Đồ án Công nghệ ATM giải pháp truyền dẫn của mạng B-ISDN

gói tin như thế nào là do các nút mạng đảm nhiệm. Nó có thể thực hiện như sau: _ Sử dụng lưu đồ dữ liệu – Data Gram: các nút mạng sẽ chọn đường cho các gói tin đi tới đích mà không cần phải theo thứ tự, khi các gói tin đến trạm đích phải thực hiện sắp xếp lại các gói tin theo chỉ số của nó. _ Sử dụng mạch ảo – Virual Circuit: tín hiệu cầu (request) sẽ được gửi tới nút mạng gần nhất khi có yêu cầu truyền. Nút mạng sẽ tìm đường đi giữa các nút để đi đến trạm đích, nếu trạm đích chấp nhận dữ liệu thì sẽ gửi tín hiệu trả lời chấp nhận (accept). Lúc này giữa hai nút mạng Nguồn và Đích tồn tại đường ảo duy nhất để trao đổi dữ liệu với nhau. Khi kết thúc thì giải phóng liên kết đó và có thể hình thành liên kết khác. 1.1.4.5. Công nghệ truyền tải STM (Synchrounnous Transfer Mode). Thực hiện việc truyền tải bằng cách phân bố các khe thời gian trong một cấu trúc tuần hoàn gọi là một klhung cho một dịch vụ với khoảng thời gian cho một cuộc nối. Cấu trúc khung thời gian như sau: Hình 1.2 Cấu trúc khung thời gian Khi một khe thời gian đã được gắn cho một kênh nhất định thì khe thời gian đó sẽ dành riêng cho cuộc nối đó, đảm bảo cung cấp thông tin một cách liên tụcvới tốc độ cố định. STM không linh hoạt trong việc phân bố độ rộng băng thông - điều cần thiết cho phần lớn các dịch vụ băng rộng của B-ISDN và độ rộng của băng thông là cố định nên rất hạn chế, không thích hợp với mạng B. 1.1.4.6. Công nghệ truyền tải PTM (Packet Transfer Mode). Với công nghệ truyền tải PTM số liệu được đóng thành các gói lớn gồm rất nhiều byte, kích thước của các gói có thể thay đổi được tuỳ theo nhu cầu truyền nhưng không được vượt quá một giá trị giới hạn (khoảng 4048 byte). Các gói tin được gửi tới nút mạng như một chuỗi các bit liên tục và nó chiếm toàn bộ băng thông của đường truyền, nút mạng sẽ kiểm tra xem đường truyền nào rỗi thì gửi tin theo đường truyền đó. Trên mỗi gói có số hiệu nhận dạng đường để cho nút mạng nhận biết nút Nguồn và Đích của gói, từ đó chuyển tiếp gói tin đến đích đúng thứ tự. Phương pháp này sử dụng băng thông hiệu quả hơn STM, vì khi một đường truyền rỗi thì các đường khác có thể dùng nó cho việc truyền tải thông tin của mình. Tuy nhiên thời gian trễ lớn do đó không thích hợp với dịch vụ thời gian thực. Xuất phát từ những hạn chế của các công nghệ truyền dẫn trên. ITU-T đã nghiên cứu và chọn công nghệ ATM là giải pháp truyền dẫn cho mạng băng rộng B-ISDN. 1.2. kỹ thuật mạng b-isdn. 1.2.1. Nền tảng kỹ thuật mạng B-ISDN. Do B-ISDN có khả năng cung cấp những dịch vụ có đặc điểm khác nhau nên một số công nghệ cơ bản được đòi hỏi để hiện thực hoá . Thứ nhất: xử lý tốc độ cao và công nghệ môI trường , truyền dẫn băng rộng và công nghệ chuyển mạch băng rộng; chúng được yêu cầu là bởi vì các tín hiệu của dịch vụ băng rộng và tốc độ cao được sử dụng rộng rãi. Vả lại việc cải thiện công nghệ và thiết bị xử lý video là cần thiết bởi vì các dịch vụ chính của B-ISDN là các loại dịch vụ video khác nhau. Hơn thế nữa, công nghệ mạng thông tin đối với những vấn đề trên đây là cần thiết, bởi vì các dịch vụ tốc độ thấp/tốc độ cao được cung cấp và các dịch vụ chế độ gói đồng tồn tại. Những công nghệ cơ bản này đã được phát triển và được nâng cấp liên tục nhằm đáp ứng một cách đầy đủ nhu cầu về các dịch vụ băng rộng càng ngày càng tăng. Thứ hai: công nghệ thông tin quang đã được nâng cao, suy hao của cáp sợi quang đã được giảm xuống thấp hơn 0.5 dB/Km và giá cả của các phần tử bức xạ/thu ánh sáng đã sụt xuống khá nhanh chóng. Hơn nữa công nghệ về mạng tích hợp và công nghệ chế tạo các cấu kiện cũng đã rất tiên tiến. Các phần tử Silíc lưỡng cực hoặc GaAs được phát triển một cách thành công có khả năng thực hiện việc xử lý tốc độ cao (hàng trăm Mbit/s hoặc Gbit/s) và CMOS có khả năng xử lý mức 150 Mbit/s. Thứ ba: việc nén, chuyển đổi và tái tạo các tín hiệu dịch vụ khác nhau đã trở nên dễ dàng do phát triển công nghệ xử lý tín hiệu. Vả lại việc thu thập, thay đổi và xử lý các tín hiệu dịch vụ đã trở nên dễ dàng hơn nhờ phát triển công nghệ máy tính. Qua việc sử dụng công nghệ nói trên, cùng với công nghệ VLSI, các thiết bị đầu cuối khách hàng hiệu quả đã được phát triển. Thêm vào đó, các thiết bị đầu cuối B-ISDN được sử dụng cho các thiết bị video khác nhau đã được triển khai một cách thành công và được sử dụng với các monitor TV chất lượng cao, cùng với các camera video có độ nhạy cao. Mặt khác, các hoạt động tiêu chuẩn hoá của ISDN theo sáng kiến của ITU-T trong những năm 1980 đã ảnh hưởng đến rất nhiều hoạt động nghiên cứu về sự liên kết các loại tín hiệu dịch vụ khác nhau cũng như việc số hoá mạng thông tin và đã đóng góp vào sự phát triển công nghệ thông tin. 1.2.2. Sơ đồ cấu trúc chức năng và đặc điểm kỹ thuật của mạng B. 1.2.2.1. Sơ đồ cấu trúc chức năng. _ LCF (Local Function Câpbility): Các chức năng được cung cấp bởi nút chuyển mạch cục bộ. _ TE (Terminal Equipment): Thiết bị đầu cuối. Hình 1.3 Sơ đồ cấu trúc chức năng của B-ISDN. Đặc điểm kỹ thuật của B-ISDN. Các đặc điểm chính của hệ thống B-ISDN được ITU-T đưa ra trong khuyến nghị I.327, theo đó thì các khả năng về báo hiệu và truyền dẫn của B-ISDN gồm: + Khả năng cung cấp các dịch vụ băng rộng. + Khả năng cung cấp dịch vụ cho N-ISDN với tốc độ cơ sở là 64 Kb/s. + Cung cấp các chức năng báo hiệu từ người sử dụng tới mạng. + Cung cấp các chức năng giữa các nút mạng. + Cung cấp các chức năng báo hiệu từ người sử dụng tới người sử dụng. Kỹ thuật liên kết mạng trong B-ISDN. 1.2.3.1 Mô hình sắp xếp các lớp mạng của B-ISDN Các lớp mạng của B-ISDN được trình bày trên hình sau: Hình 1.4 Cấu trúc phân lớp của B-ISDN. Lớp vật lý. Trong kỹ thuật liên kết mạng lớp vật lý bao gồm ba mức: * Mức đường truyền dẫn: liên kết các phần tử có chức năng lắp ghép hoặc tháo thông tin hữu ích (Payload) (trong hệ thống truyền dẫn, thông tin hữu ích cùng với các thông tin điều khiển tạo ra một khung truyền dẫn hoàn chỉnh). * Mức nhóm / tách số: bao gồm các phần tử có nhiệm vụ nhóm hoặc tách dòng bit liên tục. * Mức phát: là một phần của mức nhóm tách số, nó có nhiệm vụ truyền tín hiệu giữa hai điểm kế nhau. Lớp ATM. Lớp ATM bao gồm hai mức: * Mức kênh ảo: là mức có chức năng truyền đơn hướng các tế bào ATM tương ứng với một giá trị nhận dạng chung duy nhất VCI * Mức đường ảo: là mức có chức năng truyền đơn hướng các tế bào ATM thuộc về nhiều kênh ảo khác nhau nhưng lại có chung một giá trị nhận dạng đường ảo VPI. Chương II công nghệ atm 2.1. Giới thiệu chung về ATM. Theo ITU – T, thì B- ISDN hoạt động dựa trên cơ sở kiểu truyễn không đồng bộ ATM (Asynchronous Tranfer Mode). Như vậy ATM là công nghệ sẽ làm thay đổi bộ mặt ngành viễn thông trong tương lai. 2.1.1. Khái niệm về 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 theo thời gian. Trong kiểu truyền không đồng bộ tồn tại hai thuật ngữ: * Thuật ngữ “ truyền ” bao gồm cả lĩnh vực truyền dẫn và chuyển mạch trong đó “ dạng truyền ” ám chỉ cả chế độ truyền dẫn và chuyển mạch thông tin trong mạng. * Thuật ngữ “ không đồng bộ ” giải thích cho một kiểu truyền thông, trong đó các gói tin trong cùng một cuộc nối có thể lặp đi lặp lại một cách bất thường như chúng được tạo ra theo yêu cầu cụ thể mà không theo chu kỳ. 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. 2.1.2. Các đặc điểm của ATM. ATM truyền tải theo phương thức không đồng bộ, tức là các thông tin được truyền từ đầu phát tới đầu thu một cách không đồng bộ và được thể hiện như sau: thông tin xuất hiện tại đầu vào của hệ thống được nạp vào các bộ nhớ đệm, sau đó chúng được chia nhỏ thành các tế bào và truyền tải qua mạng. ATM có hai đặc điểm quan trọng là: Thứ nhất: ATM sử dụng các gói có kích thước nhỏ và cố định gọi là 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 sẽ tạo điều kiện cho việc hợp kênh ở tốc độ cao được dễ dàng hơn. Thứ hai: ATM còn có một đặc điểm rất quan trọng là nhóm một vài kênh ảo thành một đường ảo mhằm giúp cho việc định tuyến được dễ dàng. Phương thức truyền tải trong ATM gần giống với phương thức chuyển mạch gói. Và nó có một số đặc điểm khác với chuyển mạch gói như sau: Để phù hợp với việc truyền tín hiệu thời gian thực thì ATM phải đạt độ trễ đủ nhỏ, tức là các tế bào phải có độ dài ngắn hơn các gói thông tin trong chuyển mạch gói. Các tế bào có đoạn mào đầu nhỏ nhất nhằm 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 trống giữa các tế bào. Trong ATM thứ tự các tế bào ở bên phát và bên thu phải giống nhau (đảm bảo nhất quán về thứ tự). Những đặc điểm này giúp cho mạng ATM có sự mền dẻo và linh hoạt vì nó có thể tạo ra sự tương thích về mặt tốc độ truyền của các tế bào (tốc độ của thông tin) và tốc độ của thông tin được tạo ra (tốc độ thay đổi nguồn tín hiệu). ATM có thể điều khiển tất cả các kiểu lưu lượng: Voice, Audio, Video, Text, Data..., được ghép kênh và chuyển mạch trong một mạng chung. Trong mạng ATM độ rộng băng có thể gán lại trong thời gian thực cho bất kì kiểu lưu lượng khác nhau nào theo yêu cầu, có thể thấy rằng đây là một công nghệ cho mọi môi trường LAN, GAN, PSTN... Đây là nguyên nhân nổi bật làm cho ATM được lựa chon làm công nghệ chuyển mạch và truyền dẫn chung cho các dịch vụ trong mạng B-ISDN. Các tính năng ưu việt của ATM và môi trường ATM là: Ghép kênh không đồng bộ (ATDM) và thống kê cho mọi kiểu lưu lượng. Gán độ rộng kênh rất linh hoạt và mềm dẻo. Giảm các mạng riêng. Chấp nhận mạng hiện có nhờ kết nối chúng với mạng ATM mới. Tốc độ truy cập cao (155 Mbt/s – 16 Gbt/s) Tiết kiệm giá thành OA&M (Operation Administrantion and Maintenance) nhờ công nghệ cao và đồng nhất. Bản chất của ATM là liên kết truyền các tế bào với các thông tin được tạo ra và ATM cung cấp khả năng ghép kênh “thống kê” với đường truyền. Do đó trong ATM đã tận dụng được dung lượng truyền dẫn trong các thời điểm có “hoạt động thấp” của nguồn thông tin với thay vì truyền đi các tế bào “không có ích”, là các tế bào truyền đi trong khoảng thời gian này, sẽ có các nguồn thông tin khác nhau được thay thế. Trong trường hợp có nhiều nguồn thông tin được thay đổi (VBR) truyền đi trên cùng một đường truyền thì khả năng ghép kênh “thống kê” là rất cao. Tế bào ATM có kích thước cố định và kết hợp với ghép kênh, giúp cho việc tổ hợp nhiều nguồn tín hiệu khác nhau trên một đường truyền được dễ dàng, từ đó các nhà khai thác có thể cung cấp nhiều dịch vụ cho khách hàng trên cùng một đường truyền. Tuy nhiên ATM không phải không có nhược điểm: _ Thời gian tổ hợp tế bào và trễ biến động tế bào. _ Trễ biến động tế bào sinh ra bởi các giá trị trễ khác nhau tại những điểm chuyển mạch và các thiết bị tách/ghép kênh, dẫn đến khoảng cách các tế bào bị thay đổi. Trong tín hiệu thoại sẽ bị ảnh hưởng rất nhiều nếu xảy ra trễ này. Hình 2.1 Mô tả sự biến đổi trễ của tế bào 2.1.3. Cấu trúc tế bào ATM Cấu trúc một tế bào ATM Hình 2.2 Cấu trúc một tế bào ATM Đặc điểm của ATM là hướng liên kết nên khác với chuyển mạch gói là địa chỉ nguồn, đích và số thứ tự các gói tin là không cần thiết. ATM cũng không cung cấp cơ chế điều khiển luồng giữa các nút mạng nhưng có khả năng nhóm một vài kênh ảo thành một đường ảonhằm giúp cho việc định tuyến được dễ dàng hơn. Vì vậy chức năng cơ bản của phần tiêu đề trong tế bào ATM là nhận dạng các cuộc nối ảo. Dựa vào cấu trúc phân cấp ATM theo sơ đồ: Mạng công cộng Mạng công cộng NNI (Giao diện giữa các nút mạng) Mạng riêng Mạng riêng Các trạm kết cuối sử dụng Các trạm kết cuối sử dụng Các trạm kết cuối sử dụng Các trạm kết cuối sử dụng UNI (Giao diện mạng - khách hàng) Hình 2.3 Cấu trúc phân cấp ATM Tương ứng với hai cấp giao diện trên, người ta đưa hai dạng cấu trúc phần tiêu đề tương ứng: + Cấu trúc phần tiêu đề giao diện giữa người sử dụng và mạng UNI. + Cấu trúc phần tiêu đề giao diện giữa các nút mạng NNI. * Cấu trúc tế bào ATM tại UNI GFC VPI VPI VCI VCI VCI PT CLP HEC Phần mang thông tin của người sử dụng 48 byte Bit 8 7 6 5 4 3 2 1 1 2 3 4 5 . . . . . . 53 Byte VPI VPI VCI VCI VCI PT CLP HEC Phần mang thông tin của người sử dụng 48 byte Bit 8 7 6 5 4 3 2 1 Octet 1 2 3 4 5 . . . . . . 53 Byte * Cấu trúc tế bào ATM tại NNI Hình 2.4 Cấu trúc tiêu đề tế bào ATM ý nghĩa các trường trong phần tiêu đề. _ GFC ( General Flow control) là trường điều khiển luồng chung. Trường này chỉ dùng cho giao diện UNI trong cấu hình Điểm - Điểm, có độ dài gồm 4 bit, trong đó 2 bit dùng cho điều khiển và 2 bit dùng làm tham số. Cơ cấu này đã được tiêu chuẩn hóa. _ VPI (Virtual Path Identyfier) và VCI ( Virtual Channel Identyfier) là hai trường định tuyến cho các tế bào trong quá trình chuyển mạch: Với UNI thì có 8 bit VPI và 16 bit VCI. Với NNI thì có 12 bit VPI và 16 bit VCI. _ Hai trường này ghi nhận dạng luồng ảo và kênh ảo. Đặc tính cơ bản của ATM là chuyển mạch xảy ra trên cơ sở giá trị trường định tuyến: Nếu chuyển mạch xảy ra trên VPI thì gọi là kết nối đường ảo. Nếu chuyển mạch xảy ra trên VPI và VCI thì gọi là kết nối kênh ảo. _ PT ( Payload Type) là trường tải thông tin để xác định xem tế bào này mang thông tin khách hàng hay thông tin điều khiển. Nó cũng xác định quá tải của tế bào thông tin khách hàng. Trường này có ở cả hai giao diện và có độ dài 3 bit. _ CLP ( Cell Loss Prioryti) là trường ưu tiên bỏ tế bào dùng để chỉ ra khả năng cho phép hoặc không cho phép bỏ các tế bào khi có hiện tượng quá tải xảy ra. Nếu các tế bào có CLP = 0 thì có mức ưu tiên cao Nếu các tế bào có CLP = 1 thì có mức ưu tiên thấp Trường này chỉ nhận hai giá trị “0” hoặc”1” nên có độ dài 1 bit và tồn tại ở cả hai giao diện. _ HEC (Heacler Error Check) là trường kiểm tra lỗi phần tiêu đề. Trường này có độ dài 8 bit. Nó dùng để phát hiên lỗi ghép bit và sửa lại cho đúng các lỗi ghép bit đơn đó. Công việc này được thực hiện ở lớp vật lý. 2.1.4. Kỹ thuật ghép kênh trong ATM Nhựoc điểm cơ bản của STM là lãng phí khả năng truyền tải của hệ thống và khó xử lý đồng thời tất cả các dịch vụ yêu cầu (thậm chí không thể xử lý được) có tốc độ dòng bit rất khác nhau. Khảo sát sơ bộ kỹ thuật dùng trong chế độ truyền tải đồng bộ STM là kỹ thuật ghép kênh theo thời gian đồng bộ STDM (Synchronous Time Divission Multiplexing). STDM thực hiện ghép kênh đồng bộ với đồng bộ hệ thống vì các khung tín hiệu phải bố trí sắp xếp theo một thứ tự cố định và lặp lại theo một chu kỳ hoàn toàn xác định bởi đồng hồ hệ thống . Mỗi khe thời gian Tsi của một khung được gán cho một kênh liên lạc cố định trong suốt thời gian của quá trình thông tin, do vậy thường xảy ra lãng phí nguồn tài nguyên vì kênh đã gán dành riêng cho một quá trình thông tin thì cho dù nó không được sử dụng (khi không có thông tin để truyền) cũng không thể dùng cho các quá trình thông tin khác. Hình 2.5 So sánh STDM và ATDM Khác với chế độ ghép kênh đồng bộ, trong kỹ thuật ghép kênh không đồng bộ ATDM (Asynchronous Time Divission Multiplexing) không còn nhiệm vụ gán khe thời gian cho các quá trình thông tin cụ thể nữa mà cứ có bất kỳ khe thời gian nào rỗi thì ATDM ghép gói tin cần truyền vào. Nói cách khác, ATDM đã thực hiện kỹ thuật ghép kênh thống kê, nghĩa là các gói tin chuẩn của nguồn tin có thể ghép vào đồng thời nhiều khe thời gian có chỉ số khe khác nhau và do vậy ATDM đạt được độ mềm dẻo, linh hoạt, hiệu quả cao với nhiều kiểu dịch vụ, ở mọi tốc độ bit và kiểu lưu lượng khác nhau. Giải pháp kết hợp các ưu điểm, khắc phục các nhược điểm của kỹ thuật chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói, sử dụng ATDM sẽ có khả năng đáp ứng tốt các yêu cầu trong B-ISDN là vấn đề chủ yếu của công nghệ truyền tải không đồng bộ ATM. Như đã trình bày, thuật ngữ “truyền” bao gồm cả lĩnh vực truyền dẫn và chuyển mạch trong mạng, mạng ATM có khả năng chỉ gửi số liệu liên quan tới một cuộc nối khi nó có thực sự có số liệu cần truyền và không có khe thời gian gán riêng cho cuộc nối đó. Điều này hoàn toàn khác so với cơ chế “đồng bộ” khi ứng với cuộc nối cần phải có một khe thời gian dành riêng xác định, vì máy thu STM không thể khôi được thông tin chứa trong các khe thời gian khác. 2.1.5. Nguyên lý cơ bản của ATM Nguyên lý cơ bản của ATM là kết hợp các ưu điểm của chuyển mạch kênh với chuyển mạch gói và ATDM. Trong công nghệ kỹ thuật chuyển mạch gói, ví dụ trong giao thức X.25 các gói tin có phần tiêu đề khá phức tạp, kích thước khá lớn và không chuẩn hoá độ dài gói tin. Như vậy có nghĩa là xử lý ở chuyển mạch gói tương đối khó, kích thước lớn nên độ trễ lớn, xử lý và truyền dẫn chậm đồng thời khó quản lý quá trình. Khắc phục nhược điểm này của chuyển mạch gói ở ATM người ta tạo ra các gói tin gọi là “tế bào ATM”, nó được chuẩn hoá khích thước và định dạng cho phù hợp nhất, dễ quản lý nhất, hiệu quả nhất và tiêu đề đơn giản nhất. Thật vậy đôi khi cách tốt nhất để quản lý lượng thông tin lớn là chia thành các gói tin nhỏ nhờ vậy dễ quản lý hơn. ATM không quan tâm thông tin là cái gì và nó từ đâu đến. Đơn giản là ATM cắt bản tin cần phát thành các tế bào ATM có kích thước nhỏ và bằng nhau, gán tiêu đề cho các tế bào sao cho có thể định hướng chúng tới được đích mong muốn, đảm bảo các yêu cầu trong suốt quá trình truyền tin. Mõi tế bào này theo ITT-T đưa ra kích thước là 53 byte, trong đó có 5 byte tiêu đề và 48 byte trường thông tin. Trường thông tin mang thông tin của khách hàng và phần tiêu đề gọi là “mào đầu” mang thông tin mạng như thông tin định tuyến. Vì đi trên cùng một đường truyền nên có thể có nhiều tế bào từ các nguồn tín hiệu khác nhau ghép lại với nhau tạo nên một luồng tế bào có chung một nguồn tín hiệu. Việc này được thực hiện bằng thông tin ở mào đầu của tế bào. Hình 2.6 Cấu trúc nguyên lý dạng tế bào. Với trường thông tin thì được truyền tải thông suốt qua mạng ATM và không bị xử lý trong quá trình vận chuyển (không có điều khiển lỗi như trong chuyển mạch gói). Tóm lại: ATM là chế độ truyền tải các gói tin không đồng, nó khác chế độ chuyển mạch gói nhưng nói chung ATM có đặc trưng của chuyển mạch gói đồng thời cũng có các đặc tính trễ và tốc độ cao như cônng nghệ chuyển mạch kênh (vì kích thước nhỏ và tiêu đề đơn giản hơn chuyển mạch gói nhiều). 2.1.6. Cấu trúc phân lớp của mạng ATM Theo mô hình tham chiếu liên kết hệ thống mở OSI (Open System Interconnection ) của tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế ISO ( International Standrd Organization ). Mỗi hệ thống mở đều có các hệ thống con được sắp xếp theo thứ tự. Hình 2.7 Mô hình phân lớp OSI Hình 2.8 Mối quan hệ giữa các thực thể và các lớp trong OSI Một PDU lớp N bao gồm thông tin điều khiển giao thức PCI ( Protocol Control Information ) lớp N và số liệu tới từ lớp N+1 thông tin điều khiển trao đổi giữa các thực thể lớp N. Hình 2.9 Các kiểu đơn vị số liệu và quan hệ giữa chúng 2.1.7. Lựa chọn độ dài cho tế bào. 2.1.7.1. Lựa chọn độ dài cố định hoặc thay đổi. Việc lựa chọn độ dài tế bào cố định hay thay đổi được quyết định sau khi cân nhắc các ưu nhược điểm của những phương án này thông qua một loạt các yếu tố như hiệu suất băng truyền, trễ, tốc độ và độ phức tạp tại nút chuyển mạch. Về mặt hiệu suất băng truyền. Ta có công thức chung để tính hiệu suất băng truyền: Số byte thông tin η = ——————————————— Số byte thông tin + Số byte tiêu đề * Trường hợp độ dài gói cố định: Trong trường hợp độ dài tế bào ATM cố định, hiệu suất băng truyền được tính theo công thức: X ηF = ——————— X (int — )( L + H) L Trong đó: nF : Hiệu suất băng truyền của tế bào có độ dài cố định. L: Kích thước trường số liệu của gói tính bằng byte. H: Kích thước phần tiêu đề tế bào. X: Tổng số byte thông tin hữu ích được truyền đi. Int(z): Phần nguyên của z. Như vậy hiệu suất sẽ là tối ưu khi toàn bộ thông tin được truyền đi chia hết cho kích thước trường thông tin: X X — = int — L L Lúc đó giá trị hiệu suất băng truyền sẽ là: L ηFopt = ——— L + H Người ta nhận thấy rằng hiệu suất phụ thuộc rất nhiều vào các byte thông tin hữu ích được truyền đi. Số byte thông tin càng nhiều thì hiệu suất tối ưu càng dễ đạt được. Do luồng thông tin trong ATM gồm tiếng nói, tín hiệu video, số liệu tốc độ cao nên hiệu suất gần đạt được giá trị tối ưu, kể cả khi sử dụng tế bào có độ dài cố định. * Trường hợp độ dài gói thay đổi: Đối với gói có độ dài thay đổi, các thông tin bổ sung vào phần tiêu đề bao gồm các “cỡ” để nhận biết giới hạn gói, một vài bit được chèn thêm vào để nhận biết các cỡ chính xác. Ngoài ra còn phải cộng thêm vào phần đầu khung phần báo hiệu độ dài gói, lúc đó hiệu suất là: X ηv = ————— X + H + hv Trong đó hv là phần thông tin bắt buộc phải bổ sung thêm để báo hiệu độ dài thay đổi của gói ATM. Hiệu suất truyền của gói có độ dài thay đổi là rất cao, với các gói có độ dài lớn hiệu suất này đạt gần tới 100%. Về mặt tốc độ chuyển mạch và độ phức tạp. Độ phức tạp của việc chuyển mạch các gói có độ dài cố định hay thay đổi phụ thuộc vào những chức năng mà chúng cần thực hiện cũng như yêu cầu kỹ thuật tương ứng với các chức năng này. Hai yếu tố quan trọng nhất là: tốc độ hoạt động và yêu cầu về kích thước bộ nhớ của hàng đợi. * Tốc độ hàng đợi: Phụ thuộc vào số lượng các chức năng cần thực hiện và thời gian thực hiện các chức năng đó. * Xử lý phần tiêu đề: Đối với các gói có độ dài cố định, khoảng thời gian cần thiết để xử lý phần tiêu đề là cố định. Trong trường hợp gói có độ dài thay đổi, thời gian xử lý này không cố định mà phụ thuộc vào độ dài của gói, thông thường tốc độ xử lý cần lớn hơn rất nhiều mới đạt được tốc độ truyền tin như trong trường hợp gói có độ dài cố định. Kích thước càng nhỏ thì yêu cầu tốc độ xử lý càng lớn. Bảng thể hiện tốc độ xử lý cần thiết trong hai trường hợp ở tốc độ 150 Mb/s. Ta thấy là tốc độ trong trường hợp độ dài gói thay đổi yêu cầu lớn hơn rất nhiều so với trường hợp độ dài gói cố định. * Quản lý bộ nhớ của hàng đợi: Trong trường hợp kích thước gói cố định, hệ thống quản lý bộ nhớ có thể đưa ra các khối nhớ với kích thước cố định tương ứng với kích thước của tế bào ATM. Hoạt động này hết sức đơn giản như trong trường hợp quản lý bộ nhớ tự do. Trong trường hợp gói có độ dài thay đổi, hệ thống quản lý bộ nhớ phải có khả năng đưa ra các khối bộ nhớ có kích thước khác nhau sao cho các hoạt động như tìm các đoạn thông tin, tìm đoạn đầu tiên,… được tiến hành ở tốc độ cao. Việc quản lý bộ nhớ cũng trở nên phức tạp hơn. * Yêu cầu về kích thước hàng đợi: Trong trường hợp độ dài gói cố định, yêu cầu về kích thước hàng đợi phụ thuộc vào tải và tỷ lệ mất gói tải, tỷ lệ mất gói tải càng lớn thì thì yêu cầu hàng đợi cũng phải càng lớn. Trong trường hợp gói có độ dài thay đổi, tính toán kích thước hàng đợi phức tạp hơn nhiều và sẽ phụ thuộc vào độ dài gói. Đơn giản nhất là định kích thước hàng đợi tương ứng với gói có độ dài lớn nhất, lúc đó kích thước hàng đợi sẽ trở nên lớn hơn rất nhiều so với trường hợp gói có độ dài cố định. Việc tính toán kích thước hàng đợi một cách tối ưu trong trường hợp này sẽ rất khó khăn. Kết luận: Sau khi đối chiếu với yêu cầu về tốc độ hoạt động và kích thước hàng đợi, giải pháp gói có kích thước cố định là hợp lý nhất đối với các dịch vụ băng rộng. Trễ. Kích thước của gói trong ATM cần phải giới hạn để không phát sinh ra trễ trong mạng. Trễ tiếng nói sẽ rất lớn nếu kích thước gói lớn. Hình … minh hoạ một Multiplexer hợp kênh các đường truyền số liệu khác nhau vào bộ chuyển mạch, các gói số liệu trong trường hợp này có kích thước thay đổi. Đầu vào phía trên là một mẫu tiếng nói được truyền cho thời gian thực, đầu vào phía dưới là một gói số liệu rất dài. Do mẫu tiếng nói tới sau gói số liệu một chút nên phải đợi số liệu truyền xong mới tới lượt nó được truyền tới đầu ra. Nếu gói số liệu quá dài thì mẫu tiếng nói sẽ bị trễ đáng kể. Ngược lại, nếu sử dụng các tế bào nhỏ và cố định thì trễ sẽ giảm xuống tới một giá trị chấp nhận được. Hình2.10. a) Gói có kích thước nhỏ bị trễ sau gói lớn. b) Gói có kích thước bé và cố định trong ATM đảm bảo trễ đủ nhỏ. Kết luận. Trong mạng băng rộng, các ứng dụng chính được sử dụng là tiếng nói, tín hiệu video, số liệu gói. Lợi ích thu được về mặt hiệu suất truyền đối với các gói có kích thước thay đổi nhỏ hơn rất nhiều so với lợi ích thu được khi sử dụng các gói có kích thước cố định nếu so sánh về mặt tốc độ hoạt động và độ phức tạp. Mặt khác nếu sử dụng tế bào có kích thước thay đổi thì độ dài của các tế bào này không thể tuỳ ý mà còn rất bị hạn chế để đảm bảo trễ nhỏ. Do đó vào năm 1988 ITU-T chọn giải pháp sử dụng tế bào ATM có kích thước cố định. 2.1.7.2. Lựa chọn kích th