đồ án kỹ thuật viễn thông Mô hình mạng đường trục ATM WAN phục vụ cho công tác đào tạo công nghệ Viễn thông đồng thời kết nối các mạng LAN tốc độ cao cho dữ liệu

Công nghệ ATM
Lời mở đầu
Bản khoá luận này trình bày một cách khái quát về công nghệ truyền
dẫn không đồng bộ ATM, cùng những đặc tính cơ bản và sự ưu việt của nó.
Đây là phương thức truyền dẫn có khả năng cung cấp tất cả các loại hình dịch
vụ mới trong tương lai và đã được chọn làm giải pháp cho mạng viễn thông
băng rộng B-ISDN.
Trên cơ sở công nghệ hiện đại đó, đề tài tiếp tục nghiên cứu tìm hiểu cấu trúc
hệ thống mạng đường trục nhằm ứng dụng vào mạng công cộng hoặc vào
mạng riêng dựa trên các sản phẩm ATM có sẵn (như các bộ chuyển mạch
ATM, các bộ định tuyến, các module vạn năng và các Card giao tiếp…).
Cuối cùng xây dựng: Mô hình mạng đường trục ATM WAN phục vụ cho
công tác đào tạo công nghệ Viễn thông đồng thời kết nối các mạng LAN tốc
độ cao cho dữ liệu.
Nội dung cua bản khóa luận này bao gồm :
Chương 1: Tổng quan về công nghệ ATM
Chương 2: Nghiên cứu tìm hiểu cấu trúc hệ thống mạng đường trục
ứng dụng công nghệ ATM.
Chương 3: Xây dựng mô hình mạng đường trục ATM WAN phục vụ
cho công nghệ đào tạo viễn thông.
1
Công nghệ ATM
Chương 1
Tổng quan về công nghệ ATM
1.1. Phương thức truyền tải ATM
1.1.1. Khái niệm về băng thông rộng B-ISDN
Mạng ISDN ra đời đã đáp ứng được nhiều loại hình dịch vụ khác nhau
tạo khả năng tổng hợp nhiều loại hình dịch vụ trên cùng một mạng. Tuy nhiên
mạng này còn nhiều hạn chế về tốc độ truyền tải không thể vượt quá được
2Mbps và nh vậy thì mạng ISDN chưa thể đáp ứng được mọi nhu cầu của
khách hàng.

Một mạng viễn thông thống nhất đáp ứng được tất cả các loại hình dịch
vụ viễn thông và sử lý tin với tốc độ rất khác nhau từ một vài Kbps đến hàng
trục Gbps, thậm chí đến hàng Tbps. Mạng thống nhất đó gọi là mạng số đa
dịch vụ băng thông rộng B-ISDN và chỉ có B-ISDN mới có khả năng cung
cấp các dịch vụ đa phương tiện.
Yêu cầu đối với mạng B-ISDN:
• Mạng B-ISDN phải có khả năng cung cấp mọi loại hình dịch vụ cho
khách hàng với tốc độ bít rất khác nhau từ vài Kbps đến hàng chục
Mbps thậm trí đến hàng trăm Gbps hoặc Tbps.
• Yêu cầu giải tần cao và công nghệ chuyển mạch linh hoạt.
• Mạng B-ISDN phải có khả năng cung cấp hoặc sẵn sàng cung cấp các
dịch vụ mới và khi khách hàng muốn thay đổi dịch vụ cũng như tính
năng của dịch vụ thì các nhà khai thác không phải nạp thêm các phần
mềm mới cho hệ thống chuyển mạch.
1.1.2. Tại sao gọi là ATM
Do những hạn chế của mạng ISDN băng hẹp N-ISDN, một phương
thức truyền dẫn mới gọi là phương thức truyền dẫn không đồng bộ (ATM) đã
2
Công nghệ ATM
được chấp nhận nh chuyển mạch và là phương thức truyền dẫn thông tin cho
việc thực thi mạng B-ISDN. Giống như chuyển mạch gói, ATM là một mô
hình trên cơ sở gói mà trong đó các gói được gọi là các tế bào có kích thước
cố định. Bằng việc ghép kênh thống kê, tài nguyên mạng được sử dụng hiệu
quả hơn trong mạng chuyển mạch kênh.
1.1.3. Sự tiêu chuẩn hoá ATM
Nhóm nghiên cứu 13 ITU-T bắt đầu phát triển tiêu chuẩn cho B-ISDN
từ 1985. Mục đích là phát triển một công nghệ mạng diện rộng dung lượng
lớn cho các dịch vụ băng rộng nêu trên tại tốc độ 150 Mbps và cao hơn. Tuy
nhiên, từ đó công nghệ truyền thông dữ liệu đã giúp mở rộng phạm vi ứng
dụng ATM.

Một vài tổ chức đã đóng góp vào sự tiêu chuẩn hoá ATM, như các tổ
chức là ITU-T, ANSI, ETSI, và diễn đàn ATM.
1.2. Cơ sở về ATM
1.2.1. Giới thiệu
ATM là chữ viết tắt của kiểu truyền dẫn không đồng bộ (Asynchronous
Transfer Mode). Từ không đồng bộ được sử dụng là vì ATM cho phép hoạt
động không đồng bộ giữa phía phát và phía thu: Sù không đồng bộ này có thể
xử lý dÔ dàng bằng việc chèn hay tách các tế bào không phân nhiệm (tế bào
rỗng). Đó là các gói không mang thông tin.
ATM còn 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 (ATM Cell), các tế bào nhỏ cùng 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, ngoài ra kích thước nhỏ cũng tạo điều kiện cho việc hợp kênh ở tốc độ
cao được dễ dàng hơn.
3
Công nghệ ATM
Thứ hai: ATM có khả năng nhóm một vài kênh ảo (Virtual Channel)
thành một đường ảo (Virtual Path), nhằm giúp cho việc định tuyến được dễ
dàng.
1.2.2. Kiến trúc mạng B-ISDN
Mạng B-ISDN được tổ chức hợp lý theo mô hình kiến trúc lớp. Mô
hình này được gọi là mô hình giao thức chuẩn B-ISDN (PRM), mà lần lượt
được tổ chức thành ba mảng:
1. Mảng khách hàng dùng cho việc truyền dẫn thông tin khách
hàng, bao gồm cơ chế điều khiển luồng và khôi phục lỗi.
2. Mảng điều khiển chịu trách nhiệm cho việc kết nối cuộc gọi và
các chức năng điều khiển kết nối.
3. Mảng quản lý chịu trách nhiệm giám sát mạng.
Mô hình giao thức chuẩn thường được miêu tả bằng một sơ đồ 3 chiều để

phản ánh 3 mảng này như trình bày trên hình 1.1.
Hình 1.1 Mô hình giao thức chuẩn B-ISDN và các lớp.
Mảng khách hàng và mảng điều khiển gồm 3 lớp: Lớp tương thích
ATM, Líp ATM, và Lớp Vật lý. Lớp tương thích ATM (AAL) là lớp cao nhất
của ba lớp và lớp vật lý là lớp thấp nhất. Lớp vật lý xác định các đặc tính điện
hoặc các đặc tính quang, và các giao diện mạng, đồng thời đặt các bit lên trên
đường dây. Lớp vật lý được chia nhỏ thành 2 lớp phụ:
4
User User
Packer
Tr¹m ®Çu cuèi ChuyÓn m¹ch Tr¹m ®Çu cuèi
Cells Cells Packer
A
A
L
A
T
M
P
H
Y
P
H
Y
A
T
M
P
H
Y

P
H
Y
A
T
M
A
A
L
Application Application
Công nghệ ATM
Hình 1.2 Luồng gói tin tế bào
1. Lớp phụ đồng quy truyền dẫn (TC), thực hiện các chức năng mà
không phụ thuộc vào môi trường vật lý .
2. Lớp phụ phụ thuộc vào môi trường vật lý (PMD), thực hiện các
chức năng mà phụ thuộc vào môi trường nh thời gian bit và mã
đường, nó là lớp thấp của hai lớp phụ.
Mảng quản lý bao gồm hai loại chức năng: Quản lý lớp và quản lý
mảng.
Về mặt luồng tế bào và gói tin trong mạng, hình 1.2 trình bày cách định
nghĩa các giao diện.
1.2.3 Tiêu đề tế bào ATM
Như đã trình bày trước đây, một tế bào có 48 octet trường thông tin
(Payload) và 5 octet phần tiêu đề, được biểu diễn trên hình 1.3.
Phần tiêu đề được gán bởi lớp ATM và được tạo thành bởi một vài
trường nh trong hình 1.4.
Các trường này là điều khiển luồng chung, nhận dạng đường ảo, nhận
dạng kênh ảo, trường tải thông tin, và ưu tiên mất mát tế bào.
Hình 1.3 Cấu trúc tế bào
GPC (4

bit)
VPI (4 bit) Octet 1
VPI (4 bit) VCI (4bit) Octet 2
VCI ( 8 bit) Octet 3
5
5 Octet 48 Octet
Tiªu ®Ò
Tr êng t¶i th«ng tin
Công nghệ ATM
VCI (4
bit)
PT (3 bit)
CLP
(1
bit)
Octet 4
HEC ( 8 bit) Octet 5
Hình 1.4 Tiêu đề tế bào ATM
Chức năng đặc trưng của các trường này nh sau:
• GFC: Điều khiển luồng chung (4 bit) chỉ áp dụng với giao diện
khách hàng-mạng (UNI) trong cấu hình điểm-điểm và tham gia
điều khiển lưu lượng theo hướng khách hàng về phía mạng. Còn
với giao diện mạng-mạng (NNI), trường này được sử dụng nh
một phần của trường VPI, làm tăng thêm dung lượng điạ chỉ.
• VPI: Nhận dạng đường ảo (8 bit) cho phép tới 2
8
= 256 đường
ảo. Mỗi VP bao gồm các kênh ảo, một đường ảo là một bó các
kênh ảo với cùng VPI nhưng khác VCI.
• VCI: Nhận dạng kênh ảo (16bit) cho phép 2

16
= 65.535 kênh ảo
trong một đường ảo.
• PT: Trường tải thông tin (3bit) cho phép ATM mang tới 8 loại
tải thông tin. Các loại tải tin này được nhận dạng bởi nhận dạng
trường tải thông tin (PTI). Bảng 1.1 chứa các PTI.
Thực chất bit có nhiều ý nghĩa nhất (bit 3) được sử dụng để phân biệt
các tế bào dữ liệu từ các tế bào OAM, nó bằng 0 cho các tế bào dữ liệu và
bằng 1 cho các tế bào OAM. Đối với các tế bào dữ liệu, bit 2 được sử dụng để
chỉ sự tắc nghẽn; nó bằng 0 nếu tắc nghẽn không xảy ra và bằng 1 nếu ngược
lại. Còn bit 1 bằng 0 cho các tế bào khối dữ liệu dịch vụ (SDU) type =0 và
bằng 1 cho các tế bào SDU = 1.
Bảng 1.1 Mã PTI.
Mã PTI
MSB first
Chú thích
6
Công nghệ ATM
000
- Tế bào dữ lliệu người sử dụng, không có tắc
nghẽn, SDU-type = 0 ( nghĩa là bắt đầu hoặc tiếp
tục thông tin của SAR-SDU trong AAL5)
001
- Tế bào dữ liệu người sử dụng, không có tắc
nghẽn, SDU-type = 1 (kết thúc của SAR-SDU
trong AAL5)
010
- Tế bào dữ liệu người sử dụng, có tắc nghẽn,
SDU-type = 0
011

- Tế bào dữ liệu người sử dụng, có tắc nghẽn,
SDU-type = 1
100 - OAF5 tế bào kết hợp đoạn
101 - OAF5 tế bào kết hợp đầu cuối - đầu cuối
110
- Tế bào quản lý nguồn tài nguyên (RM) (sử
dụng trong quản lý lưu lượng)
111 - Dành cho các chức năng trong tương lai
• CLP: Ưu tiên mất mát tế bào (bit 1) được sử dụng để quyết định
loại bỏ các tế bào thích hợp khi mạng tắc nghẽn. Nếu CPL = 1,
các tế bào có thể bị loại bỏ, ngược lại CPL = 0 tế bào có thể được
giữ nguyên.
GFC (4 bit) VPI (4 bit) Octet 1
VPI (4 bit) VCI (4 bit) Octet 2
VCI (8 bit) Octet 3
VCI (4 bit) PT (3 bit) CLP
(1 bit)
Octet 4
HEC (8 bit) Octet 5
(a)Mào đầu tế bào UNI
GFC
(4
bit)
VP
I
(8
bit)
VCI
(16
bit)

PTI
(3
bit)
CLP
(1
bit)
HEC
(8
bit)
Trường tải
tin
(48 byte)
(b) Tế bào UNI
Hình 1.5 Mào đầu tế bào và tế bào ATM UNI
7
Công nghệ ATM
• HEC: Điều khiển lỗi tiêu đề (8 bit) được sử dụng để sửa chữa lỗi
trên các bit khác trong tiêu đề. HEC cho phép chuyển mạch
ATM phát hiện các lỗi bị nhiều lỗi bit và sửa các lỗi bị một lỗi
bit.
Một tế bào giao diện khách hàng-mạng (UNI) có cấu trúc nh trên hình
1.5. Kết quả là, các tế bào thuộc cùng kênh ảo có VPI và VCI giống nhau.
Điều này có nghĩa là từ một điểm mạng của tổng thể, lớp ATM khi đó có thể
được nhận biết nh là được chia thành hai mức phân cấp: mức kênh ảo (mức
cao) và mức đường ảo (mức thấp). Hình 1.6 minh hoạ lớp ATM.
Líp ATM
Mức kênh ảo
Mức đường ảo
Lớp vật lý
Hình 1.6 Phân cấp lớp ATM

VPI (8bit) Octet 1
VPI (4 bit) VCI (4 bit) Octet 2
VCI (8 bit) Octet 3
VCI (4 bit)
PT (3
bit)
CLP
(1 bit)
Octet 4
HEC (8 bit) Octet 5
(a) Mào đầu tế bào NNI
VPI
(12 bit)
VCI
(16 bit)
PTI
(3 bit)
CLP
(1 bit)
HEC
(8 bit)
Trường tải
tin
(48 byte)
(b) Tế bào NNI
Hình 1.7 Mào đầu tế bào và tế bào ATM NNI
Trường GFC không được sử dụng trong các tế bào NNI. Tuy nhiên nó
được sử dụng nh là một phần của trường VPI cho các tế bào NNI, cho ta tổng
số 12 bit trường VPI (hay 2
12

= 4096 VPI). Tế bào NNI có cấu trúc nh trên
8
Cụng ngh ATM
hỡnh 1.7. iu ny lm cho s ng o cú th c nh ngha ti mc NNI
tng t 256 (khi ch cú 8 bit c s dng: 2
8
= 256) ti 4096. Do ú lm tng
s ng o lờn gp 15 ln m mt nh cung cp dch v cú th ch nh ti
mi chuyn mch ATM.
1.2.4. Phõn loi t bo
Trong mng ATM s dng 5 t bo, c th hin nh trong Hỡnh 1.8.
Hỡnh 1.8 phõn loi t bo ATM
Chc nng ca cỏc loi t bo nh sau:
T bo rng: l t bo c lp vt lý xen vo/tỏch ra lung t
bo ti ranh gii gia lp ATM v lp vt lý cú tc phự hp
vi tc ng truyn.
T bo hp l: l t bo cú mo u khụng cú li b phỏt hin
hoc cú li n ó c sa bi chu trỡnh sa li HEC.
T bo khụng hp l: l t bo cú nhiu li v khụng th sa
c (b loi b ti lp vt lý). T bo rng, t bo hp l v t
bo khụng hp l ch tn ti lp vt lý.
9
Tb bị loại bỏ
Tb đ ợc gán Tb đ ợc gán
Tb không gán Tb không gán
Tb hợp lệ
Tb không hợp lệ
Tb rỗng
SAP: Điểm giao tiếp dịch vụ
Tb: Tế bào

SAP
Lớp ATM
Lớp vật lý
Tb rỗng
Công nghệ ATM
• Tế bào “được gán”: là tế bào mang các thông tin dịch vụ, sử
dụng các dịch vụ lớp ATM.
• Tế bào “không gán”: là tế bào “không được sử dụng”, không
mang thông tin dịch vụ. Tế bào “được gán” và tế bào “không
gán” là các tế bào lớp ATM.
1.3. Líp ATM
1.3.1. Giới thiệu
Một mạng ATM bao gồm một tổ hợp các chuyển mạch ATM được liên
kết bởi các kết nối ATM điểm-điểm. Các chuyển mạch hỗ trợ hai loại giao
diện: giao diện khách hàng-mạng (UNI) và giao diện mạng-mạng (NNI). UNI
kết nối một hệ thống đầu cuối với chuyển mạch và NNI kết nối hai chuyển
mạch ATM thuộc hai hệ thống mạng khác nhau.
Hình 1.9 Đường ảo và kênh ảo
Từ mạng ATM là mạng có hướng kết nối, một mạch ảo phải được thiết
lập trước khi dữ liệu có thể truyền từ nguồn tới đích. Như đã thảo luận trước
đây, ATM sử dụng khái niệm kênh ảo (VC) và đường ảo (VP) để thực hiện
định tuyến trong mạng. Một VC, được xác định bởi một nhận dạng kênh ảo
(VCI), được kết nối giữa hai thực thể liên lạc ATM. Nã bao gồm một ghép
nối của một hay nhiều liên kết ATM. Mỗi VC cung cấp một chất lượng dịch
vụ nhất định. Một VP, được xác định bởi một nhận dạng đường ảo (VPI), nó
là một nhóm nhiều kênh ảo giữa hai điểm đầu cuối. VPI và VCI chỉ có ý
nghĩa cục bộ và thường được xác định lại tại mỗi chuyển mạch. Hình 1.9 trình
bày sự tương quan một liên kết vật lý giữa các VP và VC.
10
Công nghệ ATM

• Kênh ảo cố định (PVC): Đây là một kết nối được thiết lập bởi
một toán tử mạng mà thích hợp với các giá trị VPI/VCI được
chương trình hoá cho một nguồn và đích đã cho. Vì vậy, PVC
được thiết kế thông qua sự chuẩn bị và phải mất một thời gian
dài.
• Kênh ảo chuyển mạch (SVC): Mét SVC được thiết lập một cách
tự động qua mét giao thức báo hiệu và chỉ mất một khoảng thời
gian ngắn.
Một vài cặp VPI/VCI được dành riêng cho các chức năng đặc biệt là:
• (VPI, VCI) = (0,5): Dành cho báo hiệu.
• (VPI, VCI) = (0,16): Dành cho giao diện quản lý vùng tích hợp.
• (VPI, VCI) = (0,17): Phục vụ mô phỏng cấu hình mạng LAN.
• (VPI, VCI) = (0,18): Giao diện mạng-mạng cá nhân.
• (VPI, VCI) = (0,19) và (0,20): Dành riêng nhưng chưa được sử
dụng.
1.3.2. Chuyển mạch đường ảo và kênh ảo
Một mạng ATM cũng có thể cung cấp một dịch vụ mức đường ảo hoặc
một dịch vụ mức kênh ảo hoặc cả hai. Trong một mạng mà cung cấp dịch vụ
mức đường ảo, khi chuyển mạch nhận một tế bào với nhận dạng đường ảo và
nhận dạng kênh ảo cho trước, nó tạo ra một bảng tra cứu để xác định giá trị
nhận dạng đường ảo nào thì được thay đổi và hướng chuyển mạch hoặc hệ
thống đầu cuối tiếp theo. Giá trị nhận dạng kênh ảo nào thì không được đặt
lại. Loại chuyển mạch này gọi là chuyển mạch đường ảo (VP Switching).
11
Công nghệ ATM
Hình 1.10a Ví dụ về chuyển mạch đường ảo
Hình 1.10b Ví dụ về chuyển mạch kênh ảo
Tương tù, trong mạng nhà cung cấp một dịch vụ mức kênh ảo, khi
chuyển mạch nhận diện một tế bào với một nhận dạng đường ảo và nhận dạng
kênh ảo cho trước, nó sẽ gán các giá trị nhận dạng đường ảo và kênh ảo mới

cho tế bào trước khi đưa nó tới chuyển mạch hoặc hệ thống đầu cuối tiếp
theo. Loại chuyển mạch này gọi là chuyển mạch kênh ảo (VC Switch).
Hình 1.10a và hình 1.10b mô tả các khái niệm về đường ảo và kênh ảo.
1.3.3. Tóm tắt
Phần này miêu tả hai mức phân cấp ghép kênh được định nghĩa cho
mạng ATM: đường ảo (VP) và kênh ảo (VC). Một liên kết vật lý có thể hỗ trợ
một vài đường ảo, và mỗi VP có một nhận dạng đường ảo (VPI). Tương tự,
một đường ảo thực chất là một bó các kênh ảo, và mỗi VC có một nhận dạng
kênh ảo (VCI). Tại mỗi chuyển mạch, VPI sẽ được thông dịch thành một VPI
mới. Trong một số chuyển mạch các VCI trong mỗi VP được giữ nguyên
trong suốt thời gian xử lý bản dịch VPI.
12
Công nghệ ATM
1.4. Lớp tương thích ATM
1.4.1. Giới thiệu
Lớp tương thích ATM (AAL) làm cho mạng ATM có thể mang được
nhiều kiểu lưu lượng. Nó chia các gói tin của người sử dụng thành trường tải
tin 48 byte mà được gửi tới lớp ATM. Sau đó cộng thêm 5 byte tiêu đề để mỗi
trường tải tin tạo thành các tế bào 53 byte.
1.4.2 Quá trình tương thích
AAL gồm 2 lớp phụ: Lớp phụ hội tụ (CS) và lớp phụ chia đoạn và tổ hợp lại
(SAR). Hình 1.11 là tóm tắt của quá trình này
13
AAL-SDU
CS
PhÇn ®Çu
SAR-PDU
KÕt cuèi
SAR-PDU
ATM-SDU

SAR
Líp AAL
Líp ATM
KÕt cuèi
TÕ bµo
ATM-PDU = TÕ bµo
Th«ng tin tr êng tÕ bµo
Ph©n ®o¹n
CS-PDU
KÕt cuèi
CS-PDU
Gi÷a CS vµ SAR kh«ng cã SAP
AALSAP
CS-PDU
Th«ng tin
CS-PDU
PhÇn ®Çu
CS-PDU
SAR
ATM-
SAP
SAR-PDU
Th«ng tin
SAR-PDU
Më ®Çu
TÕ bµo
PL-SAP
Công nghệ ATM
SAR sau đó nối một tiêu đề và (hoặc) kết cuối cho mỗi SAR-SDU để tạo
thành một SAR-PDU mà nó được gửi tới lớp ATM. Tại đích, SAR chịu trách

nhiệm tổ hợp lại tất cả SAR-PDU thuộc cùng CS-PDU và đưa CS-PDU được
tổ hợp tới lớp phụ hội tụ. Chi tiết quá trình AAL cho một kiểu lưu lượng được
trình bày trên hình 1.12.
1.4.3 Quá trình tương thích cho các loại AAL khác nhau
Việc sử lý lớp tương thích ATM thì khác nhau cho mỗi loại lớp AAL.
Phần này sẽ trình bày quá trình AAL cho các loại AAL khác nhau.
1.4.3.1 AAL loại 1
Các dịch vụ có tốc độ bit cố định (CBR) sử dụng AAL loại 1. Như đã nói
trước đây các dịch vụ CBR điều khiển lưu lượng thời gian thực nên đòi hỏi về
trễ truyền dẫn tế bào và sự biến thiên của trễ rất chặt chẽ.
Có hai Mode truyền dẫn cho AAL loại 1: Truyền dẫn dữ liệu không có
cấu trúc và truyền dẫn dữ liệu có cấu trúc.
Hình 1.13 trình bày quá trình AAL cho hướng truyền dẫn dữ liệu không
có cấu trúc. Trong trường hợp này lớp phụ hội tụ không cộng thêm phần tiêu
đề hay phần kết cuối cho dữ liệu người sử dụng nhận được từ các lớp cao hơn.
Nó chia dữ liệu người sử dụng thành các khối 47 byte mà nó đưa tới lớp phụ
chia đoạn và tổ hợp lại. Cuối cùng nối thêm 1 byte tiêu đề để hình thành
khuôn dạng 48 byte và đưa xuống lớp ATM. Tại nơi nhận, lớp phụ SAR nhận
48 byte từ lớp ATM và đưa 47 byte của trường tải thông tin tới lớp phụ hội tụ.
Trong một vài ứng dụng mà sử dụng mode truyền dẫn dữ liệu có cấu
trúc, 1 byte trong sè 47 byte từ lớp phụ hội tụ được sử dụng như là một con
trỏ dùng để mô tả danh giới cấu trúc. Còn lại 46 byte là dữ liệu người sử
14
Công nghệ ATM
dụng. Con trỏ biểu thị khoảng trống được đo bằng byte, của trường con trỏ và
bắt đầu của khối cấu trúc bao gồm 46 byte còn lại của PDU này và 47 byte
PDU tiếp theo.
Hình 1.13 quá trình sử lý tương thích cho AAL loại 1
Phần tiêu đề được nối bởi SAR chứa các trường sau:
• Một trường số thứ tự (SN) 4 bit sử dụng để tìm các tế bào bị mất hoặc

tế bào bị lỗi. Một trường bảo vệ số thứ tự (SNP) 4 bit sử dụng để phục
vụ việc phát hiện lỗi và có khả năng sửa lỗi cho trường SN. Nã bao
gồm 2 trường phụ: 3 bit trường kiểm tra lỗi (CRC) và 1 bit chẵn lẻ.
Điều này cho phép nó sửa tất cả các lỗi bit đơn và phát hiện 2 bit lỗi.
SN SNP
CSI
(1 bit)
Đếm thứ tự
(3 bit)
CRC
(3 bit)
Chẵn
lẻ
(1 bit)
Hình 1.14 Tiêu đề SAR PDU
Cấu trúc của tiêu đề SAR PDU được miêu tả trên hình 1.14. Hình 1.15
là một ví dụ về sự chia đoạn trong mode truyền dẫn dữ liệu có cấu trúc và sự
tổ hợp PDU và một SAR PDU của mode truyền dẫn dữ liệu không có cấu
trúc.
15
C¸c líp cao
Líp phô héi tô
47 byte
CS-PDU
47 byte
SN
(4 bit)
SNP
(4 bit)
T¶i tin

(47 byte)
Líp phô chia ®o¹n vµ
tæ hîp
Líp ATM
Tr êng t¶i th«ng tin
(48 byte)
Tiªu ®Ò
(5 byte)
SAR PDU
TÕ bµo ATM
Dßng bit d÷ liÖu kh¸ch hµng
Công nghệ ATM
1.4.3.2 AAL loại 2
Hiện nay không có tiêu chuẩn nào được định nghĩa cho AAL loại này.
Nó hỗ trợ các dịch vụ VBR hướng liên kết với sự tương quan thời gian giữa
nguồn và đích. Sự khôi phục thời gian trong hệ thống VBR là một quá trình
phức tạp. Đây là một trong những lý do tại sao mà các dịch vụ hướng kết nối
sử dụng hầu hết AAL loại 1.
1.4.3.3 AAL loại 3/4
Trong AAL loại này lớp phụ hội tụ lại được chia thành 2 phần: Phần lớp
phụ hội tụ chung (CPCS) và lớp phụ hội tụ đặc trưng dịch vụ (SSCS). SSCS
có thể không có hoặc có nhiều giao thức được định nghĩa, phụ thuộc vào dịch
vụ. SPCS quy định một phương thức truyền tải không đảm bảo của các khung
có độ dài thay đổi lên tới 65.635 byte. Các chức năng của CPCS cần 4 byte
tiêu đề và 4 byte kết cuối. Có tới 3 byte đệm có thể được thêm vào làm cho
CPCS trở thành bội số của 4 byte. CPCS-PDU được chia thành 1 hay nhiều
đoạn có kích thước 44 byte, mỗi một đoạn này có 2 byte tiêu đề và 2 byte kết
cuối được cộng vào để nó tạo thành trường tải tin 48 byte mà sẽ được gửi tới
lớp ATM. Quá trình AAL được trình bày trên hình 1.16.
Các trường trong tiêu đề và kết cuối của CPCS-PDU là:

• CPI (Phần nhận dạng chung): Sử dụng để chỉ ra các khối đếm sử dụng
trong trường Basize và trường độ dài của CPCS-PDU. Hiện nay, chỉ có
CPI = 0 là được định nghĩa.
• Btag (Thẻ bắt đầu): Người gửi đặt cùng giá trị cho Btag và Etag; nếu
Btag khác Etag, thì quá trình đã bị lỗi.
• Basize (Kích thước cấp cho bộ đệm): Chỉ ra bộ đệm lớn nhất cần để
nhận TDU (>= dữ liệu người sử dụng trong trường thông tin).
• PAD: 0-3 byte đệm được sử dụng để làm cho toàn bộ CPCS-PDU trở
thành bội số của 4 byte.
• AL (Sắp hàng): Một byte bằng 0 làm cho kết nối được sắp hàng với 4
byte.
16
Công nghệ ATM
• Etag (Thẻ kết thúc): Có cùng giá trị nh Btag; chỉ ra lỗi nếu Etag khác
Btag.
• Length: Chỉ số byte trong trường tải tin CPCS.
Hình 1.16 Quá trình xử lý tương thích cho AAL loại 3/4
Các trường kết cuối và tiêu đề PDU của lớp phụ chia đoạn và tổ hợp
được trình bày dưới đây.
• ST (Kiểu chia đoạn): Sử dụng để chỉ nếu PDU là bắt đầu bản tin
(BOM), tiếp tục của bản tin (COM), kết thúc của bản tin (EOM), hoặc
đoạn bản tin đơn (SSM).
- ST=10: BOM
- ST=00: COM
- ST=01: EOM
- ST=11: SSM
• SN (Số thứ tự): Miêu tả số thứ tự theo modun-16 của mỗi SAR-PDU
thuộc cùng CPCS-PDU.
• MID (Nhận dạng ghép kênh): Nhận dạng CPCS PDU khi các SAR
PDU từ các CPCS PDU khác nhau được ghép kênh với nhau. Giá trị

17
D÷ liÖu kh¸ch hµng
0-65535 byte
C¸c líp cao
Líp phô
CPCS
SAR - PDU
Líp ATM
CS-PDU
CPI
1 byte
Btag
1 byte
Basize
2 byte
Th«ng tin
0-65535 byte
PAD
0-3 byte
AL
1 byte
Etag
1 byte
Length
2 byte
ST
2 bit
SN
4 bit
MID

10 bit
T¶i tin
44 byte
LI
6 bit
CRC
10 bit
Tiªu ®Ò
5 byte
Tr êng th«ng tin
48 byte
Công nghệ ATM
của MID thì giống nhau cho tất cả các SAR PDU thuộc cùng một
CPCS PDU.
• LI (Chỉ thị độ dài): Độ dài của dữ liệu người dùng trong trường thông
tin (tính theo byte).
• CRC (Kiểm tra lỗi vòng): Sử dụng để phát hiện và sửa lỗi.
1.4.3.4. AAL loại 5
Đây là một phiên bản đơn giản hơn AAL 3/4. Không giống như AAL
3/4, nó không hỗ trợ cho việc ghép kênh của dữ liệu từ nhiều ứng dụng lớp
cao hơn; kết quả là, nó không có trường MID. Nã cho phép các khung có độ
dài thay đổi (Có thể lên tới 65.535 byte) cùng với sự phát hiện lỗi lớp phụ hội
tụ cộng thêm 8 byte kết cuối cho dữ liệu người sử dụng. Có tới 47 byte đệm
có thể được cộng vào cho phép PDU trở thành bội số của 48 byte trong
trường thông tin ATM.
Trường kết cuối của lớp hội tụ chung bao gồm:
• PAD: 0-47 byte sử dụng để làm cho CPCS PDU thành bội số của 48
byte.
• UU (Chỉ số người dùng-người dùng): Sử dụng để sắp hàng kết cuối với
64 bit.

• Length: Sử dụng để chỉ số byte của dữ liệu người sử dụng trong trường
tải tin CPCS.
• CRC (Kiểm tra lỗi vòng): Sử dụng để phát hiện lỗi trong PDU.
1.4.4 Tóm tắt
Lớp tương thích ATM (AAL) phụ thuộc vào kiểu mảng. AAL cho
mảng người sử dụng lại được chia nhỏ thành 2 lớp phụ: lớp phụ hội tụ (CS)
và lớp phụ chia đoạn và tổ hợp lại SAR. CS chịu trách nhiệm tạo các gói tin
có độ dài cố định từ thông tin người sử dụng và đưa xuống SAR, nơi chịu
18
Công nghệ ATM
trách nhiệm tạo ra trường tải tin 48 byte của một tế bào. Hoạt động thực hiện
bởi CS phụ thuộc vào loại AAL. Với AAL 1 nã chia dữ liệu người sử dụng
thành các khối 47 byte và được đưa tới lớp phụ SAR nơi mà một byte tiêu đề
được cộng vào mỗi khối để tạo thành tải tin. Đối với AAL 3/4 nó cộng cả
tiêu đề và kết cuối. Có tới 3 byte đệm được cộng vào trước khi đưa PDU tới
lớp phụ SAR nơi mà PDU được chia thành các khối 44 byte. Hai byte tiêu đề
và 2 byte kết cuối được cộng vào để hình thành tải tin. Còn với AAL 5, 8 byte
kết cuối được cộng vào dữ liệu người sử dụng tại lớp phụ CS và có tới 47
byte đệm có thể được cộng vào để làm cho PDU là bội số của 48 byte. PDU
sau đó được chia thành 48 byte mà cấu thành thẻ tin. Các giao thức của lớp
cao hơn bao gồm TCP/IP. Mảng quản lý AAL cũng tương tự nh mảng người
sử dụng, trừ các giao thức lớp cao trong mảng quản lý là SNMP và CMIP.
AAL trong mảng điều khiển gọi là báo hiệu AAL. Nã bao gồm 3 lớp:
Chức năng phối hợp đặc trưng dịch vụ (SSCF), đây là lớp cao nhất, giao thức
liên kết đặc trưng dịch vụ (SSCOP), và phần AAL chung (CPAAL) là lớp
thấp nhất. Giao thức lớp cao hơn là giao thức Q.2931.
1.5 Chuyển mạch ATM
Chuyển mạch ATM thực hiện chức năng chuyển mạch các VPI, VCC
và dựa trên nguyên lý chung được mô tả trong hình 5.1 và 5.2. Chuyển mạch
ATM mang hai đặc tính: chuyển mạch gói do tính chất từng tế bào ATM

được chuyển tải trong mạng một cách riêng biệt; và chuyển mạch có kết nối
do các kết nối giữa hai đầu cuối phải được thiết lập trước khi chuyển tải tế
bào. Khi đó các nút chuyển mạch ATM sẽ chuyển tải các tế bào từ các tuyến
nối đến tới các tuyến nối đi trên cơ sở các thông tin định tuyến nằm trong
phần mào đầu tế bào và các thông tin lưu giữ ở từng nút chuyển mạch trong
giai đoạn thiết lập kết nối. Quá trình thiết lập kết nối tại từng nút chuyển
mạch thực hiện 2 chức năng sau:
19
Công nghệ ATM
(1) Đối với từng kết nối, xác nhận giá trị nhận dạng kết nối (VCI) của
tuyến nối đến, nhận dạng tuyến nối và tạo giá trị VCI của tuyến nối đi.
(2) Thiết lập bảng định tuyến tại từng nút chuyển mạch để xác định mối
quan hệ giữa các tuyến nối đến và tuyến nối đi của từng kết nối.
VPI và VCI là thông tin nhận dạng kết nối trong các tế bào ATM. Để
có thể xác định chính xác từng kết nối, mỗi VP trong từng chặng đường
chuyền có một giá trị VPI riêng và mỗi VC trong từng VP có một giá trị VCI
riêng. Bước đầu tiên để thiết lập kết nối giữa các đầu cuối là xác định đường
nối giữa thiết bị nguồn và thiết bị đích. Quá trình này kết thúc với kết quả là
xác định được chuỗi các chặng đường dùng trong kết nối và các giá trị nhận
dạng của chúng. Để minh hoạ cho quá trình này ta hãy xem xét ví dụ gồm 3
nút chuyển mạch có ký hiệu là (i-1), (i) và (i+1).
Giá trị điều khiển của bảng định tuyến của nút chuyển mạch (i) được
thiết lập nh sau. Nót (i-1) gửi các thông tin về tuyến nối đến và tuyến nối đi
tới nút (i). Nót (i) gán giá trị VCI cho kết nối và khởi tạo giá trị VCI của
tuyến nối đi. Sau đó nút (i) gửi đi hai bản tin: Một bản tin cho nót (i-1) để xác
nhận giá trị VCI dùng cho tuyến nối đến (mà tương ứng với tuyến nối đi của
nút (i-1)), một bản tin cho nót (i+1) bao gồm thông tin về tuyến nối đến và
tuyến nối đi của nút (i+1). Nót (i+1) sẽ gửi lại nút (i) các thông tin dùng để
thiết lập VCI của tuyến nối đi (và là một giá trị của bảng định tuyến). Các tế
bào sẽ được truyền tải khi tất cả các bảng định tuyến thuộc đường nối được

xác lập. Tại các nút chuyển mạch, giá trị VCI cùng với tuyến nối đến sẽ được
sử dụng để xác định tuyến nối đi và giá trị VCI mới của từng tế bào đến.
20
F A B
C B A
D÷ liÖu Mµo ®Çu
Z M Z
D÷ liÖu
B¶ng th«ng
dÞch / ®Þnh
chuyÓn
O1
O2
O8
I1
I2
I8
Mµo ®Çu vµo Mµo ®Çu ra
X X G
W G G
Công nghệ ATM
Hình 1.17 Nguyên lý chuyển mạch ATM
Đối với chuyển mạch VP/VC, quy trình xảy ra cũng tương tự như
trong chuyển mạch VC. Sự khác nhau chủ yếu liên quan đến số lượng các
bảng định tuyến dùng cho một kết nối. Đặc biệt, không có sự phân biệt giữa
chuyển mạch VP và VC nếu nh VP được xác định cho một chặng truyền dẫn,
tương tự nh vậy, VP được xác định qua nhiều chặng truyền dẫn. Ngoài ra với
các VP dạng kết nối bán cố định, các bảng đinh tuyến đối với từng VP sẽ do
các chức năng quản lý mạng thiết lập, trong đó thực hiện “chuyển đổi” giá trị
VPI của tuyến nối đến thành VPI của tuyến nối đi. Do vậy, không có sự trao

đổi thông tin giữa hai nút kế tiếp cùng nằm trong mét VP. Những nút cần có
sự trao đổi thông tin là hai nút nằm ở hai đầu của VP, nút đầu và nút cuối. Nh
vậy, thủ tục thiết lập kết nối cũng tương tự nh trong chuyển mạch VC do từng
VP được xử lý nh là với một chặng truyền dẫn.
Trong cả hai trường hợp, nút chuyển mạch đọc các giá trị nhận dạng ở
mào đầu tế bào và thực hiện xử lý đối với bảng định tuyến để xác định tuyến
nối đi và giá trị nhận dạng kết nối; nhận dạng kết nối sẽ được thay thế bằng
các giá trị mới và tế bào được chuyển mạch từ tuyến nối đến ra tuyến nối đi.
Tuyến nối
đến
Mào
đầu
Tuyến nối
đi
Mào
đầu
I1
A
B
C
O1
O2
O8
X
Z
W
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
I8
A
B
F
O1
O8
O2
G
W
M
21
Công nghệ ATM
Hình 1.18 Nguyên lý bảng thông dịch mào đầu/định tuyến
Trong ví dụ hình 1.18, tế bào mào đầu A trong vào cổng vào I1 sẽ được
chuyển mạch sang tuyến nối đi 01 với mào đầu là X. Tế bào mào đầu B trong
vào cổng vào I1 sẽ được chuyển mạch sang tuyến nối đi O8 với mào đầu là Z,
và tương tự như vậy đối với các tế bào khác. Có thể nhận thấy rằng, tuyến nối
đi O1 có các tế bào khi đi vào phần tử chuyển mạch đều có giá trị VPI/VCI

với giá trị A. Do cả 2 tế bào có mào đầu giá trị A được chuyển tới qua các
cổng vào khác nhau, và VPI/VCI chỉ có tính chất cục bộ nên đây không phải
là một vấn đề.
1.5.1 Chuyển mạch có phương tiện dùng chung
Trong loại cấu trúc này, các tế bào đến đựơc ghép lại trong một môi
trường chung là Bus hoặc Ring (hình 1.19) tốc độ của môi trường chung
thường lớn hơn hoặc bằng giá trị tổng của tốc độ các luồng tín hiệu đến. Cấu
trúc này chỉ cần 1 bé FIFO có dung lượng nhỏ đủ để lưu dữ một số lượng Ýt
các tế bào trước khi chóng truy nhập vào môi trường chung. Tranh chấp đầu
ra không xảy ra đối với cấu trúc này vì không xảy ra trường hợp hai tế bào
cùng đến đầu ra trong cùng một thời điểm. Tuy nhiên, tốc độ tế bào đến ở một
số tuyến nối đi có thể vượt quá băng tần của tuyến nối trong một số thời điểm,
và do vậy cần phải sử dụng các bộ nhớ đầu ra để lưu giữ tế bào.
S/P: Bộ chuyển đổi nối tiếp-song song
P/S: Bộ chuyển đổi song song-nối tiếp
22
S/P AF FIFO P/S
S/P AF FIFO P/S
S/P AF FIFO P/S
Bus chung Bé nhí cæng ra
Công nghệ ATM
AF: Bộ lọc theo địa chỉ
FIFO: Bộ đệm vào trước-ra trước
Hình 1.19 Nguyên lý chuyển mạch Bus chung
Mỗi cổng ra được gán với một địa chỉ cố định. Khi tuyến nối đi của
một tế bào đến được xác định, địa chỉ cổng ra sẽ được gắn với mỗi tế bào
trước khi chúng được gửi đến môi trường chung. Địa chỉ này được giải mã tại
từng giao diện cổng ra và được lọc theo địa chỉ để xác định tế bào có được
gửi tới cổng ra hay không. Các tế bào đã được đánh địa chỉ cho từng cổng ra
để sao chép lại tại bộ nhớ đầu ra và gửi tới tuyến đi.

Ví dụ của loại cấu trúc này là các hệ thống chuyển mạch ATOM của
NEC (Nhật bản), PARIS của IBM (Mỹ).
1.5.2 Chuyển mạch có bộ nhớ chung
Chuyển mạch có bộ nhớ chung bao gồm một khối nhớ cổng kép dùng
chung cho tất cả các cổng vào và cổng ra (Hình 1.20). Các tế bào đến được
ghép vào một luồng tín hiệu duy nhất và được viết vào một bộ nhớ chung. Bộ
nhớ được cấu trúc thành các hàng logic, mỗi hàng tương ứng với một cổng ra.
Tế bào tại các hàng ra cũng được ghép lại thành một luồng tế bào chung, được
đọc, tách kênh và sau đó được gửi tới các tuyến đi. Nhược điểm của cấu trúc
này là hạn chế về thời gian truy nhập bộ nhớ đối với cả lưu lượng đến và lưu
lượng đi.
Bộ nhớ có thể được tổ chức theo hai phương pháp: Hoàn toàn dùng
chung hoặc hoàn toàn chia tách.
Hình 1.20 Nguyên lý chuyển mạch có bộ nhớ chung
23
ram
§iÒu khiÓn
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
1
N
GhÐp luång
Bé nhí chung
T¸ch luång
DEMUX
MUX
Công nghệ ATM
Hiện tại chuyển mạch có bộ nhớ chung là cấu trúc được áp dụng tương
đối rộng rãi do các ưu điểm trong việc áp dụng kỹ thuật nhân phiên bản và do
những tiến bộ trong công nghệ bộ nhớ dẫn tới khả năng dễ dàng giải quyết
các hạn chế về tốc độ truy cập bộ nhớ.
Cấu trúc chuyển mạch có bộ nhớ chung được áp dụng trong hệ thống
chuyển mạch Prelude của CNET, và hệ thống chuyển mạch HITACHI [1.5].
1.5.3. Chuyển mạch phân chia không gian
Trong chuyển mạch phân chia không gian, tế bào tổng hợp từ các cổng
vào khác nhau có thể được truyền tải đồng thời đến các tuyến nối. Việc truyền
tải mỗi tế bào đòi hỏi sự thiết lập đường truyền vật lý riêng trong phần tử
chuyển mạch để nối tuyến nối đến và tuyến nối đi. Các phần tử chuyển mạch
này cũng yêu cầu có sự phân chia điều khiển bên trong phần tử, do vậy làm
giảm độ phức tạp trong thiết kế. Chuyển mạch phân chia không gian được tổ
chức giống nh chuyển mạch ngang dọc.
Khối chuyển mạch cơ bản trong cấu trúc chuyển mạch phân chia không
gian là điểm nối chéo mà hoạt động theo sự điều khiển của khối điều khiển.
Mỗi điểm nối chéo bao gồm hai đầu vào và hai đầu ra, và cho phép hai đường
nối hoạt động đồng thời (xem hình 1.21).
Hình 1.21 Điểm nối chéo và hình thức đấu nối
Tranh chấp đầu ra trong một điểm nối chéo xảy ra khi hai đầu vào yêu
cầu cùng kết nối với cùng một đầu ra. Trong trường hợp này, chỉ một đầu vào

24
§Çu ra
§Çu ra
§Çu vµo
§Çu vµo
§Êu chÐo
§Êu th¼ng
Công nghệ ATM
được kết nối, còn tế bào của đầu vào còn lại sẽ bị loại bỏ hoặc được lưu trữ
trong bộ nhớ cho đến khi đầu ra không bị chiếm giữ.
Khi sử dụng bộ nhớ chúng ta có thể được đặt tại cổng vào hoặc bên
trong bộ nối chéo. Trong cả hai trường hợp, do kích thước bộ nhớ chỉ có giới
hạn nên việc sử dụng bộ nhớ cũng không thể giải quyết hết vấn đề tranh chấp
đầu ra. Ngoài ra, có thể xảy ra trường hợp đầy bộ nhớ gây ra việc loại bỏ tế
bào do không còn khả năng lưu giữ các tế bào đến sau.
Hình 1.22 Miêu tả một cấu trúc chuyển mạch ngang dọc 8x8, trong đó
mỗi một ô vuông tương ứng với một điểm nối chéo. Thông thường một
chuyển mạch ngang dọc NxN sử dụng N
2
điểm nối chéo. Kết nối giữa cổng
vào i và cổng ra j được thực hiện thông qua điểm nối chéo (i,j) trong ma trận
NxN. Nếu như tế bào của một cổng vào muốn gửi đến các cổng ra khác nhau,
chuyển mạch ngang dọc cho phép thực hiện đồng thời N kết nối và do vậy, có
thể cùng một lúc thực hiện phân chia N tế bào. Như vậy, đây là cấu trúc
chuyển mạch tiếp thông hoàn toàn. Nhược điểm chính của cấu trúc này là độ
phức tạp của hệ thống tăng theo tỷ lệ N
2
, ngoài ra, do phải thiết lập đường nối
duy nhất giữa cổng vào và cổng ra nên lỗi ở điểm nối chéo sẽ dẫn đến việc
mất kết nối giữa hai cổng này.

Các phần tử chuyển mạch sẽ được đấu ghép lại và tổ chức thành các
khối chuyển mạch trong một tổng đài. Một phương pháp tổ chức khối chuyển
mạch thường dùng là chuyển mạch dựa trên phân bố theo ma trận hay còn gọi
là chuyển mạch Banyan, chuyển mạch song song.
25
1 2 3 4 5 6 7 8 Cæng ra
1
2
3
4
5
6
7
8
Cæng vµo