Giáo trình Kỹ thuật chuyển mạch - Chuyển mạch gói nhanh

Nội dung text: Giáo trình Kỹ thuật chuyển mạch - Chuyển mạch gói nhanh

1. Nội dung ! Tổng quan. ! Frame Relay. ! ATM. Switching Engineering Page 2
2. Tổng quan ! Kỹ thuật chuyển mạch gói nhanh FPS tăng tốc độ chuyển mạch tại nút mạng, hai kỹ thuật cơ bản: Frame Relay và Cell Relay. ! FR : đơn vị dữ liệu kích thước thay đổi - khung (frame). Tốc độ >64kbps nhưng <34Mbps. Đáp ứng nhu cầu thuê kênh riêng và mạng riêng ảo. ! CR : đơn vị dữ liệu kích thước cố định - tế bào (cell). Tốc độ hàng trăm Mbps. Đáp ứng nhu cầu multimedia và realtime. Tốc độ bit cố định Tốc độ bit thay đổi ISDN (H.261, px64kbps/channel Circuit Multirate Circuit Cell Relay Frame Relay Packet Switching Switching ATM Switching Hình 5-1 Các kỹ thuật chuyển mạch Switching Engineering Page 4
3. Giới thiệu ! X.25: ! Kiểm soát lỗi và kiểm soát luồng để đảm bảo việc truyền tin không lỗi. ! Chuyển mạch ở lớp 2, định tuyến, ghép kênh logic ở lớp 3. ! Nhược điểm: tăng độ phức tạp, tốc độ thấp. ! Frame Relay: ! ITU-T (CCITT) đề xuất và cũng được ANSI (Mỹ) công nhận năm 1984. ! Mục tiêu: ! Tạo giao diện chuẩn để kết nối thiết bị giữa user và network. ! Chức năng ghép kênh, định tuyến đều thực hiện ở lớp 2, đơn giản hoá chức năng định tuyến cho các frame. ! " Thông lượng cao hơn X.25. ! Giảm thiểu 1 số chức năng ở lớp 2 như điều khiển luồng, kiểm soát lỗi nhằm giảm độ trễ trong mạng. Switching Engineering Page 6
4. Giới thiệu ! Thông lượng là dung lượng thật sự có thể truyền được tối đa của một kênh trong một đơn vị thời gian. ! FR kết hợp các ưu điểm của việc dùng chung thiết bị của X.25 và thông lượng cao của TDM. Bảng 5-1 So sánh TDM, X.25, Frame-relay Công nghệ Tốc độ Độ trễ Thông lượng STDM X.25 Thay đổi Lớn thấp Có TDM Cố định Rất nhỏ Cao Không Frame-Relay Thay đổi Nhỏ Cao Có STDM (Statistic Time Division Multiplexing): Ghép kênh thống kê theo thời gian Switching Engineering Page 8
5. Cấu hình chung mạng FR !Các thành phần mạng Frame Relay: ! Thiết bị FRAD có thể là các LAN bridge, LAN Router v.v ! Thiết bị FRND có thể là các tổng đài chuyển mạch khung (Frame) hay tổng đài chuyển mạch tế bào. ! Đường kết nối giữa các thiết bị là giao diện chung cho FRAD và FRND, giao thức người dùng và mạng hay gọi F.R UNI (Frame Relay User Network Interface). Hình 5-3 Mạng Frame Relay Switching Engineering Page 10
6. Hoạt động ! Truyền Frame: ! Để đảm bảo việc truyền các frame đúng địa chỉ, chính xác, nhanh, đủ, FR sử dụng các trường sau: ! 1, DLCI (Data Link Connection Identifier) Trên nối kết vật lý có thể có rất nhiều các nối kết ảo, mỗi một nối kết ảo có định danh riêng để tránh bị lẫn, được gọi tắt là DLCI. ! 2, CIR ( Committed Information Rate ) Đây là tốc độ khách hàng thoả thuận với nhà cung cấp dịch vụ và mạng lưới phải cam kết thường xuyên đạt được tốc độ này. ! 3, CBIR ( Committed Burst Information Rate ) Khi có lượng tin truyền quá lớn, FR vẫn cho phép khách hàng truyền quá tốc độ cam kết CIR tại tốc độ CBIR trong một khoảng thời gian (Tc) rất ngắn vài ba giây một đợt, điều này tuỳ thuộc vào độ "nghẽn" của mạng cũng như CIR. ! 4, DE bit ( Discard Eligibility Bit ) Bit này được lập khi truyền vượt qua CIR và những frame có DE=1 thì sẽ ưu tiên loại khi nghẽn. Lúc đó đầu cuối phải phát lại Switching Engineering Page 12
7. Hoạt động ! Kiểm soát nghẽn: ! LMI (Local Management Interface) ! Thông báo trạng thái (bổ sung, giải phóng, hiệu chỉnh kênh ảo ) cho thiết bị đầu cuối, điều khiển và giám sát giao tiếp và trạng thái thuê bao (hoạt động giữa FRAD và FRND). Hình 5-5 Giao tiếp quản lý nội hạt Switching Engineering Page 14
8. Cấu trúc khung của FR ! Address: ! Gồm 2 hoặc nhiều hơn 2 bytes. ! Bit EA: Extended Address. Được sử dụng để mở rộng trường địa chỉ (3 bytes). Bình thường, EA1=0, EA2=1. Khi mở rộng 3 bytes thì EA1=0, EA2=0, EA3=1. DLCI (6bits) C/R EA1 DLCI (4bits) FECN BECN DE EA2 DLCI (6bits) C/R EA1 DLCI (4bits) FECN BECN DE EA2 DLCI (7 bits) EA3 Hình 5-7 Trường địa chỉ 2 bytes và 3 bytes Switching Engineering Page 16
9. Cấu trúc khung của FR Tc Discard Quá mức Be Có thể được Khách hàng Bc đăng ký (CIR) Frame1 Frame2 Frame3 Frame4 DE=0 DE=1 DE=2 Discard Hình 5-8 Minh hoạ bit DE (bỏ) Bc: (Committed Burst Size): Là số lượng dữ liệu data tối đa mạng lưới chấp nhận truyền đi trong các khoảng thời gian Tc . Tc: (Committed Rate Measurement Interval): Tc = Bc/CIR là khoảng thời gian mà FRAD cho phép gửi Bc và thậm chí cả Be. Be: (Exess Burst Size): Là số lượng dữ liệu data tối đa mà mạng không đảm bảo truyền tốt nhưng vẫn truyền thử xem. Switching Engineering Page 18
10. Cấu trúc khung của FR ! Trường thông tin I: ! Độ dài thay đổi. LAP-F độ dài 4096 tương ứng ISDN, đối với ứng dụng phi ISDN thì độ dài là 8196 hoặc hơn nữa. ! Gồm thông tin dữ liệu của người dùng (Application Data hay User Data ) và thông tin về giao thức từng lớp sử dụng PCI (Protocol Control Information) để thông báo cho lớp tương ứng của bên nhận biết. Information User Data PCI layer1 PCI layer2 PCI layer3 PCI: Protocol Control Information Hình 5-9 Trường thông tin Switching Engineering Page 20
11. Frame Relay và mô hình OSI Hình 5-11 FR và mô hình OSI ! Level 1. Lớp vật lý - physical layer. ! Lớp 1 của Frame relay cũng định nghĩa giao diện vật lý, điện lý dùng chung giữa FRAD và FRND, Frame relay dùng ở tốc độ cao nên vẫn hay dùng giao diện V35. Switching Engineering Page 22
12. Giao diện quản lý nội hạt LMI ! LMI (Local Management Interface) được sử dụng để điều khiển kết nối giữa user và mạng, thực hiện các nhiệm vụ sau: ! Đảm bảo nối kết giữa user và mạng luôn hoạt động. ! Thông báo sự thay đổi PVC. ! Phân phối bản tin về trạng thái và tính hiệu dụng của các kênh. ! LMI hoạt động như một thủ tục thăm dò giữa user và mạng. Bản tin thăm dò và bản tin xác nhận được truyền ở những khoảng thời gian xác định. Song song với nó là bản tin trạng thái cũng được truyền theo chu kỳ hoặc những khi có sự thay đổi trạng thái thì bản tin trạng thái cũng được gởi đi. ! LMI sử dụng DLCI 0 hoặc 1023 để chuyển các bản tin, nghĩa là LMI được xem như một kênh báo hiệu song song với kênh dữ liệu. Switching Engineering Page 24
13. Giới thiệu ! Mục tiêu: Cung cấp một mạng ghép kênh và chuyển mạch tốc độ cao, độ trễ nhỏ, đáp ứng cho các dịch vụ đa phương tiện, thời gian thực. ! Sử dụng ghép kênh theo thời gian không đồng bộ ATDM (Asynchronous Time Division Multiplexer), trong đó, các bản tin được phân thành từng gói có kích thước cố định gọi là tế bào (cell). ! Các cell được gán cho một định danh của đường truyền (địa chỉ trong header của cell) và bất kể là dịch vụ nào thì các cell cũng có cùng kích thước và bao gồm header và payload. ! Mỗi cell được truyền đến đích theo địa chỉ của cell. Header Payload Hình 5-12 Cell ATM. Switching Engineering Page 26
14. Tế bào ATM ! Tế bào ATM gồm 2 phần: ! Phần header: 5bytes mang thông tin về mạng và có sự khác bit gữa giao diện người dùng-mạng (UNI User Network Interface) và giao diện mạng-mạng (NNI Network Network Interface). ! Phần payload 48 bytes mang thông tin của người dùng được truyền tải qua mạng mà không bị xử lý. 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 1 1 GFC VPI VPI 2 2 VPI VCI VPI VCI 3 3 VCI VCI 4 4 VCI PT CLP VCI PT CLP 5 5 HEC HEC Header UNI Header NNI Hình 5-13 Cấu trúc header của tế bào ATM Switching Engineering Page 28
15. Tế bào ATM !Kiểu tải trọng PT (Payload Type) có 3 bits được sử dụng để phân biệt các tế bào được truyền qua một kênh ảo cũng như phân biệt thông tin của mạng hay thông tin của người dùng. !Độ ưu tiên mất tế bào CLP (Cell Loss Priority) gồm 1 bit, được sử dụng để loại bỏ tế bào có CLP =1 khi mạng đang ở trình trạng tắc nghẽn. !Trường điều khiển lỗi tiêu đề HEC (Header Error Check) gồm 8 bits, HEC tạo ra phép tính CRC ở 4 byte đầu trong tiêu đề để phát hiện và sửa sai. Phần này chỉ sửa sai phần tiêu đề của tế bào chứ không sửa phần tải trọng. Switching Engineering Page 30
16. Tế bào ATM !Tế bào rỗi I (Idle cell): Được sử dụng ở lớp vật lý để thích ứng tốc độ tế bào ATM với tốc độ truyền dẫn bằng cách sử dụng tiêu đề đã được định nghĩa trước. !Tế bào có hiệu lực V(Valid cell) là tế bào có HEC hợp lệ, không lỗi. !Tế bào không hiệu lực IV(Invalid cell) là tế bào có HEC bị sai, chúng sẽ bị loại ở lớp vật lý. !Tế bào được gán A(Assigned cell) mang thông tin có hiệu lực cho dịch vụ ở các lớp cao hơn có tiêu đề đúng. Chúng được tạo ra ở lớp ATM với tiêu đề thích hợp để thực hiện chức năng định hướng. !Tế bào không được gán UA(Unassigned cell) chứa thông tin không hiệu lực hoặc chứa tiêu đề được định nghĩa trước. Thông thường dùng cho các chức năng OAM, báo hiệu. Switching Engineering Page 32
17. Mô hình tham chiếu giao thức B-ISDN. ! B-ISDN dựa trên cơ sở ISDN, trong đó bổ sung thêm các thành phần để thành B-ISDN PRM (Protocol Reference Mode). Mặt phẳng quản lý Qu ả n lým User Plane Control Plane Qu Các lớp cao hơn Các lớp cao hơn ả ặ n lýl t ph Lớp thích ứng ATM (AAL) ả ớ ng p Lớp ATM Lớp vật lý Hình 5-15 Mô hình tham chiếu giao thức B-ISDN Switching Engineering Page 34
18. Lớp vật lý ! Gồm hai phân lớp: ! Phân lớp PM (Physical Medium Sublayer): ! Thu thập và tổ chức tế bào ATM được chuyển xuống từ lớp ATM và truyền đến đường truyền vật lý và ngược lại. ! Cung cấp thông tin liên quan đến môi trường vật lý, và các thông tin định thời bit. ! Phân lớp TC (Convergence Transmission Sublayer): ! Thực hiện các chức năng bổ sung, lấy các tế bào trống (tế bào được truyền khi không có các tế bào nào truyền đi). ! Định dạng khung. ! Chuyển đổi luồng tế bào ATM thành luồng mã hoá bít dữ liệu. Switching Engineering Page 36
19. Lớp ATM ! Thực hiện các chức năng: ! Chức nng ghép và tách tế bào: ghép các tế bào ATM với các luồng ảo và kênh ảo khác nhau để tạo nên dòng tế bào tổng hợp, hoặc ngược lại. Trong khi đó, các tế bào ghép không nhất thiết phải là dòng tín hiệu liên tục. ! Chức nng chuyển đổi tế bào VPI/VCI: yêu cầu đối với tổng đài ATM hay các nút nối chéo ATM. Nó ghép các giá trị mới vào các giá trị trong trường VPI/VCI. ! Chức nng tạo ra và định danh header của tế bào: dùng cho điểm xác định lớp ATM để tạo ra hoặc định danh 4 byte đầu của header của tế bào ATM. Nó ghép các thông tin nhận được từ lớp bậc cao đến các trường tương ứng để tạo ra header của tế bào và thực hiện quá trình ngược lại để định danh header. Ngoài ra nó dịch tín hiệu định danh điểm truy nhập dịch vụ SAPI thành tín hiệu VPI và VCI. ! Chức nng điều khiển dòng chung: điều khiển việc truy nhập và dòng thông tin trong UNI. Trong trường hợp này, thông tin điều khiển dòng được chuyển vào các tế bào chỉ định và không chỉ định. Switching Engineering Page 38
20. Lớp thích ứng AAL Bảng 5-3 Phân loại lớp thích ứng ATM Thuộc tính Lớp A Lớp B Lớp C Lớp D Tốc độ bit CBR VBR VBR VBR Chế độ kết Nối kết có Nối kết có Nối kết có Không nối kết nối hướng hướng hướng Quan hệ Yêu cầu thời Yêu cầu thời Không yêu Không yêu thời gian gian thực gian thực cầu thời gian cầu thời gian thực thực Kiểu dịch vụ AAL-1 AAL-2 AAL-3/4&5 AAL-3/4&5 AAL Ứng dụng Chuyển mạch Chuyển mạch Chuyển mạch LAN, IP, kênh gói khung SMDS Nx64 voice Voice+Video Switching Engineering Page 40