Tiểu luận kỹ thuật chuyển mạch ATM

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
----------

TIỂU LUẬN
Kỹ thuật chuyển mạch ATM

Giáo viên hướng dẫn: Th.S Chu Tiến Dũng

Lớp: K2013NT

Nha Trang, 09/2015


Tiểu luận chuyển mạch ATM
I. GIỚI THIỆU VỀ KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH.................................................................................................4
1. Quá trình phát triển của kỹ thuật chuyển mạch:.................................................................................4
2. Một số khái niệm cơ bản:....................................................................................................................5
1.1. Định nghĩa chuyển mạch...............................................................................................................5
1.2. Hệ thống chuyển mạch.................................................................................................................6
1.3 Phân loại chuyển mạch..................................................................................................................6
1.4. Các thành phần trong mạng viễn thông........................................................................................7
1. Chuyển mạch kênh...............................................................................................................................9
1.1. Giới thiệu về chuyển mạch kênh...................................................................................................9
1.2. Định nghĩa trường chuyển mạch................................................................................................10
1.3. Phân loại chuyển mạch kênh......................................................................................................10
2. Chuyển mạch gói................................................................................................................................11
2.1. Giới thiệu về chuyển mạch gói....................................................................................................11
2.2. Định nghĩa chuyển mạch gói.......................................................................................................13
2.3. Cơ sở kỹ thuật chuyển mạch gói.................................................................................................13
2.4. Nguyên tắc cơ bản của chuyển mạch gói....................................................................................14

1. Giới thiệu chung về ATM....................................................................................................................16
1.1 Sự ra đời của ATM........................................................................................................................16
1.2. Khái niệm ATM............................................................................................................................16
1.3. Đặt điểm của công nghệ ATM.....................................................................................................16
2. Cấu trúc phân lớp của mạng ATM......................................................................................................17
2.1. Cấu trúc tế bào ATM:.................................................................................................................17
2.2 Các loại tế bào ATM:....................................................................................................................22
2.4 Lớp vật lý......................................................................................................................................26
2.5 Lớp ATM.......................................................................................................................................28
2.6 Lớp thích ứng ATM (AAL).............................................................................................................31
KẾT LUẬN...................................................................................................................................................34

2


Tiểu luận chuyển mạch ATM

LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự phát triển của công nghệ tiên tiến là xu hướng hội tụ mạng truyền thông
giữa mạng cố định và mạng di động và internet sang mạng thế hệ kế tiếp NGN (Next
Generation Network). Hạ tầng mạng thay đổi không ngừng nhằm đáp ứng các nhu cầu
ngày càng cao của người sử dụng, sự tác động này liên quan ảnh hưởng tới rất nhiều lĩnh
vực trong viễn thông trong đó bao gồm cả kỹ thuật chuyển mạch. Kỹ thuật chuyển mạch
là một trong những kỹ thuật nền tảng của các mạng truyền thông.
Chuyển mạch ATM là phương thức truyền tải không đồng bộ, kết hợp chuyển mạch
kênh, chuyển mạch gói, và phương pháp ghép TDM thống kê Tiểu luận này, chúng em
nghiên cứu về công nghệ chuyển mạch ATM.
Trong quá trình làm tiểu luận, em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của
thầy Chu Tiến Dũng, trong quá trình tìm hiểu không tránh được sự thiếu sót, rất mong
nhận được sự góp ý của thầy và các bạn.

3


Tiểu luận chuyển mạch ATM

I. GIỚI THIỆU VỀ KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH
1. Quá trình phát triển của kỹ thuật chuyển mạch:
Chuyển mạch là quá trình thực hiện đấu nối tuyến liên lạc giữa 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 liên 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. Quá 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 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
4


Tiểu luận chuyển mạch ATM

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.
2. Một số khái niệm cơ bản:
1.1. 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
5


Tiểu luận chuyển mạch ATM

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 liên kết dữ
liệu trong mô hình OSI của tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ISO.
1.2. 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).
1.3 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, c) 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
6


Tiểu luận chuyển mạch ATM

Hình 1.1 c) Chuển mạch gói kênh ảo: các gói tin đi trên kênh ảo
Mạng chuyển mạch kênh thiết lập các mạch (kênh) chỉ định riêng cho kết nối trước
khi quá trình truyền thông thực hiện. Như vậy, 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 giải
phóng sẽ được thực hiện đồng thời trong một khoảng thời gian và thường được quyết định

bởi tiêu đề gói tin.
1.4. 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
7


Tiểu luận 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.

8

Tiểu luận chuyển mạch ATM

II. CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH CƠ BẢN
1. Chuyển mạch kênh
1.1. 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.

Chuyển mạch
Đối tượng sử
dụng

Đối tượng sử
dụng

Điều khiển

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

9


Tiểu luận chuyển mạch ATM

+ 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 thêm 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
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 lúc 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.
1.2. 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.
1.3. 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
10


Tiểu luận chuyển mạch ATM

 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.
2. Chuyển mạch gói
2.1. Giới thiệu về chuyển mạch gói
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.

Bản tin

Segment

Segment#1 Segment#2
…..
Segment#n
Transaction / Message có độ dài L

Đầu Trường tin
CRC

Trường tin có độ dài tới M bit
(M>=N)

Tạo khung kết thúc

Tạo khung bắt đầu
Gói

Tiêu đề
CRC

Tải tin (Tới Nbit)

Hình 2.2: Nguyên lý phân đoạn và tạo gói

11


Tiểu luận chuyển mạch ATM

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.

User A

PSWS

PSWĐ

User A

Hình 2.3: 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
12


Tiểu luận chuyển mạch ATM

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 2.3 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 PSWĐ 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.
2.2. 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.
2.3. 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 chia 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, 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
13


Tiểu luận chuyển mạch ATM

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

Cố định và thấp(dưới 4kb)

Thay đổi

Bùng phát băng thông

Không

Lớn(100/1000:1)

Nhạy cảm với lỗi

Thoại lại nếu có lỗi

Không cho phép lỗi

Phát lại thông tin

Không thể thực hiện được

Thực hiện dễ dàng

Độ trễ

Thấp và ổn định

Lớn và có thể thay đổi

Kiểu kết nối

Hướng kết nối

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.
2.4. 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 như 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 chuyển
mạch được bổ sung thêm 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
14


Tiểu luận chuyển mạch ATM

nghĩa như là tỉ số của tốc độ đầu ra trung 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 nhỏ 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 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

15


Tiểu luận chuyển mạch ATM

III. KĨ THUẬT CHUYỂN MẠCH ATM
1. Giới thiệu chung về ATM
1.1 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.
1.2. 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
1.3. 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

16


Tiểu luận chuyển mạch ATM

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, 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

Bản chất Công nghệ

IP

ATM

- Là một giao thức chuyển - Sử dụng gói tin có
mạch gói có độ tin cậy và chiều dài cố định 53
khả năng mở rộng cao
byte gọi là tế bào

- Do phương thức định
(cell).
tuyến theo từng chặng nên
- Nguyên tắc định tuyến chuyển
điều khiển lưu lượng rất
đổi VPI/VCI
khó thực hiện.
- 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

2. Cấu trúc phân lớp của mạng ATM
2.1. Cấu trúc tế bào ATM:
Ta biết rằng, đặc điểm của ATM là hướng liên kết. Do đó khác với mạng chuyển
mạch gói, địa chỉ nguồn và đích, số thứ tự gói là không cần thiết trong ATM. Hơn thế, do
chất lượng của đường truyền rất tốt nên các cơ chế chống lỗi trên cơ sở từ liên kết tới liên

kết cũng được bỏ qua. Ngoài ra ATM cũng không cung cấp các cơ chế điều khiển luồng
17


Tiểu luận chuyển mạch ATM

giữa các nút mạng do cơ cấu điều khiển cuộc gọi của nó. Vì vậy chức năng cơ bản còn lại
của phần tiêu đề trong tế bào ATM là nhận dạng cuộc nối ảo.
Như đã xem xét để lựa chọn tế bào ATM thì tế bào ATM là tế bào cố định, có 53
Bytes: 5 Bytes tiêu đề và 48 Bytes dữ liệu.
ATM cell có cấu trúc giống nhau cho bất kỳ loại dịch vụ nào.

Hình 3.1 Cấu trúc cell
- Header: 5 Octet (5 bytes). Thông tin chứa trong Header giúp cho việc tìm đường
của các ATM cell qua mạng. Do mạng ATM hoạt động theo cách kết nối có hướng nên
các cell chỉ có thể luân chuyển qua các vùng mà các kết nối tồn tại. Lưu ý: Các cell
Header không dùng để khởi tạo bắt tay trong các kết nối.
- Payload: 48 Octet (48 bytes). Chứa Data của người sử dụng, và các tín hiệu điều
khiển tương ứng. Sau khi phát xong các cell, bên phần thu sẽ tổ chức lại các luồng Data,
gói Data cho giống như ban đầu.
Phần tiêu đề của tế bào ATM có hai dạng: Một dạng là các tế bào được truyền trên
giao diện giữa người sử dụng và mạng UNI, dạng còn lại là các tế bào được truyền giữa
các nút chuyển mạch NNI.

18


Tiểu luận chuyển mạch ATM

8

7

6

5

4

3

2

1

VPI

Bit
1
Octet

VPI

VCI

2

VCI

3

VCI

C

PT

4

LP

HEC

5

Phần dữ liệu (48 octet)

…

Hình 3.2 Cấu trúc tế bào ATM tại giao diện NNI
8

7

6

5

4

3

2

1

Bit

GFC

VPI

1
Octet

VPI

VCI

2

VCI

3

VCI

PT

CLP

4

HEC

5

Phần dữ liệu (48 octet)

…

Hình 3.3 Cấu trúc tế bào ATM tại giao diện UNI
 Đặc điểm của các trường trong cấu trúc tế bào:
Số hiệu nhận dạng kênh ảo VCI (Virtual Channel Identifier) và đường ảo VPI
(Virtual Path Identifier)

19


Tiểu luận chuyển mạch ATM

Hình 3.4 kênh ảo và đường ảo
Do kênh truyền ATM có thể truyền với tốc độ từ vài Kbit/s tới vài trăm Mbit/s tại
một thời điểm nào đó, do đó VCI được dùng để nhận dạng các kênh được truyền đồng
thời trên đường truyền dẫn. Thông thường trên một kênh được truyền đồng thời trên
đường truyền dẫn. Thông thường trên một đường truyền có hàng ngàn kênh như vậy, vì
thế VCI có độ dài 16 bit (Tương ứng với 65535 kênh).
Do mạng ATM có đặc điểm hướng liên kết nên mỗi cuộc nối được gán một số hiệu
nhận dạng VCI tại thời điểm thiết lập. Mỗi giá trị VCI chỉ có ý nghĩa tại từng liên kết từ
nút tới nút của mạng. Khi cuộc nối kết thúc, VCI được giải phóng để dùng cho cuộc nối

khác. Ngoài ra VCI còn có ưu điểm trong việc sử dụng cho các cuộc nối đa dịch vụ như
dịch vụ điện thoại truyền hình, âm thanh và hình ảnh sẽ được truyền trên hai kênh có VCI
riêng biệt, do đó ta có thể bổ sung hoặc hủy bỏ một dịch vụ trong khi đang thực hiện một
dịch vụ khác.
VPI được sử dụng để thiết lập cuộc nối đường ảo cho một số cuộc nối kênh ảo VCC.
VPI cho phép đơn giản hóa các thủ tục chọn tuyến cũng như quản lý, nó có độ dài 8 bit
hoặc 12 bit tùy thuộc tế bào ATM đang được truyền qua giao diện UNI hay NNI.
Tổ hợp cả VCI và VPI tạo thành một giá trị duy nhất cho mỗi cuộc nối. Tùy thuộc
vào vị trí đối với hai điểm cuối mà nút chuyển mạch ATM sẽ định đường dựa trên giá trị
của VPI và VCI hay chỉ dựa trên giá trị VPI. Tuy vậy cần lưu ý rằng VCI và VPIø chỉ có
ý nghĩa trên từng chặng liên kết của cuộc nối. Chúng đuợc sử dụng để việc chọn đường
trên các chặng này được dễ dàng hơn. Do số VPI và VCI quá nhỏ nên chúng không thể
đuợc sử dụng như một số hiệu nhận dạng toàn cục vì khả năng xảy ra hai cuộc nối sử
dụng ngẫu nhiên cùng một số VPI và VCI là rất cao. Để khắc phục, người ta cho VCI và
VPI là duy nhất trên mỗi đoạn liên kết. Trên từng đoạn liên kết này, hai nút chuyển mạch
sử dụng VPI và VCI như số hiệu nhận dạng cho mỗi cuộc nối trên đoạn đó. Khi đã qua
nút chuyển mạch, VPI và VCI nhận các giá trị mới phù hợp với đoạn tiếp theo.

20


Tiểu luận chuyển mạch ATM

- Trường kiểu tế bào PT (Payload Type): PT là một trường gồm 3 bit có nhiệm vụ
phân biệt các kiểu tế bào khác nhau như: tế bào mang thông tin của người sử dụng, tế bào
mang các thông tin về giám sát, vận hành, bảo dưỡng (OAM).
Nếu bit đầu PT có giá trị = 0 thì đây là tế bào người sử dụng. Trong tế bào người sử
dụng, bit số 2 báo hiệu tắc nghẽn trong mạng và bit 3 có chức năng báo hiệu cho lớp
tương thích ATM là AAL.
Nếu bit đầu PT chó giá trị = 1 thì đây là tế bào báo mang các thông tin quản lý

mạng.
Cấu trúc trường PT trong tế bào mang thông tin OAM
Dạng bit

Chức năng

100

Tế bào OAM lớp F5 liên quan tới liên kết

101

Tế bào OAM lớp F5 liên quan tới đầu cuối

110

Tế bào quản lý tài nguyên

111

Dành cho việc sử dụng trong tương lai

- Trường chỉ mức ưu tiên mất tế bào CPL (Cell Loss Priority): CLP là trường dùng
để phân loại các cuộc nối khác nhau theo mức độ ưu tiên khi các tài nguyên trong mạng
không còn là tối ưu nữa. Thí dụ trong trường hợp quá tải, chỉ có các cuộc nối có mực độ
ưu tiên thấp là bị mất thông tin. Có hai loại ưu tiên khác nhau là ưu tiên về mặt nội dung
và ưu tiên về mặt thời gian. Trong chế độ ưu tiên về mặt thời gian, vài tế bào có thể có độ
trễ trong mạng dài hơn các tế bào khác. Trong chế độ ưu tiên về mặt nội dung, các tế bào
có độ ưu tiên cao hơn sẽ có xác suất mất gói ít hơn. Các mức ưu tiên có thể được ấn định
trên cơ sở cuộc nối (qua mỗi VCI hoặc VPI) hoặc trên cơ sở mỗi tế bào. Trong trường

hợp thứ nhất, tất cả các tế bào thuộc về một kênh ảo hoặc đường ảo sẽ có một mức ưu tiên
xác định. Trong trường hợp thứ hai, mỗi tế bào thuộc về một kênh ảo hoặc đường ảo sẽ có
các mức ưu tiên khác nhau.
+ Nếu CLP = 0 : Độ ưu tiên cao
+ Nếu CLP = 1: Độ ưu tiên thấp
- Trường điều khiển lỗi tiêu đề HEC (Header Error Control)
Trường điều khiển lỗi tiêu đề HEC chứa mã dư vòng CRC (Cyclic Redundancy
Check). Mã này tính toán cho 5 bytes tiêu đề. Do phần tiêu đề bị thay đổi sau từng chặng
nên CRC cần được kiểm tra và tính toán lại với mỗi chặng.
Đa thức sinh được dùng ở đây là đa thức: g(x) = x8 + x2 + x + 1.
21


Tiểu luận chuyển mạch ATM

- Trường điểu khiển luồng chung GFC (Generic Flow Control)
Ở giao diện giữa người sử dụng và mạng UNI, phần tiêu đề có vài khác biệt so với
giao diện NNI. Sự khác nhau căn bản nhất là trường VPI bị rút ngắn lại còn 8 bits (so với
12 bits ở giao diện NNI), thay vào chỗ 4 bits của VPI là trường điều khiển luồng chung
GFC. Cơ chế của GFC cho phép điều khiển luồng các cuộc nối ATM ở giao diện UNI.
Nó được sử dụng để làm giảm tình trạng quá tải trong thời gian ngắn có thể xảy ra trong
mạng của người sử dụng. Cơ chế GFC dùng cho cả các cuộc nối từ điểm tới điểm và từ
điểm tới nhiều điểm.
Khi kết hợp mạng ATM với các mạng khác như DQDB (dictributed Queue Dual
Bus), SMDS (Swiched Multi-megabit Data Service), GFC đưa ra 4 bit nhằm báo hiệu cho
các mạng này làm thế nào để hợp kênh các tế bào của các cuộc nối khác nhau. Mỗi mạng
đều có một logic điều khiển tương ứng dùng GFC cho các giao thức truy nhập của riêng
các mạng này. Do đó trong trường hợp này, GFC thực chất là một bộ các giá trị chuẩn để
định nghĩa mức độ ưu tiên của ATM đối với các quy luật truy nhập vào các mạng khác
nhau.

Việc buộc phải sử dụng trường điều khiển luồng chung GFC là một nhược điểm cơ
bản của ATM, nó tạo ra sự khác nhau giữa các tế bào tại giao diện UNI và NNI do các
giao thức trong ATM không phải là giao thức đồng nhất. Trong mạng sử dụng các giao
thức đồng nhất, các thiết bị viễn thông có thể được lắp đặt vào bất kỳ một nơi nào trong
mạng. Trong khi đó trong ATM, ta phải chú ý xem thiết bị được lắp đặt có thích hợp với
giao diện đã cho hay không.
2.2 Các loại tế bào ATM:
- Idle cell (Tế bào rỗi hay tế bào trống): Đường truyền là dòng các cell liên tục nối
tiếp nhau. Nếu lớp ATM không gửi cell nào thì lớp vật lý sẽ chèn vào các cell trống để có
dòng cell liên tục.
- Valid cell (Tế bào hợp lệ): chứa giá trị hữu ích, hay cell lỗi nhưng đã được sửa
chữa.
- Invalid cell:cell lỗi nhưng không được sửa chữa. Lớp vật lý sẽ loại bỏ các cell này.
- Assigned cell: Tế bào mang thông tin dịch vụ sử dụng cho các dịch vụ lớp ATM
- Unassigned cell: Là các tế bào không mang thông tin dịch vụ, không được sử
dụng.

22


Tiểu luận chuyển mạch ATM

2.3 Mô hình tham chiếu B-ISDN:
a. ISDN là gì?
- ISDN (Intergated Services Digital Network – Mạng số tích hợp dịch vụ) là tập các
giao thức nhằm kết hợp mạng điện thoại số và dịch vụ truyền dữ liệu. Nói một cách khác,
mạng ISDN cho phép tất cả các thông tin thoại (phone), số liệu (data) và hình ảnh (video)
có thể truyền qua một đường dây thuê bao (subscriber line) với tốc độ cao và chất lượng
tốt.
- Mục tiêu của ISDN là nhằm tạo ra một mạng diện rộng có cung cấp khả năng kết

nối điểm-điểm trong môi trường số. Điều này thực hiện được bằng cách tích hợp thành
một tất cả các dịch vụ truyền riêng biệt mà không cần thêm kết nối hay đường dây thuê
bao mới.
b. Mạng số tích hợp dịch vụ băng rộng B – ISDN (Broadband Integrated Services
Digital NetWork):Xu hướng các dịch vụ ngày nay và trong tương lai gần là các yêu cầu
dịch vụ băng rộng đang tăng lên
- Các dịch vụ phục vụ cho các thuê bao gia đình: Các dịch vụ quan trọng cho các
thuê bao gia đình là những dịch vụ truyền hình cáp, truyền hình số chuẩn SDTV
(Standard Digital TV) hay là dịch vụ truyền hình độ phân giải cao HDTV (High
Definition TV). Một ứng dụng quan trọng nữa là dịch vụ điện thoại truyền hình trong đó
các hình ảnh chất lượng cao được truyền đi ở tốc độ từ 2 tới 5 Mbit/s.
- Các dịch vụ phục vụ trong lĩnh vực kinh doanh và giao dịch: Các thuê bao trong
phạm vi công sở, văn phòng có những đặc điểm hoàn toàn khác so với các thuê bao gia
đình. Điểm chung duy nhất giữa hai lĩnh vực này là điện thoại truyền hình. Tuy vậy, dịch
vụ này cũng phải được mở rộng để tiến tới điện thoại hội nghị truyền hình, sao cho người
sử dụng có thể dùng dịch vụ điện thoại truyền hình để liên lạc vài điểm cùng một lúc.
- Từ sự cần thiết phải tổ hợp các dịch vụ phụ thuộc lẫn nhau ở chuyển mạch kênh và
chuyển mạch gói vào một mạng băng rộng duy nhất. Cần thiết phải thỏa mãn tính mềm
dẻo cho các yêu cầu về phía người sử dụng cũng như người quản lý mạng (về mặt tốc độ
truyền, chất lượng dịch vụ, …). Vì vậy cũng như người quản trị mạng. Mạng B-ISDN ra
đời nhằm đáp ứng các điều kiện trên (băng rộng, bảo dưỡng, mềm dẻo, kinh tế, …) mà
mạng băng hẹp N.ISDN không đáp ứng được. So với các mạng khác, dịch vụ tổ hợp và
mạng tổ hợp có nhiều ưu điểm về kinh tế, phát triển, thực hiện, vận hành và bảo dưỡng
hơn.
Vậy mạng tổ hợp dịch vụ số băng rộng (Broadband Integrated Services Digital
Network – B-ISDN) cung cấp các cuộc nối thông qua chuyển mạch, các cuộc nối cố định
(Permanent) hoặc bán cố định (Semi-Permanent), các cuộc nối từ điểm tới điểm hoặc từ
23

Tiểu luận chuyển mạch ATM

điểm tới nhiều điểm và cung cấp các dịch vụ theo yêu cầu, các dịch vụ dành trước hoặc
các dịch vụ yêu cầu cố định. Cuộc nối trong B-ISDN phục vụ cho cả các dịch vụ chuyển
mạch kênh, chuyển mạch gói theo kiểu đa phương tiện (Multimedia), đơn phương tiện
(Monomedia), theo kiểu hướng liên kết (Connection – Oriented) hoặc không liên kết
(Connectionless) và theo cấu hình đơn hướng hoặc đa hướng. B-ISDN là mạng thông
minh có khả năng cung cấp các dịch vụ cải tiến, cung cấp các công cụ bảo dưỡng và vận
hành (OAM), điều khiển và quản lý mạng rất hiệu quả.
c. Mô hình tham chiếu B-ISDN
Cấu trúc phân lớp logic được sử dụng trong ATM dựa trên mô hình tham chiếu liên
kết các hệ thống mở OSI. Tuy vậy mô hình ATM sử dụng khái niệm các lớp và các mặt
phẳng riêng rẽ cho từng chức năng riêng biệt như chức năng dành cho người sử dụng,
chức năng điều khiển, quản lý mạng. Khái niệm này được gọi là mô hình tham chiếu giao
thức B.ISDN (B.ISDN Protocol Reference Model hay B.ISDN - PRM).

Hình 3.5 Mô hình tham chiếu B.ISDN
B.ISDN – PRM có cấu trúc phân lớp từ trên xuống, bao gồm các chức năng truyền
dẫn, chuyển mạch, các giao thức báo hiệu và điều khiển, các ứng dụng và dịch vụ. Như
hình trên B.ISDN – PRM bao gốm 3 mặt phẳng: mặt phẳng quản lý, mặt phẳng của người
sử dụng và mặt phẳng điều khiển.
- User Plane: Giữ cho dòng thông tin xuyên suốt từ người sử dụng A tới người sử
dụng B trên mạng thông qua các lớp, sửa chữa lỗi truyền, giám sát dòng data.
- Control plane: Mặt phẳng điều khiển cũng có cấu trúc phân lớp. Nó có chức năng:
thiết lập, giám sát, giải phóng các đường nối hoặc cuộc gọi.

24


Tiểu luận chuyển mạch ATM

- Management plane: Tất cả các chức năng liên quan tới toàn bộ hệ thống (từ đầu
cuối tới đấu cuối) đều nằm ở mặt phẳng quản lý. Nhiệm vụ là tạo sự phối hợp làm việc
giữa những mặt phẳng khác nhau. Có 2 chức năng chính là chức năng quản lý lớp (Layer
Management) và chức năng quản lý mặt phẳng (Plane Management).
- Layer management: Được chia thành các lớp khác nhau nhằm thực hiện các chức
năng quản lý có liên quan tới các tài nguyên và thông số nằm ở các thực thể có giao thức.
Có nhiệm vụ giống như Meta-Signaling (thiết lập tín hiệu kết nối) hay xử lý dòng thông
tin OAM (Operatrion, Administration, and Maintenance).
- Plane management: Phối hợp giữa user plane và control plane.
- Bốn lớp của mô hình tham chiếu B-ISDN:
+ Higher layer: Thực chất đây chính là lớp ứng dụng: Frame relay, SMDS/CBDS.
+ ATM Adaption Layer (AAL): Có nhiệm vụ chia nhỏ dòng Data của Higher Layer
thành các đoạn 48 Bytes, hay khôi phục lại dòng Data từ các ATM cell. Nhiệm vụ của
AAL phụ thuộc vào đặt tính của yêu cầu ứng dụng.
+ ATM Layer: Nhiệm vụ chính là truyền Data mà nó nhận được từ AAL đến đích.
+ Physical Layer: Phụ thuộc vào bộ phận truyền trung gian. Nhiệm vụ của nó là
phát bit vật lý và tương thích với lớp ATM.
Application
Presentation

Upper Layer

Session
Transport

AAL

Network

ATM

Data Link

Layer

Physical

Physical

Layer

Layer

Hình 3.6 Mô hình các lớp của ATM so với mô hình OSI
• Lớp ATM có chức năng tương tự chức năng lớp Data Link và lớp Network trong
mô hình OSI.
• Lớp ATM Adaption Layer có chức năng tương tự chức năng lớp Transport trong
mô hình OSI.
25