Trình bày các ứng dụng của công nghệ ATM và đặc biệt là ứng dụng trong mạng ATM-LAN.

§å ¸n tèt nghiÖp

LỜI NÓI ĐẦU

Nhu cầu về giao tiếp trao đổi thông tin đối với loài người trỏ nên không thể thiếu

trong cuộc sống hàng ngày và nhu cầu ấy ngày càng tăng cùng với sự phát triển rất

cao của trí tuệ loài người. Bắt đâu từ chiếc máy điện thoại, là một sự nhảy vọt lớn

trong thông tin của loài người, con người dần dần tiến tới việc truyền dữ liệu chữ,

truyền số liệu đi từ điểm này tới điểm khác. tiếp đó là việc truyền hình ảnh làm con

người gắn bó với nhau hơn và bây giờ người ta muốn dùng tất cả các loại thông tin

khác nhau như tiếng nói, hình ảnh, số liệu trong cùng một lúc( như cầu truyền hình)

truyền từ một điểm đến nhiều điểm hoặc từ một điểm đến một điểm. Cứ mỗi lần như

vậy, cùng với sự tiến bộ trong thông tin, những hệ thống thông tin cùng với sự cung

cấp cho nó ngày càng lớn dần lên, nó đã và đang đặt ra những thách thức mới về mặt

quản lý cho con người.

Mạng dịch vụ tổ hợp số băng hẹp N - ISDN ra đời vào đầu những năm 80 như là

một cứu cánh cho sự phát triển này. Nó cho phép một mạng có thể cung cấp tất cả các

dịch vụ hiện có. Tuy nhiên, sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin và nhu

cầu trao đổi thông tin ngày càng tăng nhanhvà đa dạng hoá của xã hội đòi hỏi phải

cấp bách các dịch vụ truyền ảnh bao gồm cả ảnh tĩnh và ảnh động chất lượng cao và

truyền số liệu, truyền file tốc độ siêu cao mà chúng yêu cầu tốc độ bít tới vài trăm

Mb/s, thậm chí tới hàng chục Gb/s. Nói chung mạng ISDN băng hẹp không thể đáp

ứng, thoả mãn được các yêu cầu bổ xung nêu trên. một mạng viễn thông thống nhất

đáp ứng tất cả các loại hình dịch vụ viễn thông và xử lý tin với tốc độ yêu cầu rất

khác nhau từ một vài Kb/s đến hàng chục Gb/s, thậm chí hàng Tb/s gọi là mạng số

liên kết đa dịch vụ băng rộng (B-ISDN) và chỉ có B- ISDN với có khả năng cung cấp

dịch vụ đa phương tiện. Ngày nay một số giải pháp kỹ thuật đã được đề xuất nhằm

cải thiện độ thực hiện của mạng viễn thông và tiến tới thực hiện B-ISDN.

Trong số các Công nghệ thông tin khác nhau phải kể đến công nghệ quan trọng nhất

đó là phương thức truyền không đồng bộ ( Asynchronous transfer Mode - ATM).

ATM có thể ứng dụng trong các môi trường khác nhau như mạng LAN, mạng WAN,

mạng công cộng, mạng cáp truyền hình. Do vậy ITU-T đã quyết định rằng kiểu

truyền không đồng bộ ATM sẽ là phương pháp truyền cho mạng B-ISDN trong tương

lai và đã đưa ra các khuyến nghị về ATM, đặt cơ sở cho mạng ATM cũng như phần

lớn các tham số của nó.

Tại Việt Nam hiện nay cùng với sự phát triển nhanh chóng của ngành Bưu chính

Viễn thông, công nghệ ATM cũng đã bắt đầu được chú trọng nghiên cứu nhằm đáp

ứng được những nhu cầu ngày càng tăng của xã hội. Bản đồ án này là một phần trong

quá trình nghiên cứu, tìm tòi nhằm tiến tới nhanh chóng áp dụng công nghệ mũi nhọn

này tại Việt Nam, nội dung chủ yếu là : nghiên cứu hệ thống ATM và ứng dụng

ATM trong mạng cục bộ (ATM-LAN).

Khoa ®iÖn- ®iÖn tö - 1

§å ¸n tèt nghiÖp

Đề án gồm hai phần :

Phần A: Trình bày lý thuyết chung về công nghệ truyền tải không đồng bộ ATM như

đặc điểm chung, các dịch vụ, các tính toán để thiết lập tham số ATM, các giao thức ở

các tiếp giáp khác nhau, chuyển mạch truyền dẫn.

Phần B: Trình bày các ứng dụng của công nghệ ATM và đặc biệt là ứng dụng trong

mạng ATM-LAN. Phần này tôi cố gắng trình bày trong phạm vi có thể về kiến thức

mạng ATM-LAN, ứng dụng quan trọng của ATM là mô phỏng ATM-LAN.

B-ISDN là một kỹ thuật rất mới, ATM- LAN cũng chưa được sử dụng rộng rãi do

còn một số vấn đề cần giải quyết, do đó bản đồ án không tránh khỏi một số thiếu sót

và nhiều vấn đề vẫn chưa được trình bày và giải quyết. Vì vật tôi rất mong được sự

góp ý và giúp đỡ của các thầy cô và các bạn.

Khoa ®iÖn- ®iÖn tö - 2

§å ¸n tèt nghiÖp

MỤC LỤC

Lời nói đầu.

Phần I: Cơ sở lý thuyết chung về công nghệ chuyển tải không đồng bộ ATM.

Chương I : ATM giải pháp cho các dịch vụ viễn thông băng rộng

1.1 Giới thiệu.

1.1.1 Các đặc điểm của mạng viễn thông ngày nay.

1.1.2 Sự ra đời của hệ thống viễn thông mới B- ISDN

1.2 Giới thiệu về ATM và khả năng của ATM.

1.2.1 Khái niệm cơ bản về ATM.

1.2.2 Các lĩnh vực công nghệ mới quyết định sự ra đời và phát

triển của ATM

Chưong II : Xây dựng các tham số cơ bản cho B-ISDN

2.1. Các tham số của hệ thống.

2.1.1.Tốc độ bit tự nhiên, tốc độ bit trung bình, tốc độ bit cực

đại và tốc đọ truyền dịch vụ của mạng

2.1.2. Các tham số đặc trưng cho chất lượng mạng.

2.2. Lựa chọn kiểu truyền cho B-ISDN.

2.2.1. chuyển mạch kênh

2.2.2.chuyển mạch kênh đa tốc độ

2.2.3 chuyển mạch kênh tốc độ cao

2.2.4. chuyển mạch gói.

2.2.5. dạng truyền không đồng bộ ATM.

2.3. Tính toán các tham số cơ bản cho ATM.

2.3.1. Độ trễ.

2.3.2. Tỷ lệ lỗi.

2.4. Xác định độ dại cho tế bào ATM.

2.4.1. Lựa chọn giữa hai giải pháp độ dài cố định hay thayđổi

2.4.2. Lựa chọn kích thước của tế bào ATM.

2.5. Tóm tắt.

Chương III : kỹ thuật mạng ATM

3.1. Mở đầu .

3.2. Đặc điểm kỹ thuật của B-ISDN

3.3. Kỹ thuật liên kết mạng trong B-ISDN

3.3.1. Mô hình sắp xếp các lớp mạng của B- ISDN

3.3.2. Một số khái niệm có liên quan đến kênh ảo và đường ảo

3.3.3. Các ứng dụng của cuộc nối kênh ảo và đường ảo.

3.4. Cấu trúc tế bào ATM.

3.4.1.Số liệu nhận dạng kênh ảo VCD và đường ảo VPI.

3.4.2 Kiểu tế bào.

3.4.3 CLP

Khoa ®iÖn- ®iÖn tö - 3

§å ¸n tèt nghiÖp

3.4.4HEC

3.4.5GFC

3.5 Nguyên lý chuyển mạch và báo hiệu trong ATM.

3.5.1 Nguyên lý chuyển mạch

3.5.2 Nguyên lý báo hiệu

3.6 Cấu trúc phân lớp của mạng ATM

3.6.1Tổng quan

3.6.2 Các lớp thấp trong B- ISDN

3.6.3 Các lớp cao trong B-ISDN

3.7 Mạng của người sử dụng và các vấn đề thông tin liên

mạng

3.7.1Đặc điểm giao diện UNI

3.7.2Mô hình mạng CN

3.8 Tóm tắt

Chương IV : hệ thống truyền dẫn trong ATM

4.1 Tổng quan

4.2 Các thiết bị truyền dẫn băng rông

4.2.1 Bộghép kênh SDH

4.2.2 Bộ phân kênh SDH

4.2.3 Bộ hân luồng thông tin đồng bộ

4.2.4 Bộ tập trung và bộ dãn ATM

4.2.5 Bộ nối xuyên ATM

4.2.6 Chuyển mạch ATM

4.2.7 Các khối dịch vụ

4.2.8 phần tử kết nối liên mạng IWU

4.3 Các chức năng truyền dẫn băng rộng

4.3.1 Tạo ra các tế bào ATM từ dong thông tin lên tục

4.3.2 Truyền dẫn tế bào ATM

4.3.3 Ghép kênh và tập trung dòng thông tin

4.3.4 Phân luồng và trung chuyển dòng tế bào

4.4 Mạng truyền dẫn SONET/SDH

4.5 Cấu trúc truyền dẫn băng rộng

4.5.1 Cấu trúc mạng địa phương

4.5.2 Câu trúc mạng trung kế

4.6 Tóm tắt

Phần B : tổng quan mô hình cấu trúc mạng băng rộng

Chương V : tổng quan về mô hình mạng ATM

5.1 Cấu trúc mạng cục bộ

Khoa ®iÖn- ®iÖn tö - 4

§å ¸n tèt nghiÖp

5.2 Phương tiện truyền

5.3 Quan hệ giữa phương tiện truyền và cấu trúc

5.4 Các giao thức điều khiển truy nhập phương tiện truyền

5.4.1Truy nhập ngẫu nhiên CSMA/CD

5.4.2Token BUS

5.4.3Token Ring

5.5 Kiến trúc ATM - LAN

5.6 Mô phỏng ATM - LAN

Chương IV : Mô phỏng mạng ATM-LAN

6.1 Tổng quan

6.2 Kiến trúc giao thức

6.3 Mô phỏng LAN

6.3.1 Giới thiệu

6.3.2 Client và Server trên LAN mô phỏng

6.3.3 Toàn cục của mô phỏng LAN

6.3.4 Dạng khung LAN mô phỏng

Khoa ®iÖn- ®iÖn tö - 5

§å ¸n tèt nghiÖp

CHƯƠNG I : ATM GIẢI PHÁP CHO CÁC DỊCH VỤ VIỄN THÔNG BĂNG RỘNG

1.1Giới thiệu.

1.1.1.Các đặc điểm của mạng viễn thông ngày nay.

Cho đến nay các mạng viễn thông là các mạng chuyên dụng, ứng với mỗi loại dịch vụ

thông tin lại có ít nhất một loại mạng viễn thông để phục vụ dịch vụ đó.

Ví dụ ;

• mạng telex : dùng để gửi các bức điện dưới dạng ký tự đã được mã 5 bit ( mã

Baudot). Tốc độ truyền rất thấp ( từ 75 đến 300 bit/s ).

• Mạng điện thoại công cộng : còn gọi là mạng POTS ( plain old telephone

service ), ở đây thông tin tiếng nói được số hoá và chuyển mạch qua hệ thống mạch

điện thoại công cộng PSTN ( Public switched telephone network )

• Mạng truyền số liệu bao gồm mạng truyền mạch gói để trao đổi giữa các máy tính

dựa trên các thủ tục X25 và mạng truyền số liệu chuyển mạch kênh X21.

• Các tín hiệu truyền hình có thể truyền theo 3 cách : truyền bằng sóng vô tuyến,

truyền qua hệ thống mạng truyền hình CATV ( community antenna TV) bằng cáp

đồng trục hoặc qua hệ thống vệ tinh, còn gọi hệ thống truyền hình trực tiếp DBS

( direct broadcast system ).

• Trong phạm vi cơ quan việc truyền số liệu giữa các máy tính được thực hiện bởi

mạng cục bộ LAN ( local area network ) mà nổi tiếng nhất là mạng Ethernet, token

bus và token ring

Mỗi mạng trên được thiết kế cho các dịch vụ riêng biệt và không thể sử dụng cho các

mục đích khác. Ví dụ : ta không thể truyền hệ thống nói qua mạng truyển mạch gói

X25 vì trễ qua mạng này quá lớn. 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 mạng viễn thông hiện tại có rất nhiều

nhược điểm mà quan trọng nhất là :

- Chỉ truyền được các dịch vụ độc lập tương ứng với từng loại mạng .

- Thiếu mềm dẻo : sự ra đời của các thuật toán nén tiếng nói, nén ảnh và tiến bộ

trong công nghệ VLSI ảnh hưởng mãnh mẽ tới tốc độ truyền tín hiệu.

Ngoài ra còn có nhiều dịch vụ truyền thông trong tương lai mà hiện nay chưa dự đoán

trước được, mỗi loại dịch vụ sẽ có tốc độ truyền khác nhau. Ta dễ dàng nhận thấy

rằng hệ thống hiện nay rất khó thích nghi yêu cầu của các dịch vụ khác trong tương

lai.

- Kém hiệu quả trong việc bảo dưỡng, vận hành cũng như việc sử dụng tài nguyên.

Vì tài nguyên sẵn có trong một mạng không thể chia sẻ cho các mạng khác cùng sử

dụng.

1.1.2.Sự ra đời của hệ thống viễn thông mới B- ISDN

Như đã nêu trên, yêu cầu có một mạng viễn thông duy nhất ngày càng trở nên bức

thiết, chủ yếu là do các nguyên nhân sau :

- Các yêu cầu dịch vụ băng đang tăng lên

Khoa ®iÖn- ®iÖn tö - 6

§å ¸n tèt nghiÖp

- Các kỹ thuật xử lý tín hiệu, chuyể mạch truyền dẫn ở tốc độ cao ( khoảng vài trăm

Mbit/s tới vài Gbit/s) đã trở thành hiện thực.

- Những tiến bộ về khả năng xử lý ảnh và số liệu

- Sự phát triển của mạng ứng dụng phền mềm trong lĩch vực tin học và viễn thông.

- 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. So với các mạng khác, dịch vụ

tổ hợp và mạng tổ hợp có nhiều ưu điểm về mặt kinh tế, phát triển, thực hiện vận

hành và bảo dưỡng.

- Sự cần thiết phải thoả mãn tính mền dẻo cho các yêu cầu về phía người sử dụng,

cũng như người quản trị mạng ( về mặt tốc độ truyền, chất lượng dịch vụ ).

- Khuyến nghị ITU -T121 đưa ra tổng quan về khả năng của B-ISDN như sau :

B-ISDN cung cấp các cuộc nối thông qua chuyển mạch các cuộc nối cố định

( parmanent ) hoặc bán cố định ( Semi – parmanent ), các cuộc nối từ điểm tới điểm,

hoặc từ điểm tới nhiều điểm và cung cấp các dịch vụ theo yêu cầu cố định. Cuộc nối

trong B- ISDN phục vụ cho các dịch vụ chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói theo

kiểu đa phương tiện( Multimedia ), đơn phương tiện ( monomedia) theo kiểu hướng

liên kết ( connectionless) và theo cấu hình đơn hướng hoặc đa hướng B- ISDN là

một mạch thông minh có khả năng cung cấp các dịch vụ cải tiến, cung cấp các cung

cụ bảo dưỡng và vận hành (OAM), điều khiển và quản lý mạch rất hiệu quả.

1.2. Giới thiệu về ATM và khả năng của ATM.

1.2.1. Khái niệm cơ bản về ATM.

B-ISDN theo ITU-T dựa trên cơ sở truyền không đồng bộ ATM. Như vậy ATM sẽ là

nền tảng của B- ISDN trong tương lai.

Hình 1.1. Cấu trúc khung thời gian trong ATM

Kênh1 Kênh2 Kênh

n

Kênh1 Kênh2 Kênhn

Khe thời gian

Kkung thời gian 125µ

Hình 1.1 : Cấu trúc khung thời gian trong STM

Kênh1 Kênh5 Kênh1 Kênh1 Kênh5 Kênh1

Kênh không sử dụng

Phần tiêu đề của tế bào ATM

Khoa ®iÖn- ®iÖn tö - 7

§å ¸n tèt nghiÖp

Phần thông tin của người sử dụng

Hình 1.2 : cấu trúc luồng thông tin trong ATM

Trong kiểu truyền không đồng bộ, thuật ngữ “ truyền “ bao gồm cả lĩnh vực truyền

dẫn và chuyển mạch, do 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 trong đó các gói trong

cùng một cuộc nối có thể lặp lại một cách bất thường như lúc chúng đựoc tạo ra theo

yêu cầu cụ thể mà không theo chu kỳ.

Để minh hoạ, hình 1.1 và 1.2 biểu diễn sự khác nhau giữa dạng truyền đồng bộ và

dạng truyền không đồng bộ. Trong dạng truyền đồng bộ STM ( Synchronous transfer

mode ), các phần tử số liệu tương ứng với kênh đã cho được nhận biết bởi vị trí của

nó trong khung truyền ( Hình 1 ) trong khi ở ATM các gói thuộc về một cuộc nối lại

tương ứng với các kênh ảo cụ thể và có thể xuất hiện tại bất kỳ vị trí nào ( Hình 2).

ATM còn có hai đặc điểm quan trọng

• Thứ nhất : ATM sử dụng các gói có kích thước nhỏ và cố định gọi là các tế bào

ATM ( ATM cell), các tế bào nhỏ cùng với tốc độ truyền lớn sẽ là cho trễ truyền và

biến động trễ ( delay jitter) giảm đủ nhỏ đối với 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 : còn có một đặc điểm rất quan trọng là khả năng nhóm một vài kênh ảo (

Virtual path)

1.2.2.Các lĩnh vực công nghệ mới quyết định sự ra đời và phát triển của ATM.

Có hai yếu tố ảnh hưởng tới ATM đó là :

- Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ bán dẫn cũng như công nghệ quang điện

tử.

- Sự phát triển các ý tưởng mới và khái niệm hệ thống .

1.2.2.1. Các tiến bộ về mặt công nghệ.

• Công nghệ bán dẫn :

Công nghệ CMOS là công nghệ rất có triển vọng bởi độ tích hợp lớn, tốc độ cao

( khoảng vài trăm Mbit/s tới vài Gbit/s, độ tiêu tốn năng lượng thấp.

• Công nghệ quang :

Các đưòng truyền dẫn quang có các ưu điểm như : độ suy giảm thấp ( dẫn tói khoảng

cách truyền lớn), độ rộng băng truyền lớn, kích thước nhỏ, độ mền dẻo cơ học cao,

tránh được nhiễu của trường điện từ, xác suất truyền lỗi thấp và không có nhiều

xuyên âm.

1.2.2.2. Các ý tưởng mới về khái niệm hệ thống.

Khoa ®iÖn- ®iÖn tö - 8