chiếu
( OSI) các hệ thống mở. ATM là kết nối có hướng , một kết nối cuối- cuối cần được
thiết lập trước khi định tuyến các tế bào ATM. Các tế bào được định tuyến dựa trên hai
giá trị quan trọng chứa trong 5 byte mào đầu tế bào : nhận dạng luồng ảo(VPI) và nhận
dạng kênh ảo (VCI) , trong đó một luồng ảo bao gồm một số các kênh ảo. Số các bít
dành cho VPI phụ thuộc vào kiểu giao diện. nếu đó là người sử dụng (UNI) , giữa
người sử dụng và chuyển mạch ATM đầu tiên, 8 bít dành cho VPI. Điều này có nghĩa
là có tới 28= 256 luồng ảo sẵn có trong điểm truy cập người sử dụng. Mặt khác nếu nó
là giao diện node mạng (NNI) , giữa các chuyển mạch trung gian ATM , 12 bít sẽ dành
cho VPI. Điều này cho thấy có 2+^= 4096 luông ảo có thể có giữa các chuyển mạch
ATM. Trong cả UNI và NNI , có 16 bít dành cho VCI. Vì thế có 216= 65536 kênh ảo
cho mỗi luồng
Sự kết hợp cả VPI và VCI tạo nên một liên kết ảo giữa hai đầu cuối. thay vì có
cùng VPI/VCI cho toàn bộ luồng định tuyến , VPI/VCI được xác định trên mỗi liên
kết cơ sở thay đổi với mỗi chuyển mạch ATM. Một cách cụ thể, tại mỗi liên kết đwuf
vào đến một node chuyển mạch, một VPI/VCI có thể được thay thế bằng một
VPI/VCI khác tại đầu ra bằng sự tham chiếu tới bảng gọi là bảng định tuyến trong
hcuyeenr mạch ATM. Với bảng định tuyến mạng ATM có thể tăng số lượng các
đường định tuyến.
Mỗi chuyển mạch ATM có một bảng định tuyến chứa ít nhất các trường sau :
VPI/VCI cũ và VPI/VCI mới, địa chỉ cổng đầu ra và ưu tiên. Khi một tế bào ATM
đến đường đầu vào của chuyển mạch nó bị chia thành 5 byte mào đầu và 48 byte tải
trọng.
Bằng cách sử dụng VPI/VCI chứa trong phần mào đầu như giá trị VPI/VCI cũ ,
chuyển mạch tìm trong bảng định tuyến VPI/VCI mới của các tế bào đang đi đến.

Khi đã tìm thấy giá trị VPI/VCI cũ sẽ được thay thế bằng VPI/VCI mới. Hơn nữa địa
chỉ cổng đầu ra tương ứng và trường ưu tiên được đính kèm trong 48byte tải trọng
trước khi nó được gửi đi đến kết cấu chuyển mạch. Địa chỉ cổng đầu ra chỉ tới cổng
đầu ra nào mà tế bào được định tuyến. Có 3 kiểu định tuyến trong kết cấu chuyển
mạch : chế độ unicast là chế độ mà một tế bào được định tuyến tới một số các cổng
đầu ra xác định, multicast là chế độ một tế bào được định tuyến tới một số cổng đầu ra
và broadcast là chế độ một tế bào được định tuyến tới tất cả các cổng đầu ra. Trường
ưu tiên cho phép chuyển mạch truyền các tế bào một cách có lựa chọn tới các cổng đầu
ra hay loại chúng khi bộ đệm đầy, tùy theo yêu cầu dịch vụ.
Các kết nối ATM được thiết lập trước hoặc thiết lập một cách linh động theo
báo hiệu được sử dụng, giống như báo hiệu UNI và báo hiệu định tuyến gioa diện
mạng-mạng riêng(PNNI). Thiết lập trước được tham chiếu tới các kết nối ảo cố định
(PVCs), thiết lập linh động được tham chiếu tới các kết nối ảo chuyển mạch(SVCs).
Với các SVCs bảng định tuyến được cập nhập bởi bộ xử lý cuộc gọi trong suốt quá
trình thiết lập cuộc gọi. Quá trình thiết lập cuộc gọi sẽ tìm được một đường định tuyến
SVTH: Trang 24
Kỹ thuật chuyển mạch Kỹ thuật chuyển mạch ATM
phù hợp giữa nguồn và đích. VPI/VCI của mỗi đường dẫn dọc theo tuyến , các địa chỉ
cổng đầu ra của bộ chuyển mạch và trường ưu tiên được xác định và được bộ xử lý
cuộc gọi điền vào bảng. Bộ xử lý cuộc gọi phải đảm bảo rằng tại mọi chuyển mạch
VPI/VCI của tế bào đang dến từ cổng đầu vào khác nhau có cùng một cổng đầu ra là
khác nhau. Mỗi chuyển mạch ATM có một bộ xử lý cuộc gọi.
5 .Nguyên lý chuyển mạch ATM
Việc chuyển mạch các tế bào ATM được thực hiện trên cơ sở các giá trị VCI,
VPI. Như đã trình bày ở trên VCI, VPI chỉ có giá trị trên một chặng kết nối cụ thể. Khi
tế bào đến nút chuyển mạch, giá trị của VPI hoặc cả giá trị VPI, VCI đều được thay
đổi cho phù hợp với chặng tiếp theo. Thiết bị chuyển mạch chỉ dựa trên giá trị VPI
được gọi là chuyển mạch VP (VP Switch), nút nối xuyên (ATM Cross- Connect) hoặc
bộ tập trung (Concentrator).
Hình3.6: Cuộc nối kênh ảo thông qua các nút chuyển mạch và bộ nối xuyên

Nếu thiết bị chuyển mạch thay đổi cả hai giá trị VPI,VCI thì nó được gọi là
chuyển mạch VC hoặc chuyển mạch ATM. Hình 3.6 mô tả một cuộc nối VCC thông
thường, T là nút chuyển mạch nơi mà VCI, VPI đều bị thay đổi, A, B là các thiết bị
đầu cuối, D
1
, D
2
là các bộ nối xuyên, nơi chỉ thay đổi giá trị VPI, a
i
, x
i
, y
i
là các giá trị
VCI, VPI tương ứng.
Hình 3.7 Nguyên tắc chuyển mạch VP
Hình 3.7 là sơ đồ nguyên lý chuyển mạch VP. Chuyển mạch VP là nơi bắt đầu và
kết thúc của các liên kết đường ảo, do vậy nó phải chuyển các giá trị VPI ở đầu vào
thành các giá trị VPI tương ứng ở đầu ra sao cho các liên kết này thuộc về cùng một
cuộc nối đường ảo cho trước. Lúc này giá trị VCI được giữ không đổi.
SVTH: Trang 25