nghiên cứu về công nghệ chuyển mạch ATM

Công nghệ 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 1 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 khi làm còn nhiều thiếu sót, mong cô giúp đỡ.
Hà Nội ,ngày 18 tháng 1 năm 2011
Sinh viên thực hiện:



DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 2.1 Cấu trúc cell
Hình 2.2 Cấu trúc tế bào ATM tại giao diện NNI
Hình 2.3 Cấu trúc tế bào ATM tại giao diện UNI
Hình 2.4 kênh ảo và đường ảo
Hình 2.5 Mô hình tham chiếu B.ISDN
Hình 2.6 Mô hình các lớp của ATM so với mô hình OSI
Hình 2.7 lớp vật lý
Hình 2.8 Lớp ATM
Hình 2.9 2 dạng header UNI và NNI
1
Công nghệ chuyển mạch ATM
Hình 2.10 VCC,VPC

Hình 2.11 VP switch / VP cross connect
Hình 2.13 ví dụ
Hình 2.14 Phân loại giữa các lớp ATM

MỤC LỤC
...............................................................................................1
DANH MỤC HÌNH VẼ...........................................................1
MỤC LỤC............................................................2
2
Công nghệ chuyển mạch ATM
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ ATM
1.1Giới thiệu:
Hiện nay, các mạng viễn thông hiện tại có đặc điểm chung là tồn tại một cách
riêng rẽ, ứng với mỗi loại hình dịch vụ thông tin lại có ít nhất một loại mạng viễn thông
riêng biệt để phục vụ dịch vụ đó như:
- Mạng Telex: Có thể thu phát tín tức trong phạm vi toàn cầu. Dùng để gửi
các bức điện dưới dạng các ký tự đã được mã hóa bằng mã 5 bit. Tốc độ truyền rất thấp
(từ 75bit/s đến 300 bit/s). Mặt dù tốc độ truyền thấp, chậm chỉ có các chữ cái, ký hiệu
được truyền đi nhưng mạng vẫn được sử dụng để truyền các tin tức thuê bao doanh
nghiệp nhằm mục đích truyền các bản tin ngắn.
- Mạng điện thoại công cộng: Còn gọi là mạng POTS ( Plain Old
Telephone Service), là mạng được xây dựng sớm nhất. Nó phát triển từ các tổng đài
tương tự và phương thức truyền dẫn tương tự và đặc biệt là chuyển mạch kênh theo thời
gian thực. Ở mạng này tiếng nói được số hóa và chuyển mạch ở hệ thống chuyển mạch
điện thoại công cộng PSTN (Public Switched Telephone Network). Yêu cầu độ trễ rất
nhỏ.
- Mạng truyền số liệu: Phần lớn các mạng truyền số liệu trên thế giới là
mạng số liệu chuyển mạch gói, tức là thông tin được cắt thành các gói có kích thước
phù hợp và được phát lên những đường thông đang rỗi ở thời điểm đó. Khe hở giữa các
gói có thể được các loại thông tin khác sử dụng. Các mạng chuyển mạch gói để trao đổi

số liệu giữa các máy tính dựa trên giao thức của X.25 và hệ thống truyền số liệu chuyển
mạch kênh dựa trên các giao thức X.21.
Các tín hiệu truyền hình: Có thể được truyền theo 3 cách: truyền bằng sóng vô
tuyến, truyền qua hệ thống mạng truyền hình CATV (Community Antena TV) bằng cáp
đồng trục hoặc truyền qua hệ thống vệ tinh còn gọi là hệ thống truyền hình trực tiếp
DBS (Direct Broadcast System).
Trong phạm vi cơ quan, số liệu giữa các máy tính được trao đổi thông qua mạng
cục bộ LAN thường là mạng: Ethernet, Token Bus, và Token Ring.
3
Công nghệ chuyển mạch ATM
Hậu quả là hiện nay có rất nhiều loại mạng khác nhau cùng song song tồn tại.
Mỗi mạng lại yêu cầu phương pháp thiết kế, sản xuất, vận hành, bảo dưỡng khác nhau.
Như vậy hệ thống mạng viễn thông hiện tại có rất nhiều nhược điểm mà quan trọng là:
 Chỉ truyền được các dịch vụ độc lập tương ứng với từng mạng.
 Thiếu mềm dẻo: Sự ra đời của các thuật toán nén tiếng nói, nén ảnh,…và
tiếng bộ trong công nghệ VLSI ảnh hưởng mạng mẽ tới tốc độ truyền tín hiệu.
 Kém hiệu quả trong việc bảo dưỡng, vận hành cũng như việc sử dụng tài
nguyên. Tài nguyên có trong một mạng không thể chia sẻ cho các mạng khác cùng sử
dụng.
1.2 Sự ra đời của hệ thống viễn thông mới B-ISDN:
 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.

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
4
Công nghệ chuyển mạch ATM
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 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.
1.3 Khái niệm cơ bản về ATM:
Là phương thức truyền tin trong đó thông tin được chia thành các gói có chiều
dài nhỏ không thay đổi gọi là các tế bào tin. Tế bào tin được truyền độc lập và sẽ được
sắp xếp lại thứ tự ở đầu thu. ATM không đồng bộ bởi lý do các gói trong cùng một
cuộc kết nối có thể lập lại một cách bất thường như lúc chúng được tạo ra theo yêu cầu
cụ thể mà không theo một chu kì nào cả.
ATM có thể truyền được tất cả các dịch vụ viễn thông mà không cần quan tâm
đến đặc tính và chất lượng của dịch vụ và thỏa mãn được các yêu cầu:
• Mềm dẻo và phù hợp với các dịch vụ tương lai
• Có hiệu qủa trong việc sử dụng tài nguyên
• Chỉ sử dụng một mạng duy nhất cho tất cả các dịch vụ
Vì vậy, cuối cùng ITU – T quyết định chọn phương thức truyền ATM làm mạng
phục vụ cho các dịch vụ trong mạng băng rộng. Thật vậy mạng ATM có những ưu điểm
sau:
- Điều khiển được nhiều loại lưu thông khác nhau như: Dữ liệu, tiếng nói,
hình ảnh, Video, …
- Khả năng sử dụng đường truyền hiệu qủa: Cho phép truyền các ứng dụng
hình ảnh, dữ liệu, .. có tốc độ cố định, hoặc biến đổi theo thời gian hoặc ngắt quãng.
- Dùng kỹ thuật chuyển mạch bằng phần cứng: Với chiều dài tế bào cố
định là 53 Bytes, ATM cho phép việc xử lý chuyển mạch bằng các phần cứng có tốc độ
rất nhanh, giảm thiểu thời gian chuyển mạch và tăng đáng kể tốc độ truyền.
- Cho khả năng thiết lập các nhóm kênh ảo: Nhóm kênh ảo được định
nghĩa bằng chỉ số nhận dạng ảo (VPI/VCI), Do vậy có thể tạo mới, thay đổi lưu lượng
hoặc lộ trình bằng cách điều khiển việc gán các nhãn địa chỉ tại các nút chuyển mạch.
Khả năng này cho phép việc quản lý và điều hành mạng năng động.

- Đặc tính truyền dẫn mềm dẻo: Cho phép hầu như không giới hạn về tốc
độ của mỗi kênh cũng như số lượng các kênh vì mỗi kênh thông tin được thiết lập bằng
chuỗi các tế bào ATM, số lượng các tế bào được truyền đi trong một đơn vị thời gian là
5
Công nghệ chuyển mạch ATM
tự do, số lượng kênh trên một đường truyền phụ thuộc vào số các nhận dạng logic nên
tốc độ mỗi kênh thông tin luôn đạt đến mức tối đa có thể được.
- Có khả năng cung cấp băng thông theo yêu cầu, ATM là kỹ thuật hiệu
qủa cho việc xây dựng mạng: Người sử dụng có thể kết nối với mạng bằng cách dùng
những bộ thích ứng hỗ trợ băng thông tùy theo yêu cầu riêng của người sử dụng đó.
1.4 Tính trong suốt của hệ thống:
Để truyền thông tin một cách tin cậy, mạng phải đảm bảo 2 chỉ tiêu sau:
- Trong suốt về mặt nội dung
- Trong suốt về mặt thời gian
 Tính trong suốt về mặt nội dung
Tính trong suốt về mặt nội dung là chức năng đảm bảo việc truyền đúng chính
xác các bit từ đầu phát đến đầu thu với số lỗi cho phép . Khi mới ra đời, trong các mạng
chuyển mạch gói chất lượng truyền số liệu còn kém, do đó để đảm bảo chất lượng
truyền chấp nhận được người ta phải thực hiện chức năng điều khiển lỗi trên mọi liên
kết. Việc điều khiển lỗi này được thực hiện bởi giao thức HDLC (High Level Data Link
Control) bao gồm các chức năng: giới hạn khung, đảm bảo truyền bit chính xác, kiểm
tra lỗi, ... Ở đây quá trình điều khiển lỗi được thực hiện trên mọi liên kết thông qua nút
chuyển mạch, do đó nút chuyển mạch phải xử lý một loạt các thủ tục phức tạp khác
nhau làm ảnh hưởng đến tốc xử lý chung của hệ thống.
Sau này, do chất lượng của hệ thống truyền dẫn và chuyển mạch tăng lên nên tỷ
lệ lỗi trên mạng giảm.Với một mạng chất lượng cao như vậy người ta chỉ cần thực hiện
một số chức năng của thủ tục HDLC. Bằng cách này người ta giảm được khối lượng
thông tin mà nút chuyển mạch cần xử lý. Nhờ đó tốc độ của nút tăng lên. Như vậy lớp 2
trên mô hình OSI được chia thành hai lớp con. Lớp 2a chuyên cung cấp các chức năng
cơ bản của lớp 2, lớp 2b cung cấp các chức năng bổ sung. Các hệ thống ứng dụng

nguyên lý này được gọi là chuyển tiếp khung (Frame Relay).
 Tính trong suốt về mặt thời gian
Các dịch vụ thời gian thực yêu cầu dòng bit có trễ rất ngắn khi được truyền từ
đầu phát đến đầu thu, tức là chúng yêu cầu tính chính xác về thời gian. Có thể phân biệt
hai loại trễ: trễ do chuyển mạch và trễ từ điểm đầu đến điểm cuối. Đặc trưng bằng hai
tham số: trễ D và biến động J. Mạng ATM chỉ cần những chức năng tối thiểu ở nút
chuyển mạch, do đó nó cho phép truyền số liệu tốc độ rất cao, trễ trên mạng và các biến
động trễ giảm xuống, do đó quan hệ thời gian được đảm bảo như trong trường hợp
chuyển mạch kênh.

6
Công nghệ chuyển mạch ATM
CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC MẠNG PHÂN LỚP 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 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 2.1 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.
8 7 6 5 4 3 2 1 Bit
VPI 1 Octet
VPI VCI 2
VCI 3
VCI PT CLP 4
7
Công nghệ chuyển mạch ATM
HEC 5
Phần dữ liệu (48 octet) …
Hình 2.2 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 2.3 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)
Hình 2.4 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
8