Individual project title: asynchronous transfer mode - Phạm Phú Quốc

International IT Institutes ISAS REPORT Individual Project Title: ASYNCHRONOUS TRANSFER MODE Student Name: Phạm Phú QuốcRegistration number:R083012200044Batch: B080005Group Project Number:1.02Individual Project Number: 04,05 01/2007 An Giang ISAS END-SEM PROJECT SUBMISSION FORM Group Project Number:1.09 Individual Project Number:04,05 Individual Project Title: VIRTUAL NETWORK COMPUTING Engines used for information search: Google.com.vn Strings used for information search and no. of hits returned by search engine on each string: (focus on the strings that gave the maximum number of relevant hits & the minimum # of total hits) Google.com.vn Enter number of documents accessed in brackets: Contents Usage: Editorial ( ) White Papers ( ) Technical Articles ( )Products & Services documentation ( ) Source Awareness * Newspapers: General ( ) Commercial or Business ( ) * Magazines: Business / Commercial ( ) Technical/IT Industry ( ) * International: Business / Commercial ( ) Management ( )Technical ( ) Industry/Trade/Techno ( )Information services/On-line/databases ( ) List titles of other magazines/papers/journals consulted: List any other sources of information used (give details): People/technologists/teachers/etc: TV/Video/CD-ROM/Radio Visits to factory/Research Lab/Edu. Institute Giới Thiệu Chung Về ATM Ứng Dụng ATM Tầng Vật Lý ATM Tầng ATM Tầng Thích Nghi ATM Giao Tiếp ATM Liên Kết Dùng Mạng ATM Kết Nối Các Mạng LAN Cũ Vào ATM Cách Thay Đổi Trên ATM Kết Luận I.Giới Thiệu Chung Về ATM: - Dựa trên kiểu truyền không đồng bộ ATM (Asynchronous Transfer Mode) cung cấp nhiều loại dịch vụ trên một mạng truyền thông duy nhất. ATM được xem là kỹ thuật chuyển mạch chọn gói tốc độ cao được xây dựng trên cơ sở tổ hợp các ưu điểm của chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh. ATM có khả năng cung cấp nhiều loại dịch vụ với các yêu cầu khác nhau về QoS nhưng vẫn đảm bảo hiệu quả sử dụng tài nguyên mạng. Tế bào * Cell ) là đơn vị thông tin cơ bản trong ATM, có độ dài cố định 53 byte, bao gồm 48 byte thông tin và 5 byte tiêu đề chứa các thông tin liên quan để thiết lập và điều khiển kết nối .Các dịch vụ trong mạng ATM gồm: CBR (Constant Bit Rate), rt-VBR (real time - Variable Bit Rate ), nrt-VBR (non real time - Variable Bit Rate), ABR (Avalible Bit Rate ), UBR (Unspecific Bit Rate). Các dịch vụ này có thể phân thành hai loại là dịch vụ thời gian thực (CBR và rt-VBR) và dịch vụ không theo thời gian thực (nrt-VBR, ABR và UBR).ATM có các tính năng QoS (quality of service - chất lượng dịch vụ), cho phép khách hàng chọn kiểu lưu thông cần ưu tiên, như cho tiếng nói và video phải đến đúng lúc, để đảm bảo rằng thông tin ít quan trọng không chiếm lĩnh dòng lưu thông thời gian-thực. Nó là một công nghệ có thể mở rộng, vận hành từ 25 Mbits/sec đến 2.46 Gbits/sec, nó có thể dễ dàng tích hợp với các mạng của các hãng truyền tải, và nó hỗ trợ việc tích hợp với các công nghệ có sẵn (với những sự điều chỉnh phù hợp).Khả năng mở rộng của ATM có ý nghĩa quan trọng đối với những công ty đang phát triển. II.Ứng Dụng ATM: - ATM khởi đầu được thiết kế như một phần của tiêu chuẩn B-ISDN (Broadband-Integrated Services Digital Network - Mạng Số Dịch vụ Tích hợp-Băng tần Rộng). B-ISDN là một tiêu chuẩn mạng viễn thông số công cộng, được thiết kế để cung cấp mạng multimedia đầu cuối mức cao (high-end), truyền hình, âm nhạc chất lượng-CD, dữ liệu, và những dịch vụ khác cho những người dùng công ty và gia đình. ATM là công nghệ mạng nền, giúp cho việc hiện thực thành công B-ISDN. - Tầng vật lý định nghĩa giao diện điện tử hoặc vật lý, các tốc độ đường truyền, và những đặc tính vật lý khác. ATM độc lập với bất kỳ phương tiện truyền nào. - Tầng ATM định nghĩa định dạng cell, cách thức các cell được truyền, và cách xử lý tắt nghẽn. Nó cũng định nghĩa sự thiết lập và hủy bỏ mạch ảo. - Tầng thích nghi ATM định nghĩa qui trình chuyển đổi thông tin từ những tầng cao hơn thành các ATM cell. Trong môi trường mạng, nó cung cấp giao diện cho việc chuyển các khung thành các cell cho Ethernet, Token Ring, và những giao thức mạng khác. 1.Tầng vật lý: - Tầng vật lý của ATM không định nghĩa bất kỳ một phương tiện riêng nào. Các LAN đã được thiết kế cho cáp đồng trục hay dây xoắn-đôi và có những qui cách kỹ thuật cứng nhắc định ra băng thông chính xác. Những qui cách kỹ thuật đã được thiết lập để phù hợp với những thành phần điện có sẵn tại thời điểm thiết kế. ATM hỗ trợ nhiều phương tiện khác nhau, bao gồm cả những phương tiện hiện có được dùng trong những hệ thống liên lạc khác. - Các nhà công nghiệp có xu hướng chấp nhận SONET (Synchronous Optical Network - Mạng Quang Đồng bộ) như phương tiện truyền vật lý ATM cho cả các ứng dụng LAN và WAN. ATM Forum (Diễn đàn ATM) thì đang đề nghị dùng FDDI (100 Mbits/sec), FibreChannel (155 Mbits/sec), OC3 SONET (155 Mbits/sec), và T3 (45 Mbits/sec) làm giao diện vật lý cho ATM. Hiện tại, hầu hết các hãng truyền tải đang cung cấp các đường nối T3 vào các mạng ATM của họ. 2.Tầng ATM: - Tầng ATM định nghĩa cấu trúc của ATM cell. Nó cũng định nghĩa việc định tuyến và kênh ảo, cũng như kiểm soát lỗi. - ATM cell có hai dạng tiêu đề (header). Một là UNI (User Network Interface - Giao diện Mạng Người dùng), được dùng trong những cell do người dùng gởi, và tiêu đề thứ hai là NNI (Network-to-Network Interface - Giao diện Mạng-đến-Mạng), được gởi bởi những bộ chuyển mạch đến các bộ chuyển mạch khác. NNI cell không có trường GFC (Generic Flow Control - Điều khiển Dòng Tổng quát). - ATM cell dài 53 byte; 48 byte dùng cho dữ liệu và 5 byte dùng cho thông tin tiêu đề. Chú ý rằng thông tin tiêu đề chiếm gần 10 phần trăm cell, tạo chi phí phát sinh lớn trên những đường truyền dài. Các ATM cell là những gói thông tin chứa dữ liệu và thông tin tiêu đề, trong đó thông tin tiêu đề chứa thông tin kênh và thông tin đường đi giúp định hướng cell đến đích của nó. Thông tin được chứa trong mỗi trường (field) của tiêu đề được định nghĩa như sau : + GFC (Generic Flow Control - Điều khiển Dòng Tổng quát) Trường này vẫn chưa được định nghĩa trong tiêu đề UNI cell và ngay cả trong tiêu đề NNI cell. + VPI (Virtual Path Identifier - Phần tử Định danh Đường Ảo) Định dạng những đường ảo giữa các người dùng hay giữa các người dùng và các mạng. + VCI (Virtual Channel Identifier - Phần tử Định danh Kênh Ảo) Định dạng kênh ảo giữa các người dùng hay giữa người dùng và mạng. + PTI (Payload Type Indicator - Bộ chỉ thị Kiểu Tải-thuê) Chỉ ra kiểu của thông tin trong vùng dữ liệu của cell, cho biết đó là thông tin của người dùng, thông tin mạng, hay thông tin quản lý. + CLP (Cell Loss Priority - Quyền Ưu tiên Hủy Cell) Định nghĩa cách thức để hủy bỏ những cell nào đó nếu tắc nghẽn mạng xảy ra. Trường nầy chứa những giá trị ưu tiên, với 0 chỉ ra rằng cell có độ độ ưu tiên cao nhất. + HEC (Header Error Control - Điều khiển Lỗi Tiêu đề) Cung cấp thông tin cho việc phát hiện và sửa sai những lỗi đơn bit. 3.Tầng Thích nghi ATM: - AAL tập trung các gói dữ liệu từ các tầng cao hơn vào các ATM cell. Cho ví dụ, trong trường hợp của một gói dữ liệu 1K, AAL sẽ phân nó thành 21 phần và đặt mỗi phần vào một cell để chuyển đi. - AAL có nhiều kiểu và tầng điều hành dịch vụ khác nhau để phù hợp với những kiểu lưu thông khác nhau. Các tầng dịch vụ phân loại các ứng dụng dựa trên phương pháp các bit được truyền, băng thông và những kiểu kết nối đòi hỏi. Kiểu 1. Một dịch vụ CRB (constant bit rate - tốc độ bit không đổi) hướng kết nối với việc qui định thời gian cho các ứng dụng audio và video. Kiểu 2. Một dịch vụ VBR (variable bit rate - tốc độ bit thay đổi) cho các ứng dụng thời gian thực trong đó những mất mác nhỏ là có thể chấp nhận, và cho những ứng dụng không-thời gian thực, như xử lý giao dịch. Kiểu ¾. Một dịch vụ ABR (available bit rate - tốc độ bit có sẵn) cho các ứng dụng không-quan trọng-về-thời gian như liên mạng LAN hay giả lập LAN. Một mức dịch vụ cơ bản luôn luôn sẵn sàng, và băng thông dự phòng cho những cao điểm lưu thông, nếu băng thông mạng vẫn còn. Kiểu 5. Một dịch vụ UBR (unspecified bit rate - tốc độ bit không được chỉ rõ) cung cấp băng thông rảnh cho những dịch vụ không quan trọng như truyền tập tin. & Cũng có những thông số liên quan đến những điều sau: - Điều khiển lệ phí: Với các kênh chuyển mạch, đây là khả năng kiểm soát mạch dựa trên tầng của người dùng. Khi mạng bận, những người dùng tầng cao hơn được quyền ưu tiên mạch, nhưng phải trả phí cho sự ưu tiên này. - Điều khiển tắt nghẽn: Điều khiển này liên quan đến những mạng bị tắc nghẽn nơi đó các cell đang bị bỏ rơi. Về cơ bản, các trạm gởi thông tin có quyền ưu tiên-thấp bị yêu cầu tạm hoãn để những thông tin có quyền ưu tiên cao hơn có thể đi qua và Chất lượng dịch vụ QoS được xác định thông qua các tham số đặc trưng như tỷ lệ tổn thất tế bào CLR (Cell Loss Rate), tỷ lệ lỗi tế bào CER (Cell Error Rate), tỷ lệ tế bào đến nhầm địa chỉ CMR (Cell Misinsertion Rate ), trễ truyền tế bào cực đại Max-CTD, trễ thay đổi đỉnh/đỉnh P2P-CDV, biến động trễ (Jitter Delay) ... Các tham số này được chia thành 2 nhóm là trễ và tổn thất. Mỗi loại dịch vụ trong mạng ATM có yêu cầu khác nhau về trễ và tổn thất. Ví dụ, đối với các dịch vụ thời gian thực như thoại, truyền hình theo yêu cầu yêu cầu độ trễ nhỏ nhưng có thể chịu được một tỷ lệ tổn thất nhất định. Ngược lại, các dịch vụ truyền số liệu như ftp, email thì tỷ lệ tổn thất quan trọng hơn thời gian trễ. Ngoài ra, có một số dịch vụ yêu cầu cao cả về trễ và tổn thất. - Trong mạng ATM, người sử dụng và mạng thoả thuận với nhau qua hợp đồng lưu lượng. Qua đó, mạng phải đảm bảo QoS cho người sử dụng một khi kết nối đã được thiết lập. Đây chính là ưu điểm và cũng là thách thức đặt ra trong việc điều khiển lưu lượng và quản lý tài nguyên mạng. Để giải quyết vấn đề này, mạng ATM có nhiều cơ chế điều khiển như điều khiển UPC/NPC, điều khiển chấp nhận cuộc gọi CAC, điều khiển ưu tiên PC,... Như đã đề cập, ATM là một công nghệ hướng kết nối, nghĩa là nó thiết lập những mạch ảo liên kết các hệ thống cuối. Các cell có thể được truyền tiếp một cách nhanh chóng qua mạng, và đòi hỏi rất ít việc xử lý bởi các trạm trung gian dọc đường. VC (virtual channel –kênh ảo) Những cầu nối lôgíc giữa các trạm cuối.VP (virtual path - đường ảo) Một bó các VC. - Có thể tưởng tượng một VP như một cáp chứa một bó dây. Cáp kết nối hai điểm, và các dây bên trong cáp cung cấp những mạch riêng lẻ giữa hai điểm. Lợi ích của phương pháp nầy là những kết nối dùng chung một đường xuyên qua mạng được nhóm với nhau được quản lý chung. Nếu một VP đã được thiết lập, dễ dàng thêm một VC mới do đã có sẵn định nghĩa đường đi, chỉ cần thiết lập các điểm cuối cần là xong. Ngoài ra, trường hợp cần chuyển một VP để tránh tắc nghẽn hay do một bộ chuyển mạch không làm việc, tất cả các VC (có thể lên đến hơn 65,000) bên trong VP được thay đổi theo. - Trong phần tiều đề của ATM cell, VPI (Virtual Path Identifier - Phần tử Định danh Đường ảo) định danh một liên kết hình thành bởi một đường ảo và một VCI (Virtual Channel Identifier - Phần tử Định danh Kênh ảo) định danh một kênh bên trong một đường ảo. VPI và VCI được định danh và tương ứng với các điểm kết thúc tại những bộ chuyển mạch ATM. - ATM hỗ trợ cả các PVC (permanent virtual circuits - các mạch ảo cố định) và các SVC (switched virtual circuits - các mạch ảo chuyển mạch). Các PVC luôn luôn có sẵn còn các SVC đòi hỏi phải thiết lập mỗi lần chúng được dùng. - Các bộ chuyển mạch thương lượng với nhau để xây dựng các VC, và không có dữ liệu nào được truyền đến khi VC đã được thiết lập một cách hoàn chỉnh ngang qua mạng. Dĩ nhiên, thiết lập các VC tương đối mất thời gian, do đó nhiều bộ chuyển mạch đã được đánh giá theo thời gian thiết lập cuộc gọi của chúng. Một bộ chuyển mạch kiểu mẫu có thể thiết lập lên đến từ 100 tới 200 VC/giây. Điều này không phải một vấn đề trong môi trường cục bộ, nhưng là một vấn đề trong truyền tải đường dài. III.Giao Tiếp ATM: Có một số cách để nối kết các mạng ATM. - UNI (User Network Interface - Giao diện Mạng Người dùng).Định nghĩa kết nối giữa thiết bị người dùng và thiết bị ATM. Khi được kết nối đến một ATM WAN, UNI là đường truyền thuê bao giữa địa điểm khách hàng và điểm truy cập của hãng truyền tải. Nó có thể là một đường T1 hay một ATM - FUNI (Frame UNI). Đường truyền FUNI truyền các khung đến mạng ATM, tại đó chúng được chuyển thành các cell bởi hãng truyền tải. FUNI có thể giảm những chi phí phần cứng. - NNI (Network-to-Network Interface - Giao diện Mạng-đến-Mạng) Đây là giao diện giữa các thiết bị ATM. - ICI (Intercarrier Interface - Giao diện giữa các -hãng truyền tải).Đây là giao diện giữa các điểm kết nối ATM giữa các mạng của hãng truyền tải khác nhau. - DXI (Data Exchange Interface - Giao diện Trao đổi Dữ liệu) Phương pháp này cung cấp một giao diện cho thiết bị cũ dùng lại như các bộ định tuyến và ATM bằng phương pháp tạo khung HDLC (High-level Data Link Control - Điều khiển Liên kết dữ liệu Mức-cao). Các gói dữ liệu, không phải các cell, được truyền đến giao diện ATM. IV.Liên Kết Dùng Mạng ATM: - Hầu hết những thảo luận trên đây liên quan đến việc dùng các mạng ATM của hãng truyền tải để xây dựng các WAN, nhưng ATM cũng có thể được dùng để xây dựng các mạng dùng riêng. Một LAN nội bộ có thể được xây dựng hoàn chỉnh bằng ATM bằng cách cài đặt các ATM NIC trong các máy trạm và kết nối các máy trạm nầy đến một bộ chuyển mạch ATM. Tuy nhiên, mạng thuần túy ATM là hiếm. Một kịch bản phổ biến hơn là liên kết các mạng kiểu khung như Ethernet đến một đường trục của ATM hay xây dựng một mạng chuyển mạch. - Ngày nay, mọi người có thể gọi trực tiếp cho nhau mà không cần sự giúp đỡ của điều hành viên. Đây là mục tiêu của ATM cho phép một người dùng kết nối với bất kỳ người dùng khác qua một mạng ATM cục bộ hay diện rộng. Yếu tố quan trọng là người dùng (hay các ứng dụng người dùng) có thể yêu cầu rõ các thông số chất lượng dịch vụ QoS của ATM. Nói cách khác, nếu một người dùng cần một tốc độ bit không đổi cho video, thì anh ta hay cô ta có thể yêu cầu mạng ATM đáp ứng điều đó (hay ứng dụng sẽ yêu cầu).Vấn đề duy nhất là những chiến lược giả lập LAN hiện tại có khuynh hướng dấu không cho các giao thức và ứng dụng tầng cao hơn chạy trong máy tính của người dùng biết về ATM. Vì điều này, các ứng dụng không có cách nào để yêu cầu rõ QoS. Tuy nhiên, nhà cung cấp và các ATM Forum (Diễn đàn ATM) đang phát triển những chiến lược mới để cho phép điều này. V.Kết Nối Các Mạng LAN Cũ Vào ATM: - Việc kết nối các mạng LAN cũ dùng lại vào ATM thì khó khăn. Một lý do là các mạng LAN truyền thống là các mạng phi kết nối còn ATM là hướng kết nối. Khi một trạm Ethernet thực hiện truyền, tất cả các trạm khác trên mạng có thể thấy thông điệp, nhưng chỉ có trạm mà thông điệp được định địa chỉ đến mới đáp ứng. Nhưng nếu mạng được xây dựng với một bộ chuyển mạch ATM, các trạm có khả năng nối kết với nhau qua các mạch ảo ATM thay cho môi trường dùng chung để phát tán thông tin. - Bằng cách nào một trạm biết được mạch cần dùng khi gởi một thông điệp đến một trạm khác? Các mạng IP giải quyết vấn đề này bằng ARP (Address Resolution Protocol - Giao thức Phân giải Địa chỉ). Một máy chủ gởi một thông điệp đến tất cả các trạm để hỏi về địa chỉ IP của trạm đó. Một địa chỉ MAC (Medium Access Control - Điều khiển Truy cập Phương tiện) được trả về bởi trạm sở hữu địa chỉ. - Phương pháp này không làm việc trên ATM bởi vì ATM không hỗ trợ kỹ thuật broadcast. Một trạm sẽ cần gởi một yêu cầu như vậy lên mọi mạch. Điều này gây lãng phí băng thông. Vấn đề đã được giải quyết bằng cách đưa ra một phương pháp để giả lập một LAN cho ATM. ATM Forum (Diễn đàn ATM) đã định nghĩa qui cách kỹ thuật LAN 1.0 (LAN Emulation - Giả lập LAN) vào năm 1995. Nhưng về cơ bản LAN thực hiện hai việc sau: + Nó cung cấp một phương pháp độc lập với giao thức để các thiết bị của một LAN phi kết nối, dựa trên khung, liên lạc qua một mạng hướng kết nối, dựa trên cell.Nó định nghĩa cách các client được gắn vào-LAN có thể liên lạc với những server được gắn vào một ATM nhưng không cần thay đổi phần mềm ứng dụng. + Để giải quyết vấn đề tìm kiếm địa chỉ mạch tương ứng với các địa chỉ IP, LANE định nghĩa một LES (LAN Emulation Server - Server Giả lập LAN). Server duy trì một bảng để ghi những địa chỉ mạch tương ứng với các địa chỉ IP. IETF (Internet Engineering Task Force - Lực lượng Đặc nhiệm Kỹ thuật Internet) cũng chấp nhận mô hình này đến một mức độ nào đó và đã gọi LES Server là ATM-ARP server (ATM Address Resolution Protocol - Giao thức Phân giải Địa chỉ ATM). - Vẫn còn một vấn đề khác là các mạng Ethernet dùng kỹ thuật broadcast hay multicast (gởi đến tất cả hay những trạm được chọn, thứ tự tương ứng) để thi hành nhiều tác vụ. Nếu bạn dự định nối kết Ethernet và ATM với nhau, bạn cần hỗ trợ những tác vụ này. Trong trường hợp nầy, một BUS (broadcast/unknown server) được đưa ra. Nó duy trì một sự kết nối đến mọi trạm và có thể thi hành các tác vụ broadcast hay multicast. - LAN không cung cấp một giải pháp đầy đủ cho việc có được khả năng kết nối ATM xuyên suốt. Một khi các LAN client cũ dùng lại được kết nối đến đường trục ATM nầy, chúng vẫn cần tìm cách đặc tả được QoS của ATM. Như đã được đề cập, LAN có khuynh hướng dấu không cho ATM biết về các ứng dụng do đó các client của Ethernet và Token Ring đang dùng có thể chạy bình thường. Tuy nhiên các ứng dụng chỉ thấy LAN dựa trên-khung và không có cách nào để nói chuyện với mạng ATM, do vậy chúng không biết các mức QoS hiện có của ATM. ATM Forum (Diễn đàn ATM) đang làm việc để điều chỉnh vấn đề nầy bằng LAN version 2.0. Xem “LAN (LANEmulation)” để có nhiều chi tiết hơn. - Trong khi chờ đợi, những giải pháp như PACE của 3Com (priority access control enabled - cho phép điều khiển sự truy cập có độ ưu tiên) có thể mở rộng QoS đến với máy tính để bàn. Cũng xem “IP over ATM”. - Một giải pháp khác được gọi là Cells in Frames (Các cell trong khung), đã vượt qua cả quãng đường dài để định nghĩa cách thức để cho phép máy tính để bàn dùng ATM. Phương pháp nầy giả lập ATM bằng cách mang các cell trong