1. Đại Học Điện Lực
Chuyể n mạ ch
gói ATM
Thành viên tìm hiể u:
Nguyễ n Văn Thiên & Phạ m Văn Thọ
Giáo viên: Phan Thị Thanh Ngọc
[Pick the date]

2. Ơ
CHƢ NG I.Tổng Quát Về ATM
1. Mởđầu
Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin và nhu cầu trao đổi thông tin ngày càng
tăng nhanh và đa dạng hóa của xã hội đòi hỏi hạ tầng mạng phải có sự thay đổi để có thể cung
cấp các dị ch vụ băng rộng cho khách hàng. ISDN băng hẹp không thể đáp ứng thỏa mãn các yêu
cầu dị ch vụ của khách hàng. Mạng B-ISDN ra đời , mục đích chính là kết hợp tín hiệu liên tục
thời gian thực và nhóm các tín hiệu dữ liệu nhờ cách phân bố băng rộng từ các nhóm các dị ch
vụ băng hẹp như giám sát từ xa các thiết bị truyền số liệu điện thoại, FAX đến các dị ch vụ băng
rộng bao gồm điện thoại thấy hình , hội nghị truyền hình, truyền ảnh với xử lý tốc độ cao, dung
lượng lớn, chất lượng truy cập cao, và việc điều khiển quá trình chuyển mạch dễ dàng hơn, đơn
giản, hiệu suất để điều khiển các dị ch vụ khác nhau và hệ thống chuyển mạch băng rộng ATM
ra đời để đáp ứng nhu cầu này.
2. Mẫu tham chiếu mô hình B-ISDN
B-ISDN là mạng tổ hợp dị ch vụ số băng rộng (Broadband Integrated Services Digital
Network),B-ISDN có đủ khả năng đáp ứng các dị ch vụ mới vượt trội hơn hẳn so với ISDN băng
hẹp như: thoại,số liệu,video,…dựa trên những ưu việt của ATM và đặc thù của mạng viễn thông
hiện tại,ITU-T tiêu chuẩn thuộc tổ chức viễn thông quốc tế đã chọn giải pháp truyền tải không
đồng bộ ATM là phương pháp truyền tải cho mạng ATM. Vậy để hiểu rõ hơn về ATM ta sẽ lướt
qua một vài điểm của dị ch vụ số băng rộng B- ISDN
a) Giao diện của nút mạng B-ISDN
GV. PHAN THỊ THANH NGỌC
Page 1

3. Hình1: giao diện tổng đài của tổng đài B-ISDN tới các nút mạng khác
Giao diện cơ bản của các nút mạng B-ISDN với các nút khác trong mạng được thể hiện ở
hình trên,hệ thống tổng đài B-ISDN giao tiếp trực tiếp với các truyển dẫn số tốc độ cao hoặc các
thiết bị ghép kênh SDH thông qua kết cuối tổng đài ET (Exchange Terminal). Điểm giao tiếp trên
hình chỉ ra là điểm tham khảo AB .
b) Giao diện truy nhập của khách hàng
Hình dưới đây thể hiện giao diện cơ bản nhất của kết nối mạng phía khách hàng tới nút B-
ISDN.
Hình 2: các chức năng của giao diện khách hàng
3. Giớ thiệu công nghệ chuyển mạch gói ATM.
i
 Khái niệm : ATM (Asynchronous Transfer Mode – Chế độ truyền không đồng bộ) là kỹ
thuật chuyển mạch gói chất lượng cao với phương thức truyền không đồng bộ dựa trên
không đồng bộ phân chia theo thời gian.
 Các đặc trưng của ATM bao gồm:
GV. PHAN THỊ THANH NGỌC
Page 2

4. ATM truyền theo phương thức không đồng bô có nghĩa là thông tin đưa và đầu vào
của hệ thống được nạp vào các bô nhớ, sau đó được chia nhỏ ra thành các tế vào và
truyền qua mạng. Với kỹ thuật này ATM có đặc điểm như sau:
- Sử dụng gói dữ liệu (cell) nhỏ, có kích thước cố định (53 byte).
- Tốc độ truyền dữ liệu cao,sẽ làm cho trễ đường truyền và biến động trễ nhỏ so với
dịch vụ thời gian thực( tốc độ truyền có thể đạt 1,2 Gbit/s)
- Chất lượng cao, độ nhiễu thấp nên gần như không cần đến việc kiểm tra lỗi
- Có thể sử dụng với nhiều phương tiện truyền dẫn vật lý khác nhau ( cáp đồng trục,
cáp dây xoắn, cáp sợi quang)
- Có thể truyền đồng thời nhiều loại dữ liệu
 Sự ưu việt của ATM
- Kết hợp ghép kênh không đồng bộ (TDMA) và thống kê cho mọi kiểu lưu lượng
- Gán độ rộng kênh rất linh hoạt và mềm dẻo.
- Tốc độ truy nhập cao.
- Bảo vệ đầu tư các mạng hiện tại nhờ có kết nối chúng với mạng ATM mới.
- Tiết kiệm giá thành OA&M (Operation Administrantion and Maintenance –việc điều
hành hoạt động và bảo trì) nhờ công nghệ cao và đồng nhất…
Chương II. Nguyên Lý Hoạt Động Của Công Nghệ Chuyển
Mạch Gói ATM
1. Kiến trúc chung của hệ thống chuyển mạch ATM
ATM là mạng kết nối định hướng ,tất cả tế bào ATM trong một kết nối thực tế được
truyền theo một đường truyền định sẵn.
GV. PHAN THỊ THANH NGỌC
Page 3

5. Có sơ đồ kiến trúc chung của chuyển mạch ATM
Hình 3: sơ đồ kiến trúc chuyển mạch ATM
Nhìn vào sơ đồ thấy hệ thống chuyển mạch ATM bao gồm ba phần chính là:
- Giao diện chuyển mạch: gồm một module điều khiển đầu vào (IC) và một module
điều khiển đầu ra (OC).
- Trường chuyển mạch tế bào
- Bộ xử lý chuyển điều khiển : bao gồm hai phần chính là điêu khiển chấp nhận và
quản lý chuyển mạch (SM)
Hệ thống chuyển mạch ATM có chức năng: chuyển tiếp các tế bào dữ liệu người dùng từ
cổng đầu vào đến các cổng đầu ra thích hợp.Hỗ trợ các chức năng tương ứng trong mặt phẳng
điều khiển và mặt phẳng quản lý của mô hình tham chiếu giao thức B-ISDN.
Các hệ thống chuyển mạch ATM có thẻ giữ vai trò như các cổng tế để giao tiếp với những
mạng khác như N-ISDN, LAN…ngoài ra, nó còn chứa các giao diện khác như trao đổi thông tin
điều khiển và quản lý với các mạng có mục đích đặc biệt như mạng thông minh (IN) và mạng
quản lý thông minh (TMN)
GV. PHAN THỊ THANH NGỌC
Page 4

6. Hình 4:sơ đồ khối chức năng của một hệ thống chuyển mạch ATM
Chức năng của từng thành phần:
- Mô đun điều khiển đâu vào (IM): thực hiện chức năng tách luồng khỏi khing truyền
dẫn và xử lý các chức năng sau đối với mỗi tế bòa ATM.
- Mô đun điều khiển đầu ra (OM) : thực hiện phân phối tế bào đến đích hoặc tới một
cổng đầu vào của một nút chuyển mạch khi đã biên dịch tế bào
- Khối điều khiển chấp nhận kết nối (CAC): có chức năng thiết lập, giám sát và giải
phóng các kết nối ảo. CAC nhận các tế bòa báo hiệu từ IM, tách lấy thông tin báo
hiệu. biên dịch và cập nhật. Cuối cùng CAC tạo ra tế bào báo hiệu mới và gửi chúng
đến OM.
- Khối quản lý hệ thống (SM) : các chức năng quản lý bao gồm quản lý lỗi, quản lý
hiệu năng, quản lý cấu hình, quản lý tính cước, quản lý bảo mật và quản lý lưu lượng.
Để thực hiện các chức năng này rất cần nhiều sự truyền thông bên trong chuyển mạch
giữa SM và các khối chức năng khác.
- Khối điều chuyển mạch tế bào (CSF) là phần trung tâm của hệ thống chuyển mạch
ATM, thực hiện chức năng chính là định tuyến tế bào dữ liệu từ IM đến OM thích
hợp.
2. Cấu tạo tế bào ATM
Như phần tổng quát về ATM đã nói ATM sử dụng các tế bào có kích thước cố định 53byte
trong đó 5byte cho mào đầu header và 48 byte cho dữ liệu. ta có sơ đồ cấu tạo như sau:
GV. PHAN THỊ THANH NGỌC
Page 5

7. Hình 5: cấu tạo tế bào ATM
Trong đó:
- VPI (Virtual Path Indentifier): nhận dạng đường ảo, dùng để phân biệt đường truyền
nào trong số các đường nối tới một nút
- VCI (Virtual Channel Indentifier): nhận dạng kênh ảo, dùng để phân biệt kênh nào
được dùng trong đường truyền trên
- PT (Payload Type): phân biệt dữ liệu của dị ch vụ hay người dùng mà được đóng gói
trong cell ATM đang gửi
- HEC (Header Error Check): Dùng CRC kiểm tra lỗi bit của trường header.
3. Nguyên Lý CơBản Của ATM
- Nguyên lý cơ bản của ATM là kết hợp các ưu điểm của chuyển mạch kênh với chuyển
mạch gói và TDMA.
- ATM tạo ra các gói tin gọi là tế bào ATM, nó được chuẩn hóa kích thước và định dạng
cho phù hợp nhất, dễ quản lý nhất, hiệu quả nhất và tiếu đề đơn giản nhất.
- ATM không quan tâm thông tin là gì và nó từ đâu đến, đơn giản là ATM cắt bản tin cần
phát thành các tế bào có kích thước nhỏ bằng nhau, gán tiêu đề cho các tế bòa sao cho nó
có thể định hướng tới mục đích mong muốn, đảm bảo yêu cầu trong suốt quá trình truyền
tin.
- Trường thông tin của khách hang và phần tiêu đề gọi là mào đầu mang thông tin định
tuyến.
4. Lựa chọn độ dài tế bào.
Sử dụng gói có độ dài cố định,vấn đề đặt ra là chọn tế bào có kích thước bao nhiêu.
Kích thước của tế bào sẽ ảnh hưởng tới các chỉ tiêu sau:
- Hiệu suất băng truyền.
- Trễ (trễ tạo gói, trễ hàng đợi, trễ tháo gói, biến động trễ…).
- Độ phức tạp khi thực hiện.
a) Hiệu suất băng truyền.
Hiệu suất băng truyền được quyết định bởi tỷ lệ giữa kích thước phần tiêu đề và kích
thước trường dữ liệu. Kích thước trường dữ liệu càng lớn thì hiệu suất càng cao.
b) Trễ.
GV. PHAN THỊ THANH NGỌC
Page 6

8. + Trễ tạo gói: Phụ thuộc vào kích thước trường dữ liệu trong tế bào thể hiện ở hình5
hiệu suất truyền đối với các tế bào có độ dài khác nhau (so sánh 2 tế bào có H=5 và H=4)
và trễ tạo góicủa chúng (so sánh giữa 2 tốc độ truyền tiếng nói 64kb/s và 32kb/s).
Hình 6: hiệu suất truyền và trễ tạo gói đối với trường số liệu có độ dài khác
+ Trễ hàng đợi: Bị ảnh hưởng bởi tỷ lệ giữa độ lớn của trường số liệu Lvà độ lớn trường
tiêu đề H.
Hình 6 thể hiện sự phụ thuộc của trễ hàng đợi và tỷ lệ L/H. ta nhận thấy trễ bé nhất khi
L/H có giá trị từ 8 ÷ 16, tương ứng với kích thước tế bào từ 32+4 byte tới 64+4 byte.
+ Trễ tháo gói: Bị ảnh hưởng bởi độ dài tế bào. Trễ toàn mạng theo khuyến nghị Q.161
của ITU-T cần phải được giới hạn sao cho giá trị của nó nhỏ hơn 25 ms. Theo kết quả
nghiên cứu của ITU-T, độ dài của tế bào có ảnh hưởng trực tiếp tới trễ:
 Đối với các tế bào có độ dài tương đối ngắn (32 byte hoặc nhỏ hơn) thì trễ tổng rất nhỏ,
 Đối với các tế bào có độ dài lớn (hơn 64 byte) thì trễ tăng lên đáng kể, do đó lúc này sẽ
có giải pháp khắc phục: Đối với các gói có độ dài trung bình trong khoảng 32 ÷ 64 byte,
phần lớn các trường hợp ta đều không cần sử dụng bộ khử tiếng vang nếu số nút chuyển
mạch, số lần chuyển giữa mạng ATM và mạng đồng bộ, khoảng cách truyền không quá
lớn.
c) Độ phức tạp khi thực hiện.
Độ phức tạp của hệ thống phụ thuộc vào hai thông số cơ bản, đó là tốc độ xử lý và
dung lượng bộ nhớ cần thiết. Để giới hạn tỷ lệ mất tế bào, ta cần phải cung cấp một hàng
đợi có kích thước đủ lớn. Vì vậy kích thước tế bào càng lớn thì kích thước hàng đợi cũng
phải càng lớn. Mặt khác, khi có một gói tới nút chuyển mạch thì phần tiêu đề của nó cần
phải được xử lý ngay trong khoảng thời gian một tế bào, do đó kích thướctế bào càng lớn
thì thời gian dành cho việc thực hiện càng nhiều và tốc độ yêu cầu càng thấp.
Các giá trị độ dài ở kích thước giữa 32 byte và 64 byte được sử dụng chủ yếu. Sự lựa
chọn này phụ thuộc vào ba thông số chính đã đề cập ở trên. Cuối cùng ITU-T lựa chọn
giải pháp tế bào ATM với kích thước cố định có độ dài 53 byte, trong đó phần trường dữ
liệu là 48 byte, phần tiêu đề là 5 byte.
5. Nguyên tắc định tuyến trong chuyển mạch ATM
GV. PHAN THỊ THANH NGỌC
Page 7

9. Có hai phương thức định tuyến được sử dụng trong chuyển mạch ATM, đó là nguyên
tắc tự định tuyến và định tuyến dùng bảng định tuyến.
a) Nguyên tắc tự định tuyến.
Theo nguyên tắc này việc biên dich VPI/VCI thực hiện tại đầu vào của các phần tử chuyển
mạch sau khi biên dịch xong tế bào sẽ nhận thêm phần mở rộng bằng một định danh nội bộ thể
hiện xong đã xử lý của tế bào.
Quy tắc gán tiêu đề cho tế bào: VPC/VCI cũ= VPI/VCI mới + định danh nội bộ.
Hình 6: sơ đồ tự định tuyến
b) Nguyên tắc bảng định tuyến
Theo nguyên tắc này, VPI/VCI trong tiêu đề tế bào được biên dịch tại mỗi phần tử chuyển
mạch thành một tiêu để mới và mã số cổng đầu ra thích hợp nhờ bảng định tuyến gắn với phần tử
chuyển mạch này. Trong giai đoạn thiết lập cuộc nối, nội dung của bảng được cập nhật.
GV. PHAN THỊ THANH NGỌC
Page 8

10. Hình 7: sơ đồ bảng định tuyến
6. Hoạt động của mạng chuyển mạch ATM
Ta xét một ví dụ ứng dụng ATM để cung cập dịch vụ cho người dùng.Thuê bao ATM có thể
nhận được dịch vụ bằng hai cách sau:
Qua kênh ảo cố định nhận PVC (permanent virtual circuit)
Qua kênh ảo chuyển mạch SVC ( switch virtual circuit)
a) PVC: kênh ảo cố định
Hình 8:PVC mạng ATM
Các thành phần cơ bản bao gồm:
- PABX là tổng đài ATM dùng riêng để hỗ trợ cho các dịch vụ điện thoại.
- Router là bộ định hướng dùng để kết nối các mạng LAN qua mạng chuyển mạch.
GV. PHAN THỊ THANH NGỌC
Page 9

11. - MUX thực hiện chức năng ghép kênh tế bào ATM
- Network Operator ”người điều hành mạng” có chức năng hỗ trợ cho việc thiết
lập/giải phóng các kênh ảo cố định.
Việc thực hiện PVC theo thủ tục sau tương tự như kênh cho thuê:
1. Thuê bao gọi nhà cung cấp yêu cầu kênh PVC
2. Thuê bao đưa địa chỉ đích, tốc độ bít yêu cầu và thời gian sử dụng
3. Network Operator – điện thoại viên đưa các thông tin này qua thiết bị kết cuối (Terminal)
để thiết lập kênh tương tự như điện thoại viên bình thường
4. Kênh nối được trực thiết lập
5. Thuê bao trả tiền theo qui định thuê kênh hay theo chi tiết cuộc gọi
Như vậy đỗi với hình thức PVC tương tự như thủ tục thuê kênh truyền thống nhưng nó có
các ưu điểm sau:
 Gần như thời gian thực
 Độ rộng băng theo yêu cầu
 Không có thủ thiết lập cuộc gọi
 Nailed-up conection nghĩa là luôn luôn có mạch nối giữa các điểm yêu cầu
 Dễ mở rộng hay giải phóng đường nối
b) SVC kênh ảo chuyển mạch.
GV. PHAN THỊ THANH NGỌC
Page 10

12. Hình 9: SVC mạng ATM
Đối với phương thức này, khi cuộc gọi thiết lập, mạch sẽ được gán cho người dùng và dành
riêng cho người dùng.
Quá trình thiết lập:
- Thuê bao chủ nhấc máy gọi và quay số
- ATM-hub (trung tâm ATM) cuộc gọi hướng tới, nó thích ứng các thông tin báo hiệu
vào tế bào ATM; kiểm tra tốc độ bít yêu cầu.
- Các tế bào ATM báo hiệu qua mạng tới đích để thiết lập nối.
- ATM – hub đích: khi tế bào tới đích, ATM hub phía đích sẽ gửi các tế bào ngược lại
với các thông tin về kênh ảo để thiết lập kênh nối.
- Tế bào quay lại với chủ gọi, ATM-hub gán cho các tế bào các giá trị VCI thích hợp
và mạng bây giờ biết định tuyến cụ thể. Quá trình thiế lập xong.
7.Các yêu cầu đối với ATM
- Để phù hơp với việc truyền tín hiệu thời gian thực thì ATM phải đạt độ trễ đủ nhỏ thì đô
dài của các tế bào phải ngắn hơn độ dài các gói thông tin trong chuyển mạch gói.
- Các tế bào phải có đoạn mào đầu nhỏ nhất làm tăng hiệu quả sử dụng vì các đường
truyền có tốc độ rất cao.
- Để đảm bảo độ trễ đủ nhỏ thì các tế bào được truyền ở những khoảng thời gian xác định
không có khoảng cách giữa các tế bòa
-Trong ATM thứ tự các tế bào ở bên phát và bên thu phải giống nhau ( đảm bảo nhất
quán về thứ tự).
GV. PHAN THỊ THANH NGỌC
Page 11