tổng quan về mạng băng rộng đa dịch vụ và việc thực hiện dựa trên phương thức atm

Website: Email : Tel (: 0918.775.368
Chơng 1
Tổng quan về mạng băng rộng đa dịch vụ và
Việc thực hiện dựa trên phơng thức atm
Trong những năm 80, cùng những tiến bộ khoa học, nhu cầu trao đổi thông tin
ngày tăng, hàng loạt các mạng viễn thông ra đời từ mạng điện thoại công cộng,
mạng truyền số liệu sử dụng chuyển mạch gói, mạng đa dịch vụ băng hẹp
(N_ISDN). Cho đến những năm 90 đã hình thành mạng đa dịch vụ băng rộng
(B_ISDN Broadcast Integrent Service Digital Network) đáp ứng đợc các nhu cầu
truyền thông : điện thoại truyền hình, truyền hình chất lợng cao, truyền hình hội
nghị. . .
Mạng băng rộng B_ISDN đã đợc liên minh viễn thông thế giới (ITU_T) nghiên
cứu và chuẩn hoá dựa trên phơng thức truyền không đồng bộ gọi là ATM
(Asynchrous Transfer Mode).
Phơng thức ATM là phơng thức thích hợp cho việc kiểm soát các loại tải băng
rộng khác nhau. ATM phù hợp cho cả tải dạng gián đoạn cũng nh dạng tải liên tục
bao gồm tiếng nói, dữ liệu, hình ảnh và video. . .
ATM là một dạng chuyển mạch gói với kích thớc gói thông tin là cố định (đợc
gọi là Cell). Các Cell này có thể truyền trên môi trờng truyền dẫn khác nhau nh
SONET, SDH, E
1
/T
1
theo các định dạng khác nhau.
Ưu điểm nổi bật của phơng thức ATM là nó cho phép tải trên mạng các dịch vụ
có các tốc độ và chất lợng đáp ứng đợc các yêu cầu khác nhau của ngời sử dụng
đồng thời nó có tính bảo mật cao do tính chất của chuyển mạch gói mang lại. Đó
chính là lý do tại sao ATM đợc khuyến nghị ứng dụng cho mạng băng rộng đa
dịch vụ (B_ISDN).
2
Website: Email : Tel (: 0918.775.368

I. Phơng thức truyền tải không đồng bộ ATM
Phơng thức truyền tải không đồng bộ ATM là một công nghệ tiên tiến đã đợc
nghiên cứu vào những năm 80 và áp dụng cho mạng đa dịch vụ băng rộng
B_ISDN cùng với sự phát triễn của truyền dẫn cáp quang. Sau đây chúng ta sẽ đi
vào nghiên cứu tổng quan kỹ thuật áp dụng cho phơng thức ATM.
I.1. Kỹ thuật ghép tách kênh
Trong phơng thức ATM, ngời ta áp dụng cơ chế ghép kênh phân chia theo thời
gian không đồng bộ. Khái niệm không đồng bộ ở đây có nghĩa là trên cùng
một đờng truyền các gói thông tin của cùng một nguồn phát đến một đích nào đó
sắp xếp không theo chu kỳ. Việc sắp xếp này tuỳ thuộc vào khả năng băng thông
của mạng và các gói tin đang phải chờ trong bộ đệm mà có sự điều khiển tơng
ứng.
Hình vẽ sau mô tả hai phơng thức ghép kênh đồng bộ STM (Synchrous Transfer
Mode) và ghép kênh không đồng bộ ATM :
Trong phơng thức đồng bộ để phân biệt các kênh thông tin ngời ta dựa vào tính
chu kỳ lặp đi lặp lại của nó. Còn trong phơng thức truyền bất đồng bộ thì để phân
biệt ngời ta phải đa thêm thông tin nhận diện vào trong mỗi Cell giống nh trong
kỹ thuật chuyển mạch gói. Chi tiết về các thông tin nhận diện này sẽ đợc trình bày
ở phần sau của nội dung.
I.2. Cấu trúc một tế bào ATM
ATM là một kỹ thuật chuyển mạch gói tiên tiến mà đơn vị dữ liệu đợc gọi là
Cell (hay chính là một gói tin). Khác với các dạng chuyển mạch gói thông thờng,
gói tin của ATM là có kích thớc cố định (bao gồm 5 bytes Header và 48 bytes
Data). Kích thớc này đã đợc tính toán dựa trên các yếu tố nh : hiệu suất, độ trễ
kênh truyền và độ phức tạp của chuyển mạch để đạt đợc sự tối u.
3
0 1 2 31 0 1 2 31
Hình 1. 1 : Kỹ thuật truyền đồng bộ
3 1 2 4 4 3 1
Hình 1. 2 : Kỹ thuật truyền không đồng bộ

Header (5 bytes) Data(48 bytes)
Hình 1.3: Cấu trúc tổng quát tế bào ATM
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
Trong mạng viễn thông ngời ta thờng phân chia ra làm hai dạng giao diện cơ
bản, đó là : giao diện giữa mạng với ngời sử dụng (UNI _User Network Interface)
và giao diện giữa các Node của mạng với nhau (NNI_Network Network
Interface). Đối với phơng thức truyền ATM cũng phân ra theo vậy và có hai dạng
cấu trúc tế bào khác nhau ứng với mỗi giao diện. Dới đây là các hình vẽ mô tả cấu
trúc của hai dạng tế bào nói trên :
ý nghĩa và chức năng của mỗi trờng trong Header của các dạng tế bào ATM đợc
trình bày ở phụ lục I. Sau đây chỉ là giải thích chữ viết tắt của mỗi trờng để tiện
theo dõi :
1. GFC
2. VPI
3. VCI
4. PT
5. CLP
6. HEC
Genric Flow Control _ Trờng điều khiển luồng chung
Virtual Path Identifier _ Số hiệu nhận dạng đờng ảo
Virtual Chanel Identifier _ Số hiệu nhận dạng kênh ảo
Payload Type _ Trờng kiểu tế bào
Cell Loss Priority _ Trờng qui định mức u tiên mất tế bào
Header Error Control _ Trờng điều khiển lỗi tế bào phần tiêu đề
ATM có đặc điểm hớng liên kết, do đó mặc dù nó là một dạng chuyển mạch gói
nhng các trờng để chỉ ra địa chỉ nguồn, địa chỉ đích, số thứ tự là không cần thiết.
Hơn nữa, do chất lợng đờng truyền sử dụng tốt nên các cơ chế chống lỗi từ liên
kết đến liên kết cũng đợc bỏ qua và ATM cũng không cần cung cấp các cơ chế
4
VPI

VPI VCI
VCI
VCI PT CLP
HEC

Data (48 bytes)
Hình 1. 4 : Cấu trúc tế bào
ATM tại giao diện NNI
GFC VPI
VPI VCI
VCI
VCI PT CLP
HEC

Data (48 bytes)
Hình 1. 5 : Cấu trúc tế bào
ATM tại giao diện UNI
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
điều khiển luồng giữa các Node do cơ cấu điều khiển cuộc gọi. Chức năng của
phần tiêu đề chỉ còn là nhận dạng cuộc nói ảo.
I.3. Cấu trúc phân lớp của ATM
áp dụng mô hình phân lớp OSI, ngời ta phân lớp cho ATM gồm 3 lớp : lớp vật
lý (Physical), lớp ATM (Asynchrous Transfer Mode), lớp thích ứng AAL (ATM
Adapter Layer). Trong mỗi lớp trên lại đợc chia thành các phân lớp con. Dới đây
là cấu trúc phân lớp trong ATM và sự tơng ứng với các lớp trong mô hình OSI 7
lớp :
Sau đây là chức năng mỗi phân lớp của ATM
Lớp
thích
ứng

Lớp con hội tụ
truyền CS
(Convergence
Sublayer)
Nhận /gửi các PDU(Protocol Data Unit) từ/tới
các lớp cao hơn và tạo dạng CS_PDU.
Kiểm tra sự khôi phục chính xác các
CS_PDU.
Cung cấp một vài chức năng ALL trong phần
tiêu đề CS_PDU.
Điều khiển luồng, gửi các thông điệp trả lời
hoặc yêu cầu truyền lại tế bào lỗi.
Lớp con tạo và
tháo tế bào SAR
(Segmentation
And
Reassembly)
Tạo các tế bào từ CS_PDU, khôi phục các
CS_PDU.
Kiểm tra mã vòng CRC trong trờng dữ liệu
của tế bào.
Tạo ra hai bytes tiêu đề và hai bytes cuối của
SAR_PDU.
5
Application
Presention
Session
Transport
Network
Data Link

Physical
Lớp CS
AAL
SAR
Lớp ATM

TC
Physical
PM
Hình 1. 6 : Quan hệ phân lớp ATM với mô hình OSI 7 lớp
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
Lớp ATM
Điều khiển luồng chính.
Tạo hoặc phân tách tiêu đề của tế bào.
Đọc và thay đổi phần tiêu đề của tế bào.
Lớp
Lớp con hội tụ
truyền dẫn (TC)
Thêm hoặc lấy các tế bào trống (Idle Cell).
Tạo và kiểm tra mã HEC.
Nhận dạng giới hạn của tế bào.
Biến đổi dòng tế bào thành các khung phù hợp.
Phát / khôi phục các khung truyền dẫn.
Lớp con đờng
truyền vật lý
(PM)
Đồng bộ bit.
Thu và phát số liệu.
I.4. Mạng truyền tải ATM
Mạng truyền tải ATM bao gồm 2 phần : mạng truyền tải thông tin ngời sử dụng

và mạng truyền tải thông tin điều khiển và quản lý. Hình vẽ sau sẽ mô tả cấu trúc
một mạng truyền tải ATM.
6
Service Control Node OAM Node OAM Node
B_STP
Mạng
quản lý
Mạng truyền
tải thông tin
ng~ời sử dụng
T
B
T
B
Đ~ờng ảo mang thông tin Node mạng
quản lý và điều khiển
Đ~ờng ảo mang thông tin OAM Node : Node vận hành và quản lý
ng~ời sử dụn B_STP : Broadcast Signal Terminal Point
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
Cho việc trao đổi tin trong mạng ATM có hai khái niệm đó là : kết nối
(connection) và liên kết (link). Một kết nối cho phép trao đổi thông tin giữa hai
điểm cuối của kết nối (Connection End Point) thông qua một số các liên kết qua
các điểm kết nối trung gian.
Trong ATM, các kết nối và liên kết đợc thực hiện theo hai lớp chức năng :
Lớp vật lý : cung cấp môi trờng truyền dẫn.
Lớp tách ghép kênh (lớp ATM) : thực hiện ghép tách kênh ở hai mức
kênh ảo VP và đờng ảo VC.
Với một đờng truyền vật lý, trong mạng ATM, có thể phục vụ cho nhiều kênh
thông tin; nó đợc hiểu đó là các kênh ảo VC và đờng ảo VP. Kênh ảo VC là một
kết nối logic một chiều giữa hai đầu cuối. Đờng ảo VP là một khái niệm nói đến

tập hợp một nhóm các kênh ảo với nhau. Đờng ảo là một chiều giữa hai thực thể
ATM liên tiếp và thờng đợc dùng để nhóm các kênh ảo có cùng điểm xuất phát và
điểm kết thúc lại với nhau. Mối quan hệ giữa lên kết vật lý, đờng ảo, kênh ảo đợc
minh hoạ bởi hình vẽ sau :
Theo nh mimh hoạ trên thì một liên kết vật lý cho phép thực hiện trao đổi tin
theo hai chiều (song công) còn kênh ảo và đờng ảo chỉ cho phép trao đổi tin theo
một chiều.
I.5. Điều khiển và quản lý trong mạng ATM
7
Hình 1. 8 : Quan hệ giữa liên kết vật lý, kênh ảo và đ~ờng ảo
VP
VC
Hình 7 : Mạng truyền tải ATM
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
Điều khiển và quản lý mạng là một hoạt động không thể thiếu cho mọi mạng
truyền thông. Trong mạng ATM điều khiển và quản lý thực hiện bao gồm các
chức năng sau :
Điều khiển và quản lý các kết nối ATM : bao gồm việc thiết lập, duy trì,
giải phóng các kết nối VPC / VCC thông qua các bản tin báo hiệu hoặc các bản
tin quản lý giữa các trung tâm quản lý mạng NMC (Network Manage Controler)
và các thành phần mạng.
Chức năng bảo hành và bảo dỡng mạng : quản lý điều khiển trạng thái kết
nối các thành phần mạng thông qua bản tin vận hành và quản lý OAM (Operation
And Maneger).
Quản lý lu lợng và tài nguyên mạng.
Hỗ trợ các dịch vụ cung cấp bởi mạng thông minh.
Thông tin thực hiện chức năng quản lý đợc truyền qua mạng truyền tải điều
khiển và quản lý. Mạng này đợc phân tách về mặt logic với mạng truyền tải thông
tin ngời sử dụng thông qua giá trị VPI.
I.6. Quá trình báo hiệu trong mạng ATM

Các bản tin báo hiệu đợc trao đổi giữa các ngời sử dụng và ngời sử dụng với
mạng đợc truyền đi trên các kết nối ảo cho báo hiệu (Signaling VCC). Các kết nối
này cũng đợc phân biệt theo kết nối điểm _ điểm hay điểm _ đa điểm; trong đó
báo hiệu điểm _ đa điểm có thể áp dụng cơ chế báo hiêu đặc biệt là báo hiệu Meta
_ Signalling.
1. Kênh ảo báo hiệu SVC
S

Kênh ảo báo hiệu SVC
S
cung cấp khả năng truyền các bản tin báo hiệu đợc thiết
lập theo hai hớng giữa hai điểm và sử dụng cùng một giá trị VPI / VCI.
Thông thờng, quá trình báo hiệu để thiết lập, duy trì, giải phóng các kết nối đợc
thực hiện gộp lại cho cả mức kết nối đờng ảo VP, có nghĩa là mỗi VP ta có thể
giành riêng ra một VCI cho kênh báo hiệu.
2. Meta _ Signaling
Nh ta đã nói, Meta _Signaling là cơ chế báo hiệu dùng cho báo hiệu điểm đến đa
điểm để thiết lập các kênh báo hiệu cho từng cặp điểm _ điểm. Một kênh ảo giành
cho báo hiệu Meta Signaling (MSVC _ Meta Signaling Virtual Chanel) chỉ quản
lý các kênh ảo báo hiệu có cùng một VPI với nó.
MSVC là một kết nối kênh ảo cố định đợc kích hoạt khi một đờng ảo bắt đầu đ-
ợc thành lập. MSVC có thể là kết nối giữa các thiết bị đầu cuối khách hàng (CEQ
_ Customer Equipment) và nút mạng mà các thiết bị đầu cuối này truy nhập vào
8
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
mạng (khối chức năng kết nối CRF _ Cell Related Funtion) hoặc kết nối giữa các
CEQ với nhau.
Các kênh ảo báo hiệu tơng ứng cũng là kết nối giữa CEQ và Local CRF để thiết
lập VCC giữa các đầu cuối hoặc giữa các CEQ với nhau để thiết lập VPC.
9

Website: Email : Tel (: 0918.775.368
I.7. Các Node mạng
Các Node mạng thực hiện chức năng chuyển mạch hoặc nối chéo trên hai mức
đờng ảo VP và kênh ảo VC (cụ thể cách thức thực hiện sẽ đợc trình bày ở chơng
sau). Node mạng có thể đóng vai trò điểm kết nối trung gian hoặc điểm cuối kết
nối.
+ Các điểm cuối kết nối : là nơi kết thúc các kết nối (VPC/VCC) trao đổi các
thông tin ngời sử dụng với nhau, tạo và tách các giá trị tiêu đề, tham gia vào quá
10
Hình 9 : Thiết lập báo hiệu trong ATM
Case A : thiết lập VCC
CEQ
Case B : thiết lập VPC
CEQ
Case C : thiết lập VCC & VPC
CEQ Local CRF
CEQ
CEQ
To
transit
network
: Thực thể thiết lập báo hiệu Meta Signaling
: Thực thể thiết lập báo hiệu SVC
s
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
trình quản lý lu lợng và điều khiển tắc nghẽn.
+ Các điểm trung gian : truyền thông tin của ngời sử dụng qua một cách trong
suốt. Nó cũng tham gia vào quá trình quản lý lu lợng và điều khiển tắc nghẽn cho
mạng.
II. Cấu trúc mạng B_ISDN/ATM

Mô hình mạng ATM điển hình bao gồm các mạng ATM công cộng (Public
Network) đợc liên kết với nhạu, các mạng ATM riêng (Private Network) và các hệ
thống đầu cuối của ngời sử dụng đợc kết nối với mạng Public ATM thông qua các
giao diện ngời sử dụng mạng.
II.1. Cấu trúc phân cấp mạng ATM
Mạng ATM công cộng bao gồm cấp mạng trục công cộng và cấp mạng truy
nhập, trong khi mạng riêng bao gồm mạng trục riêng và các nhóm làm việc.
Hình vẽ sau minh hoạ cho cấu trúc phân cấp của mạng ATM (cho hai cấp)
11
ATM
End
System
Mạng Public B
Mạng Public A
P_NNI
I
P_NNI
Public
UNI
NNI
ATM Switch
Hình 1.10 : Cấu trúc mạng B_ISDN / ATM
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
12
ATM
Node
M¹ng trôc c«ng céng
M¹ng
truy nhËp
M¹ng

truy nhËp
ATM
Access Node
H×nh 1.11: M¹ng ATM c«ng céng
M¹ng trôc riªng
Nhãm lµm viÖc
Nhãm lµm viÖc
H×nh 1.12: M¹ng riªng hai cÊp ATM
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
II.2. Các ứng dụng truyền tải trên mạng ATM
Mạng ATM đợc sử dụng nh là một dạng truyền tải chung có khả năng kết nối
các loại hình dịch vụ đang sử dụng nh POST, LAN, Frame Relay, . . . thông qua
các giao diện UNI. Mạng ATM hỗ trợ cả các dịch vụ kết nối định hớng và dịch vụ
không kết nối nhờ các lớp chuyển đổi tơng thích khác nhau. Hình vẽ sau mô tả
các loại giao diện khác nhau cho các dịch vụ khác nhau :
II.3. Giao diện giữa các Node mạng
Mạng ATM công cộng bao gồm các Node mạng ATM đợc kết nối với nhau qua
một giao diện đợc gọi là NNI (Network Node Interface). Các Node mạng ATM có
thể là các thiết bị ATM thực hiện chức năng chuyển mạch hoặc chức năng kết nối
chéo hoặc bao gồm cả hai chức năng.
II.4. Giao diện giữa mạng và ngời sử dụng
Các mạng ATM riêng hoặc các hệ thống đầu cuối khách hàng đợc kết nối với
các mạng ATM công cộng qua giao diện UNI công cộng (Public User Network
13
Mạng Private
ATM
LAN FDDI
Work
Station
Điện thoại t~

ơng tự
Fax
Tele
Phone
PBX
Video
Frame
Relay
ATM công
cộng
Hình 1. 13 : Các ứng dụng trên mạng ATM
ATM Node
ATM Node
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
Interface). Ngoµi ra c¸c hÖ thèng ®Çu cuèi còng cã thÓ nèi víi m¹ng Private ATM
qua giao diÖn Private UNI.
14
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
II.5. Truy nhập mạng và ngời sử dụng
Hình vẽ sau biểu diễn các điểm tham chiếu của mạng truy nhập với ngời sử dụng
:
Trong sơ đồ tham chiếu trên, các thiết bị đầu cuối băng rộng B_TE
1
(hỗ trợ
ATM) và B_TE
2
(không phải là thiết bị đầu cuối) đợc kết nối vào mạng thông qua
các khối chức năng kết cuối mạng B_NT
1
(thuộc về mạng) và B_NT

2
. Khối chức
năng B_TA cho phép các thiết bị không phải là đầu cuối ATM truy nhập vào
mạng.
Các giao diện ngời sử dụng _ mạng Private UNI đợc thực hiện tại các điểm tham
chiếu chuẩn R và S. Giao diện Public UNI đợc thực hiện ở giữa các điểm tham
chiếu chuẩn T và U. Các điểm tham chiếu S
B
, T
B
, U
B
đợc chuẩn hoá theo khuyến
nghị ITU _TI.4 (1995) trong đó có tốc độ bit tạ S
B
, T
B
có thể là 155Mbps (song
công), 622Mbps (song công) hoặc là (622Mbps, 155Mbps). Tuy nhiên các tốc độ
chuẩn thấp hơn tại các điểm tham chiếu này đang đợc nghiên cứu và đề cập tới
trong một số tiêu chuẩn khác.
Khối chức năng kết cuối mạng B_NT
1
là một thành phần của mạng thực hiện các
chức năng nh kết cuối đờng truyền, điều khiển giao diện tại các điểm tham chiếu
15
U
B
Private UNI
S

B
T
B
B_TE
2
B_TA
B_TE
1
B_NT
2
B_NT
1
Private
ATM
Switch
Public ATM
Switch
ATM
ES
ATM
ES
T
A
Public ATM UNI
Hìmh 1. 14 Sơ đồ tham chiếu truy nhập cho mạng băng rộng
R
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
chuẩn T
B
, U

B
cùng với các chức năng liên quan tới OAM. Về mặt vật lý, các
B_NT liên kết các điểm tham chiếu chuẩn theo kiểu point _ point (gồm một bộ
thu và một bộ phát), nhng ở các lớp cao hơn tại điểm tham chiếu S
B
có thể là kết
nối đa điểm.
Khối chức năng kết cuối mạng B_NT
2
(ví dụ nh một mạng riêng Private hoặc là
chức năng của một tổng đài PBX) thực hiện chức năng kết nối các hệ thống đầu
cuối trên giao diện Private UNI, các chức năng này bao gồm :
+ Chức năng chuyển đổi tơng thích cho các loại thiết bị đầu cuối và môi trờng
đa dịch vụ khác nhau.
+ Các chức năng tập trung, đệm.
+ Chức năng OAM.
+ Quản lý tài nguyên.
+ Điều khiển và báo hiệu.
Việc có sử dụng hay không các khối chức năng B_NT
1
và B_NT
2
là tuỳ theo cấu
hình mạng thực tế, ví dụ nh sử dụng giao diện Public UNI giữa thiết bị đầu cuối
khách hàng B_TE
1
kết nối trực tiếp vào mạng công cộng không qua khối chức
năng B_NT
2
.

16
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
Chơng 2
nguyên lý chuyển mạch ATM
Các mạng viễn thông đợc xây dựng để làm một việc duy nhất là vận chuyển các
tín hiệu thông tin từ nơi này đến nơi khác. Các thành phần của một mạng viễn
thông bao gồm các Node (hay các trung tâm chuyển mạch) và các liên kết truyền
dẫn. Các Node thực hiện chức năng định tuyến đảm bảo thông tin vận chuyển
đúng theo các liên kết truyền dẫn. Trong phần trình bày của chơng này, chúng ta
sẽ nghiên cứu các hoạt động và kỹ thuật để chuyển tải và định tuyến thông tin qua
mạng ATM.
I. Giới thiệu về chuyển mạch ATM
II.1. Dòng dữ liệu trong ATM
Chuyển mạch ATM đợc xem là chuyển mạch gói chất lợng cao và thực hiện
ghép kênh thống kê trên những đơn vị dữ liệu chiều dài cố định :
Hình vẽ sau mô phỏng một dòng dữ liệu trong truyền dẫn ATM :
Quan sát hình vẽ ta thấy: các tế bào thuộc các kết nối logic khác nhau đợc nhận
dạng nhờ chỉ số nhận dạng đờng ảo VPI và chỉ số nhận dạng kênh ảo VCI cùng đ-
ợc truyền nối đuôi nhau trên liên kết vật lý.
II.2. Cấu trúc phần tử chuyển mạch
Một phần tử chuyển mạch ATM tổng quát có dạng nh sau :
17
2 5 Data 2 7 Data 3 25 Data 2 5 Data
VPI
VCI
VPI
VCI
VPI
VCI
VPI

VCI
Hình 2. 1 : Dòng dữ liệu trên đ~ờng truyền vật lý
ic
ic
ic
Mạng
liên kết
oc
oc
oc
Ngõ
vào
Ngõ
ra
Hình 2. 2 : Cấu trúc phần tử chuyển mạch ATM
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
IC _ Input Controller : Các điều khiển ngõ vào nối các đờng vào nhận các Cell
đến chuyển mạch, đồng bộ Cell.
OC _ Output Controller : Các điều khiển ngõ ra nối với các đờng ra chuyển các
Cell ra khỏi chuyển mạch.
Mạng liên kết bên trong đóng vai trò liên kết tất cả các điều khiển ngõ vào với
các điều khiển ngõ ra và chuyển các Cell từ một điều khiển ngõ vào đến một điều
khiển ngõ ra.
Hoạt động của chuyển mạch đợc diễn ra nh sau :
Khi một tế bào đến điều khiển ngõ vào, chuyển mạch sẽ đọc chỉ số nhận dạng đ-
ờng ảo VPI và chỉ số nhận dạng kênh ảo VCI (còn gọi là nhãn định tuyến _
Routing Label) trong phần tiêu đề của tế bào để xác định xem phải chuyển tế bào
đến ngõ ra nào. Sau đó tế bào sẽ đợc truyền qua mạng liên kết tới điều khiển ngõ
ra thích hợp. Trong suốt quá trình chuyển mạch, hệ thống phải đảm bảo chuyển
các Cell trong một kênh ảo sao cho trình tự các tế bào đúng nh trình tự khi chúng

đến.
Ngoài ra khi một tế bào đến điều khiển ngõ vào, chuyển mạch sẽ kiểm tra
Header; nếu phát hiện thấy sai, chuyển mạch sẽ loại bỏ nhằm tránh việc chèn
nhầm tế bào của kết nối này vào kết nối khác. Khi thay đổi xong giá tri VPI/VCI
của tế bào trờng HEC cũng phải tính toán lại. Nếu chuyển mạch nối với một giao
diện ngời sử dụng _ mạng cần tăng cờng các giao thức điều khiển tốc độ trên mỗi
kênh ảo VC. Chuyển mạch phải có cơ chế xử lý tắc nghẽn khi có tắc nghẽn xảy ra
và cơ chế điều khiển để cập nhật bảng liên kết VPI/VCI khi có một kết nối bán th-
ờng trực hay một kết nối nhờ chuyển mạch mới đợc tạo ra.
Trong hệ thống thực các liên kết vật lý nối tới chuyển mạch thờng hoạt động ở
những tốc độ khác nhau, chuyển mạch cũng phải có khả năng thực hiện chuyển
mạch giữa các liên kết vật lý tốc độ khác nhau. Ngoài ra chuyển mạch phải có các
thông tin để tính cớc phí, một hệ thống vận hành, giám sát và bảo dỡng OAM để
thiết lập, vận hành, điều khiển mạng, chuẩn đoán lỗi và báo cáo. Nhiều nút
chuyển mạch ATM trong thực tế cung cấp cả khả năng kết nối với những kết nối
vật lý Non _ATM nh Frame Relay hay thoại. Khi đó cần thêm các trình xử lý phụ
nh phân đoạn khối dữ liệu dài thành các Cell hay tập hợp các luồng bit liên tục,
cung cấp chức năng xử lý lớp AAL, xử lý và kết thúc những giao thức liên kết
riêng của một kết nối Non_ATM.
18
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
II. Hoạt động của chuyển mạch ATM
II.1. Xử lý nhãn định tuyến trong chuyển mạch
Phần này sẽ trình bày nhãn định tuyến VPI/VCI đợc xử lý nh thế nào tại mỗi nút
chuyển mạch.
Hình vẽ sau sẽ mô tả phơng thức xử lý nhãn định tuyến :
Hình vẽ cho thấy một cấu trúc bảng ở hai mức : bảng VPI và bảng VCI. Sở dĩ có
hai mức bảng nh vậy vì chúng ta có thể chuyển mạch đối với đờng ảo VP hoặc
chuyển mạch cả đờng ảo lẫn kênh ảo VC. Các hình vẽ sau mô tả thế nào là chuyển
mạch VP thế nào là chuyển mạch VC.

19
vpi vci Data
Chọn mục VPI
Chọn mục VCI
Đ~a thông tin định tuyến đến hệ thống
VPI VCI Data
Hình 2. 3 : Xử lý thông tin định tuyến tại chuyển mạch
VP
1
VP
2
VP
3
VP
5
VP
4
VCI
1,1
VCI
1,2
VCI
1,3
VCI
1,4
VCI
1,5
VCI
1,6
VCI

1,7
VCI
1,8
VCI
1,9
VCI
1,10
VCI
3,1
VCI
3,2
VCI
3,3
VCI
3,4
VCI
3,5
VCI
3,6
VCI
3,7
VCI
3,8
VCI
3,9
VCI
3,10
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
Trở lại hình 2. 3, chú ý là mỗi ngõ vào vật lý có một tập các bảng riêng vì nhãn
định tuyến VPI/VCI chỉ có giá trị duy nhất trong mỗi ngõ vật lý, hai liên kết vật lý

khác nhau vẫn có thể có những tế bào mang cùng nhãn định tuyến VPI/VCI.
Chuyển mạch phải có nhiệm vụ giữ các bảng kết nối cho mỗi kết nối kênh ảo và
kết nối đờng ảo của các ngõ vào vật lý. Mọi hoạt động kiểm tra bảng đều nhằm
mục đích định tuyến nội bộ trong chuyển mạch để chuyển tế bào về phía trớc và
tạo cho tế bào một giá trị VPI/VCI mới phù hợp với ngõ ra.
20
Hình 2. 4 : Chuyển mạch VC
VPI1
1
VPI2
VPI3
VPI4
VPI5
VPI6
VPI 1VPI 1
VPI 1
VPI 1
VPI 1
VPI 1
Hình 2. 4 : Chuyển mạch VP
VPI1
1
VPI2
VPI3
VPI4
VPI5
VPI6
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
Hoạt động xử lý nhãn định tuyến :
Khi một Cell đến từ một ngõ vào vật lý, giá trị VPI sẽ đợc sử dụng để tìm ra một

mục trong số các mục của bảng VPI của ngõ vào vật lý đó.
Khi tìm đợc mục giành cho VPI đó, từ bảng, chuyển mạch sẽ xác định là đờng
ảo VP này đã kết thúc tại chuyển mạch đó hay cha. Nếu kết nối đờng ảo VPC đợc
chuyển mạch, nghĩa là cha kết thúc, số VPI mới và thông tin định tuyến ngõ ra đ-
ợc lấy về từ bảng VPI và chỉ có VPI thay đổi.
Nếu kết nối đờng ảo VPC kết thúc ở nút mạng này, giá trị VCI sẽ đợc sử dụng
để tìm ra một mục trong bảng VCI. Chú ý mỗi kết nối đờng ảo VPC kết thúc sẽ có
một bảng VCI riêng. Tiếp theo giá trị VPI, VCI mới và thông tin định tuyến ngõ
ra sẽ đợc lấy về từ bảng VCI. Tế bào đợc cập nhật giá trị VPI/VCI mới và đợc
định tuyến đa đến ngõ ra theo thông tin định tuyến đã lấy về từ bảng.
Việc dùng nhãn định tuyến VPI/VCI giúp giảm nhẹ công việc cho chuyển mạch,
Header không cần dài mà vẫn chuyển đợc tế bào đến nơi nhận. Mỗi nút mạng chỉ
cần biết tế bào trong phạm vi chuyển mạch của mình mà thôi.
Tuy nhiên, thông tin định tuyến lấy từ các bảng cũng có nhiều dạng khác nhau
tuỳ vào sự thiết kế của chuyển mạch. Nếu chuyển mạch đợc thiết kế theo những
kiểu kiến trúc truyền thống, thông tin định tuyến thờng chứa địa chỉ của một khối
điều khiển nơi mà tế bào đợc xếp tại ngõ ra. Nếu chuyển mạch là dạng Bus hay
một trục xơng sống địa chỉ liên kết vật lý ngõ ra thờng gồm một bộ địa chỉ tơng
thích Bus và số của kết nối vật lý để báo cho biết ngõ ra nào sẽ sử dụng bộ tơng
thích ngõ vào đã chọn. Nếu chuyển mach là dạng đa tầng tự định tuyến thông tin
định tuyến sẽ là con đờng mà tế bào sẽ đi qua suốt cơ cấu chuyển mạch để đến đ-
ợc ngõ ra vật lý thích hợp.
Cấu trúc bảng đã đa ra ở trên chỉ là khái niệm. Chúng ta biết rằng Header của
mỗi Cell của giao diện UNI có 8 bits VPI và 16 bits VCI; ở giao diện NNI có 12
bits VPI và 16 bits VCI. Nh vậy một hệ thống sẽ không đủ thời gian quét hết cả
bằng phần mền để tìm ra đúng mục. Nếu thiết kế một chỉ số trong bảng dùng các
giá trị VPI/VCI thì không gian đòi hỏi các bảng sẽ cực kỳ lớn. Một giải pháp
đặt ra ra là có thể giới hạn số bít đợc dùng trong vùng VPI/VCI. Ví dụ kết nối vật
lý nào đó có thể chỉ sử dụng 3 bits thấp VPI và 6 bits thấp VCI. Cả hai nút mạng
nhận và gửi đối với kết nối vật lý đó cần sử dụng cùng một giới hạn quy ớc.

Nếu chúng ta cần xây dựng một chuyển mạch hoạt động tốc độ cao và chỉ
chuyển mạch VP cho các trung kế chẳng hạn, chúng ta có thể sử dụng tìm kiếm
bảng bằng phần cứng gọi là bộ nhớ kết hợp (associative memory). Các bộ nhớ
kết hợp sẽ so sánh thông số ngõ vào với mỗi mục trong bảng và thấy thông tin từ
21
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
bảng trong mỗi chu kỳ bộ nhớ phần cứng. Phơng pháp này vẫn thờng đợc dùng để
chuyển đổi địa chỉ trong các bộ đệm của hệ thống bộ nhớ ảo, các bộ đệm tốc độ
cao. Ưu điểm lớn của bộ nhớ kết hợp là chúng ta chỉ cần chỉ mục cho mỗi VPI
hay VCI đang hoạt động, không cần không gian bảng lãng phí cho những mục vô
ích. Kỹ thuật này cực nhanh nhng tất nhiên giá thành sẽ rất cao.
Trong một hệ thống thực sử dụng các kết nối kênh ảo thiết lập nhờ chuyển mạch
cần có thiết lập và xoá các kết nối với tốc độ cao. Tiến trình thiết lậo và xoá các
kết nối ảnh hởng đến vấn đề cập nhật, thay đổi bảng định tuyến tại các chuyển
mạch. Chuyển mạch phải có các cơ chế cho phép cập nhật bảng định tuyến mà
không làm phá vỡ các Cell khác đang hoạt động.
II.2. Chuyển mạch không gian và thời gian
Chuyển mach là phải làm sao đa Cell từ một ngõ vào đến một ngõ ra. Chuyển
mach ATM có cả hai chức năng chuyển không gian và chuyển mach thời gian.
Hình vẽ sau sẽ giải thích khái niệm thế nào là chuyển mạch không gian :
Theo hình vẽ trên, thì trong chuyển mạch không gian tế bào đợc di chuyển một
cách vật lý từ ngõ vào đến ngõ ra khác nhau. Trong chuyển mạch ATM, chức
năng này đợc mạng liên kết thực hiện thể hiện qua việc định tuyến bên trong của
chuyển mạch. Cấu trúc bên trong của chuyển mạch phải cho phép một tế bào đến
từ ngõ vào bất kỳ có thể cho ra ngõ ra bất kỳ.
Hình vẽ sau giải thích khái niệm chuyển mạch thời gian :
22
1
2
3

4
A W
B X
C Y
D Z
2
3
1
4
Hình 2. 6 : Hoạt động của chuyển mạch không gian
Chuyển mạch
thời gian
4 3 2 1 2 3 4 1
Hình 2.7 : Hoạt động chuyển mạch thời gian
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
Trong chuyển mạch thời gian thông tin đợc di chuyển từ khe thời gian này sang
khe thời gian khác từ ngõ ra bất kỳ. Kỹ thuật truyền dẫn đồng bộ STM dùng cách
thức chuyển đổi khe thời gian TSI _ Time Slot Interchange. Trong ATM không có
dạng khe thời gian nào thuộc kênh nào mà tế bào đợc định nghĩa bằng nhãn định
tuyến VPI/VCI. Do đó, các tế bào đến từ các khe thời gian khác nhau có thể
chuyển đến các ngõ ra khác nhau tại những khe thời gian và có khả năng hai hay
nhiều kết nối logic cùng đợc nối tới một ngõ ra và tranh giành nhau một khe thời
gian. Vấn đề này đợc giải quyết bằng phơng pháp hàng đợi. Chuyển mạch thời
gian trong ATM đợc thể hiện qua hoạt động hàng đợi; nó sẽ xác định phải cho tế
bào nào ra trớc, tế bào nào ra sau, quyết định khe thời gian cho các tế bào sao cho
bảo đảm đợc các thông số chất lợng nh độ trễ, độ biến động trễ, trình tự các tế bào
trong một kết nối ảo.
III. Bộ đệm
Bộ đệm là một thành phần của chuyển mạch ATM; nó nằm trong mạng liên kết
của chuyển mạch. Nh phần trên đã nói, bộ đệm đợc dùng để tránh xảy ra đụng độ

khi nhiều ngõ vào tranh chấp một ngõ ra. Thông tin ngõ vào sẽ đợc ghi vào bộ
đệm khi qua điều khiển ngõ vào IC và đợc điều khiển ngõ ra OC đọc lấy thông tin
khi thích hợp.
Các hoạt động bộ đệm đợc thể hiện qua mô hình hàng đợi nh sau :
Trong ATM không chỉ thực hiện việc kết nối mà còn chấp nhận kết nối các dòng
tế bào và chúng sẽ tạo thành hàng đợi tại phần tử chuyển mạch. Khách hàng tới
hàng đợi để nhận đợc phục vụ; họ sẽ đợi trong hàng đợi nếu dịch vụ này cha sẵn
có. Trong hàng đợi họ mất thời gian đợi và ngay khi đợc phục vụ song nó sẽ rời
23
Khách hàng
rời hệ thống
Hình 2. 8 : Hoạt động mô hình hàng đợi
q, số khách hàng trong hệ thống
w, số khách hàng đang đợi
, độ phục vụ
tw, thời gian đợi t, thời gian phục vụ
Khách hàng đến
Bộ đệm Phục vụ
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
khỏi hệ thống. Thời gian khách hàng ở trong hàng đợi và nguyên tắc sắp xếp u
tiên trong hàng đợi là một yếu tố rất quan trọng làm nên chất lợng dịch vụ.
Trong hệ thống ATM, từ hàng đợi chính là các tế bào, các nhóm hay các kết
nối. Dịch vụ chính là các kênh dịch vụ, dung lợng hệ thống. Tế bào tới hàng
đợi với tốc độ trung bình và sẽ nằm trong bộ đệm nếu nh các kênh dịch vụ cha
có sẵn. Mỗi hệ thống sẽ phải mất một khoảng thời gian s để phục vụ khách hàng
(hay có tốc độ phục vụ khác hàng là
s
1
). Thời gian phục vụ hay tốc độ phục vụ để
nói nên rằng hệ thống không phải là trống. Nếu hệ thống trống khi đó sẽ có một

dòng liên tục tế bào trống truyền đi.
Trong hệ thống ATM, nhiều kênh dịch vụ (đợc gọi là Server) có thể đồng thời
phục vụ khách. Hệ thống đa kênh có thể tơng thích với các tổ chức hàng đợi dạng:
mỗi Server một hàng đợi hoặc có chung một hàng đợi cho tất cả các Server.
Để mô tả một hệ thống xếp hàng ngời ta dùng ký hiệu A/B/X/Y/Z trong đó :
A : phân bố thời gian xuất hiện
B : phân bố thời gian phục vụ
X : số cửa phục vụ
Y : dung lợng hệ thống (kích thớc hàng đợi)
Z : luật xếp hàng
Sau đây chúng ta sẽ nghiên cứu về một số mô hình hàng đợi :
III.1. Hệ thống xếp hàng M/M/1
Hệ thống M/M/1 là hệ thống có một cửa phục vụ với đầu vào là quá trình
Poisson(đó là quá trình mà các sự kiện xảy ra một các ngẫu nhiên trong suốt quá
trình) và thời gian phục vụ là chuỗi Markov (Trong thực tế thì tế bào ATM có kích
thớc không đổi, do vậy thời gian phục vụ cũng không đổi). Trong trờng hợp này,
ta xét hệ thống có kích thớc bộ đệm không hạn chế. Việc quản lý bộ đệm đợc thực
hiện theo nguyên tắc FIFO (First In _ First Out). Ta có thể tính đợc số lợng tế bào
trung bình có trong hệ thống theo công thức :
q =
- 1


Trong đó : q số khách hàng trung bình trong hệ thống
độ phục vụ (0 1)
24
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
§å thÞ sau biÓu diÔn mèi quan hÖ gi÷a q vµ ρ :
Trong ®å thÞ ta thÊy víi ρ n»m tromg kho¶ng 0 ®Õn 1, khi ®ã víi ρ < 0, 8 th× hÖ
thèng tr¸nh ®îc hsµng ®îi cã kÝch thíc lín.

X¸c suÊt ®Ó hÖ thèng cã kÝch thíc x lµ :
Pr[x] = (1-ρ)ρ
x
Thêi gian ®îi trung b×nh cña tÕ bµo trong hµng ®îi lµ :
t
n
=
λµ
−
1
(s)
Trong ®ã : µ lµ tèc ®é phôc vô (Cells/s)
λ lµ tèc ®é ®Õn (Cells/s)
λ = µ .ρ
Thêi gian trung b×nh cña tÕ bµo trong hÖ thèng :
t
q
= t
w
+ s
III.2. HÖ thèng hµng ®îi M/D/1/K
§©y lµ hÖ thèng cã mét cöa phôc vô víi thêi gian phôc vô kh«ng ®æi vµ kÝch th-
íc hµng ®îi h¹n chÕ lµ K. §èi víi hÖ thèng nµy th× :
Sè lîng tÕ bµo trung b×nh trong hÖ thèng lµ :
q = ρ. (g/h)
Víi : g= 1 - (K + 1). ρ
K
+ k. ρ
K+1
h = (1 - ρ

K + 1)
(1 - ρ)
25
50
40
30
20
10
0
0 0, 2 0, 4 0, 6 0, 8 1
H×nh 2.9: Quan hÖ gi÷a sè kh¸ch hµng trong hÖ thèng vµ ®é phôc vô cña hÖ thèng
q(kh¸ch hµng)
ρ
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
Xác suất để hệ thống có kích thớc x là :
Pr[ x ] =
x
(1 - ) / (1-
K + 1
) khi < 1
= 1/(K +1) khi =1
Thời gian đợi trung bình của tế bào trong hàng đợi là :
t
w
= q/[ .(1 Pr[K])
II.3. Hệ thống hàng đợi M/M/c/k
M/M/c/K là hệ thống hàng đợi đa cửa phục vụ ( c cửa) và có kích thớc hàng đợi hạn chế
( K vị trí đợi của bộ đệm). Hệ thống này phức tạp hơn các hệ thống đã đợc xem xét trớc
đó nhng nó cũng đợc xác định tơng tự :
r =

( các tham số trung gian)
s =
. c

=
Đối với hệ thống này các kết quả hàng đợi đợc xác định nh sau :
Xác suất để hệ thống có kích thớc x là :
Pr[ x ] =
.Pr[0].r
n!
1
x

khi 1< x < c và 1< x< K
=
.Pr[0].r
c)(
c
c!
x
x
1/(K +1)
khi c< x< K ( hoặc K< x< c)
Với Pr[0] =
1)c.(Krr
1
c!

c
++
Số lợng tế bào trung bình trong hệ thống là :
q = {Pr[0]
[ c.

]
.c

}.{1 -
(K - c + 1)
- (1-)
( K - c + 1)
.
(K - c)
}/{c!(1-)
2
}
Thời gian đợi trung bình của tế bào trong hàng đợi là :
t
w
= q/[ .(1 Pr[K])
26