Điều khiển lưu lượng và tắc nghẽn trong mạng ATM, chương 2 potx

CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT ATM VÀ
MẠNG ATM
2.1 Kỹ thuật ATM :
2.1.1 Các vấn đề cơ bản:
2.1.1.1 Nguyên lý ATM:
ATM là phương thức truyền tải mang đặc tính của chuyển
mạch gói ,sữ dụng kỹ thuât ghếp kênh phân chia không đồng
bộ,bằng việc ghép các luồng tín hiệu vao ác khối có kích thước
cố đònh gọi là tế bào.Khái niệm không đồng bộ trong ATM có
nghóa là các gói dữ liệu(tế bào) có thể được đưa lên mạng mà
không cần thỏa mãn các yêu cầu về đònh thời một cách chính
xác như trong ghép kênh phân chia 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 viêc sữ
dụng kênh truyền dẫn, hỗ trợ các dòch vụ có tốc độ bit thay
đổi(VBR-Variable Bit Rate) và không liên tục(bursty) một cách
hiệu quả.
ATM là kỹ thuật có tính liên kết,mà trong đó đường truyền
sẽ được thiết lập trước khi khách hàng trao đổi thông tin với
nhau.Điều này được thực hiện bởi thủ tục thiết lập kết nối tại
thời điểm bắt đầu và thủ tục giải phóng kết nối tại thời điểm kết
thúc.Mỗi kết nối được cung cấp một dung lượng truyền tải (băng
tần) nhất đònh trong điều kiện có thể (ví dụ mạng còn đủ dung
lượng đê cung cấp) phụ thuộc vào yêu cầu của khách hàng.Điều
này được thực hiện bằng thủ tục thiết lập kết nối của qua trìng
gọi là điều khiển chấp nhận kết nối (CAC-Connection
Admission Control).Quá trìng này xử lý các tham số của kết nối
được thiết lập theo các yêu cầu của khách hàng.Ngoài ra còn có
quá trình xử lý khác là điều khiển tham số khách hành (UPC-
User Parameter Control) dùng để giám sát kết nối và đưa ra các
xử lý nếu như các kết nối có xu hướng vượt quá giới hạn của các

tham số đã được chấp nhận
2.11.2 Tế bào ATM
Như đã nói ở trên ATM sử dụng các tế bào có kích thước cố
đònh gồm 53 bytes trong đó có 5 bytes tiêu đề và 48 bytes dữ
liệu với cấu trúc như sau:
5 bytes 48 bytes
Ta sẽ phân tích 2 vấn đề đặt ra đối với việcchọn tế bào ATM
là:
+ Tại sao lại chọn kích thước cell cố đònh mà không chọn
kích thước cell thay đổi.
+ Tại sao chọn kích thước cell là 53 bytes.
a) Vấn đề chọn kích thước cell cố đònh :
Trước hết việc sữ dụng kích thước cell cố đònh để đảm bảo
được các yếu tố hiệu suất,độ trễ kênh truyền và đô phức tạp của
chuyển mạch.
Hiệu suất kênh truyền được tính theo công thức
= L/(
L+H),trong đó L là số byte thông tin, H là số byte header. Ta
thấy rằng H càng nhỏ so với L thì hiệu suất càng lớn. Trong khi
đó header của cell có độ kích thước đònh thường ngắn hơn
header của cell có kích thước thay đổi vì không cần mang thông
tin về đô dài và cờ báo hiệu bắt đầu và kết thúc của vùng dữ
liệu.
Gói có kích thước thay đồi chỉ có ưu thế hơn gói có kích
thước cố đònh trong trường hợp khối dữ liệu cần truyềàn đi có
kích thước lớn. Điều này thích hợp vói các ứng dụng mà dữ liệu
Header Data
cần truyền là các file lớn. Ngược lại nếu các file cần truyền đi
không lớn dùng gói có độ dài thay đổi sẽ bắt lợi vì phải trèn
thêm các byte đệm (padding) để đảm bảo kích thước quy đònh.

Độ trễ kênh truyền được xác đònh theo công thức:
D = Dt + Dp + Dq
Trong đó: Dt : Độ trễ khi truyền trên đường truyền vật
lý.
Dp : Độ trễ do xử lý gói tại nút mạng và đầu
cuối.
Dq : Độ trễ do hàng đợi tại nút mạng.
Mạng băng rộng yêu cầu tính thời gian thực nên độ trễ
phải nhỏ và có thể biết trước.Khi dùng gói có kích thước lớn trễ
sẽ lớn và không thích hợp với ứng dụng thoại.Mặt khác khi kích
thước các gói khác nhau thì Dp và Dq của các gói cũng khác
nhau dẫn đến độ trễ D sẽ không cố đònh và không thể biết trước
được, điều này không thể chấp nhận đối với các ứng dụng có
tính thời gian thực.
Độ thức tạp tai chuyển mạch phụ thuộc vào việc xử lý
header và quản lý hàng đợi. Header càng đơn giản thì việc xử lý
càng đơn giản và nhanh chóng. Vùng báo độ dài hay các cờ chỉ
điểm bắt đầu và kết thúc thông tin ( DF-Delimiter Flag) trong
gói chính là nguyên nhân gây ra sư phức tạp trong việc xử lý
header.Hơn nữa gói có kích thước thay đổi làm cho thời gian xử
lý các gói khac nhau.Ngược lại gói có kích thước cố đònh sẽ đơn
giản hóa việc xử lý và cho phép thực hiện xử lý song song rất
hiệu quả.
Quản lý hàng đợi trong chuyển mạch sẽ đơn giản nếu sữ
dụng tế bào có kích thước cố đònh vì kích thước vùng nhớ cho tế
bào là cố đònh nên có thể chia ra thành các ô nhớ có kích thước
bằng nhau với giải thuật đơn giản,quản lý dễ dàng.Ngược lại
nếu dùng gói có kích thước thay đổi sẽ dẫn đến quản lý phức
tạp.Độ phức tạp tại chuyển mạch có ý nghóa rất lớn đối với hiệu
suất và tốc độ mạng. Nếu chuyển mạch được thực hiện trên

phần cứng thì hiệu quả mạng sẽ tăng rất nhiều.
Tóm lại nếu tổng hợp các yếu tố về hiệu suất kênh truyền ,
độ trễ và độ phước tạp tại chuyển mạch thì đối với mạng băng
rộng dùng cell có kích thước cố đònh hiệu quả hơn dùng cell có
kích thước thay đổi.
b) Vấn đề chọn kích thước cell:
Ở đây vấn đề đặt ra là chọn tế bào có kích thước bao
nhiêu là hợp lý. Việc chọn kích thước phải đảm bảo sao cho
hiệu suất kênh truyền cao, độ trễ nhỏ chấp nhận được cho
truyền thoại,tối thiểu hóa số bit truyền lại trong trường hợp xãy
ra lỗi và tương thich với các hệ thống truyền dẫn sẵn có.
Với kích thước cell là 53 bytes gồm 5bytes header và 48
bytes dữ liệu thì hiệu suất kênh truyền được xác đònh như sau:

 = L/(L+H) = 48/(48+5) = 90,57 
Hiệu suất đạt trên 90  được xem là cao tuy chưa phải là
rất hiệu quả.Nhưng vói các hệ thống truyền dẫn có băng thông
hầu như vô hạn hiện nay và trong tương lai thì xấp xỉ 10
 cho
phần header không con là điều quan trọng.
Độ trễ được tính bằng thời gian tạo gói từ một kênh dữ
liệu tốc độ 64 Kbit/s tương đương với một kênh thoại thông
thường, nếu kích thước cell được chọn là 53 bytes với 48 bytes
dữ liệu thì thời gian tạo gói là:
(48 x 8 bit)/(64 x 10
3
bit/s) = 6x10
-3
s = 6 ms
Như vậy một vòng hồi tiếp từ đầu cuối đến đầu cuối sẽ đi

qua hai lần tạo gói tạo ra độ trễ tổng cộng là 12 ms, ở đây chưa
kể đến các thành phần trễ khác như : trễ đường truyền và trễ
xữ lý…Đây là độ trễ có thể chấp nhận được đối với dòch vụ thoại
mà không cần các bộ triệt tiếng dội vì theo ITU-T I.161 thì nếu
độ trễ của một vòng hồi tiếp vượt quá 25 ms thì phải dùng bộ
triêt tiếng dội.
Tóm lại kích thước tế bào là 53 bytes được chọn là sự quân
bình giữa hai yêu cầu về độ trễ và hiệu xuất băng thông.
2.1.1.3 Các khái niệm:
2.1.1.3.1 UNI và NNI:
a) NNI (Network-Network Interface):
là giao diện giữa các
nút mạng trong mạng ATM và giữa các
mạng khác với mạng ATM.
b) UNI( User-Network Interface): là giao diện giữa mạng
và người sử dụng. UNI có thể là UNI riêng hay UNI công cộng.
2.1.1.3.2 Kênh ảo, đường ảo:
a) Kênh ảo (VC_Virtual Chanel):
là khái niệm mô tả một
dòng truyền đơn hướng gồm các tế bào có cùng giá trò nhận
dạng kênh ảo (VCI).
VC không phải là kênh vật lý do đó không có băng thông
dành riêng. Không có sự xác đònh nào về dung lượng hay tốc độ
của VC và dòng tế bào di chuyển trong VC là dòng đơn hướng,
bảo toàn thứ tự. Nhờ vậy, có thể thiết lập các kết nối bất đối
xứng và cấp phát băng thông theo yêu cầu của từng cuộc gọi.
b) Đường ảo (VP_Virtual Path) :là khái niệm mô tả môt
dòng truyền đơn hướng gồm các tế bào có cùng giá trò nhận
dạng đường ảo (VPI).
Một đường ảo bao gồm một hoặc nhiều kênh ảo, nhiều đường

ảo sẽ được ghép trong một đường vật lý. Quan hệ giữa VC, VP
và đường vật lý có thề được mô tả như trong hình sau:
2.1.1.3.3 Liên kết kênh ảo, liên kết đường ảo:
a) Liên kết kênh ảo (VCL_VC Link):
là một kênh ảo được
xác đònh giữa một điểm mà VCI được chỉ đònh và điểm mà VCI
được thay đỏi hoặc tách bỏ.
Thông thường VCL sẽ xác đònh một đoạn VC giữa một thiết
bò đầu cuối và mộât mút nút mạng hoặc giữa hai nút mạng kề
nhau. Dòng tế bào trên VCL vẫn là dòng đơn hướng.
b) Liên kết đường ảo (VPL_VP Link): cũng như VCL, VPL
là đường ảo xác đònh giữa một điểm mà VPI được chỉ đònh và
điểm mà VPI được thay đổi hoặc tách bỏ. Mỗi VPL gồm một
hoặc một số VCL .
VCI và VPI là các giá trò được xác đònh trong phần mào đầu
của tế bào ATM. Giá trò VCI chỉ được thay đổi hoặc tách bỏ tại
thiết bò đầu cuối hoặc tại nút chuyển mạch VC. Giá trò VPI được
thay đổi tại thiết bò đầu cuối, nút chuyển mạch VP và bộ nối
xuyên ( hoặc bộ tập trung).
Có thể mô tả nguyên lý chuyển mạch VP và VC như hình
trang bên.
2.1.1.3.4 Kết nối kênh ảo, kết nối đường ảo:
a) Kết nối kênh ảo (VCC_ VC Connection):
là một chuỗi
liên tiếp các VCL nối giữa hai điểm mà tại đó có thề truy xuất
vào lớp ATM (AAL) dòng tế bào trong VCC là dòng tế bào một
chiều, do vậy một cuộc gọi sẽ phải bao gồm hai VCC hoạt động
theo hai chiều ngược nhau.
KÊNH VẬT LÝ
VP

VP
VP
VP
VP
VP
VC
VC
VC
VC
VC
VC
b) Kết nối đường ảo (VPC_ VP Connection): là sự kết nối
các VCL kết thúc bằng một điểm mà tại đó giá trò VCI được
hình thành, thông dòch hoặc bò loại bỏ.