Đề tài Công nghệ ATM

Chương 2: Công nghệ ATM Song song với sự phát triển chóng mặt của Internet và tăng tốc độ xử lý của bộ định tuyến là sự phát triển mạnh trong lĩnh vực chuyển mạch. Mạng số dịch vụ tích hợp băng rộng (B-ISDN) là một kỹ thuật cho phép truyền thông thời gian thực giữa các thiết bị truyền thông đầu cuối, sử dụng kỹ thuật ATM. ATM có thể mang mọi dòng thông tin như thoại, dữ liệu, video; phân mảnh nó thành các gói có kích thước cố định (gọi là cell), và sau đó truyền tải các cell trên đường dẫn đã được thiết lập trước, gọi là kết nối ảo. Bởi vì khả năng hỗ trợ truyền dữ liệu, thoại, và video với chất lượng cao trên một số các công nghệ băng tần cao khác nhau, ATM từng được xem như là công nghệ chuyển mạch hứa hẹn nhất và thu hút nhiều sự quan tâm. Tuy nhiên, hiện nay cũng như trong tương lai hệ thống toàn ATM sẽ không phải là sự lựa chọn phù hợp nữa. Song đối với các ứng dụng có thời gian kết nối ngắn, thì môi trường hướng kết nối dường như lại không thích hợp do thời gian để thiết lập kết nối cũng như tỷ lệ phần thông tin mào đầu lại quá lớn. Với các loại lưu lượng như vậy thì môi truờng phi kết nối với phương thức định tuyến đơn giản, tránh phải sử dụng các giao thức báo hiệu phức tạp sẽ phù hợp hơn. 1.2.4 IP và ATM So sánh giữa IP và ATM ATM khác với kỹ thuật định tuyến IP ở nhiều điểm. ATM là một kỹ thuật kết nối có hướng tức là hai hệ thống phải thiết lập đường truyền trước khi diễn ra quá trình truyền dữ liệu. ATM yêu cầu các kết nối được thiết lập bằng nhân công hay được thiết lập động bởi các giao thức báo hiệu. Một điểm khác nhau nữa là ATM không thực hiện định tuyến theo từng gói tại mỗi node trung gian (cách mà IP thực hiện) mà đường dẫn ATM qua mạng giữa hai thực thể phải được tính toán từ trước và cố định trong thời gian liên lạc. Khi thiết lập kết nối, mỗi chuyển mạch ATM gán một giá trị nhận dạng hay một nhãn cho chuyển mạch, kết nối và các cổng ra/vào của chuyển mạch. Kỹ thuật này cho phép hệ thống dành riêng tài nguyên cố định cho một đường kết nối cụ thể và mỗi chuyển mạch ATM riêng cần thiết phải xây dựng một bảng chuyển tiếp chỉ bao gồm các thực thể về các kết nối đang hoạt động qua chuyển mạch. Ngược lại, với IP một bộ định tuyến phải sử dụng một bảng định tuyến chứa tất cả các đích đến có thể caca, trong số này có nhiều đường địa chỉ mà gói tin không bao giờ đi qua. Quá trình chuyển tiếp một tế bào qua một chuyển mạch ATM tương tự như quá trình chuyển tiếp một gói tin IP qua một bộ định tuyến. Cả hai đều sử dụng thông tin trong tiêu đề gói (hay tế bào) làm khoá tìm kiếm trong bảng định tuyến hoặc bảng chuyển tiếp để tìm địa chỉ chặng tiếp theo cho gói tin. Tuy nhiên, tốc độ chuyển tiếp tế bào ATM nhanh hơn tốc độ chuyển tiếp gói tin IP rất nhiều lần bởi vì các bộ định tuyến IP sử dụng các giao thức định tuyến được thực hiện trên cơ sở phần mềm và tiêu đề IP có độ dài thay đổi và lớn hơn tiêu đề của tế bào ATM nhiều lần. Ngược lại tiêu đề của tế bào ATM rất nhỏ và có độ dài cố định, bảng chuyển tiếp chứa các kết nối ảo nhỏ hơn nhiều so với bảng định tuyến của IP và việc chuyển tiếp được thực hiện đơn giản bằng cách “hoán đổi nhãn”. Một đặc điểm quan trọng làm tăng tốc độ chuyển tiếp ATM lên đáng kể là cơ chế chuyển tiếp của nó được thực hiện bằng phần cứng, điều này cho phép thực hiện nhiệm vụ một cách đơn giản và với tốc độ cực nhanh. Bảng sau so sánh các đặc điểm cơ bản giữa IP và ATM. Thuộc tính IP ATM Hướng kết nối Không Có Kích cỡ gói tin Thay đổi Không đổi (53B) Hỗ trợ QoS Không Có Quyết định chọn đường Theo từng gói tin Thiết lập kết nối trước Trạng thái chuyển tiếp Tất cả mạng có thể Kết nối chuyển tiếp tích cực nội bộ Cơ sở chuyển tiếp Sự phù hợp dài nhất của tiến tố địa chỉ mạng Nhãn có chiều dài cố định Thực hiện báo hiệu Không Có Giải pháp sử dụng mô hình xếp chồng Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp viễn thông đã và đang tìm một phương thức chuyển mạch có thể phối hợp ưu điểm của IP (như cơ cấu định tuyến) và của ATM (như phưng thức chuyển mạch). Mô hình IP-over-ATM (IP qua ATM) của IETF coi IP như một lớp nằm trên lớp ATM và định nghĩa các mạng con IP trên nền mạng ATM. Phương thức tiếp cận xếp chồng này cho phép IP và ATM hoạt động với nhau mà không cần thay đổi giao thức của chúng. Tuy nhiên cách này không tận dụng hết khả năng của ATM. Ngoài ra cách này không thích hợp với mạng có nhiều router và không hiệu quả trên một số mặt, chẳng hạn như có sự chồng chéo về chức năng, quản lý mạng phức tạp. Tổ chức ATM- Forum dựa trên mô hình này đã phát triển công nghệ LANE và MPOA. Các công nghệ này sử dụng các máy chủ để chuyển đổi địa chỉ nhưng đều không tận dụng được khả năng đảm bảo chất lượng dịch vụ của ATM. Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn vấn đề này. Từ sự so sánh IP và ATM trên ta thấy mỗi kỹ thuật đều có ưu và nhược điểm riêng. Nhưng một điều chắc chắn là IP sẽ có mặt trong tất cả các mạng trong tương lai bởi vì ưu điểm tuyệt vời nhất của của IP đó là nó có thể chạy trên bất kỳ công nghệ lớp liên kết dữ liệu nào, kể cả ATM. Do vậy, ATM được xem như là công nghệ lớp 2 mạnh mẽ cho IP có thể triển khai trên đó. Khi việc này thực hiện, lược đồ chuyển tiếp từng chặng, phi kết nối của IP không bị thay đổi. Thực tế IP không có ý tưởng rằng, nó đang chạy trên 1 mạng có khả năng dành trước tài nguyên và ràng buộc trễ. Từ quan điểm ATM, một tập các giao thức đánh địa chỉ, định tuyến và báo hiệu đã được phát triển cho ATM có thể hoạt động mà không cần phải thay đổi. Một câu hỏi đặt ra là: phải làm gì để kết hợp hai kỹ thuật này với nhau? Và câu trả lời nằm ở vấn đề phân gỉải địa chỉ. Để liên lạc với 1 trạm ngang cấp khác trong cùng một mạng con, một trạm IP nguồn cần phân giải địa chỉ IP của trạm đích với địa chỉ lớp 2 tương ứng. Điều này cho phép trạm IP nguồn đánh địa chỉ cho các gói tin với địa chỉ IP đích và sau đó đóng gói gói tin IP vào trong một khung thông tin lớp 2 với địa chỉ đích lớp 2 tương ứng. Theo kỹ thuật ATM, địa chỉ ATM đích chỉ được sử dụng khi chuyển tiếp yêu cầu thiết lập SVC (kênh ảo báo hiệu) trước khi thiết lập kết nối. Tuy nhiên, trạm IP nguồn vẫn cần phân gii địa chỉ địa chỉ IP đích thành địa chỉ ATM để nó có thể khởi tạo một kết nối ATM SVC đến đích. Quan điểm này được thể hiện như hình 1.1. Hình vẽ minh hoạ một trạm IP nguồn được gắn vào mạng ATM, nó yêu cầu server phân giải địa chỉ (ARS) phân giải địa chỉ ATM của trạm IP đích. ARS gửi địa chỉ ATM của trạm IP đích cho trạm IP nguồn và sau đó trạm IP thiết lập một SVC đến đích. IETF lần đầu tiên đưa ra giải pháp kết hợp IP và ATM trong RFC1577, Classical IP over ATM (CLIP). Trong RFC1577, một Server phân giải địa chỉ ATM (ATMARP) được định nghĩa để duy trì một bảng các địa chỉ IP và ATM. Sau đó ATM Forum tổng quát hoá giải pháp này để phân giải địa chỉ MAC với địa chỉ ATM và cũng bổ sung chức năng quảng bá. Mục đích là phát triển một hệ thống cho phép các ứng dụng của mạng LAN có thể chạy trên mạng ATM mà không cần bất cứ sự thay đổi nào. Nỗ lực của họ được đặt Hình 1.1. Sử dụng Server phân giải địa chỉ cho mạng ATM  SVC ATM Network Server phân giải địa chỉ Yêu cầu Trả lời  Nguồn Đích tên là mô phỏng LAN (LANE), LANE được ứng dụng khá phổ biến vì nó cho phép các ứng dụng LAN đa giao thức chạy một cách trong suốt trên các LAN kế thừa và LANE. Cả hai giải pháp trên đều tương tự nhau ở chỗ chúng tách hoàn toàn chức năng của LAN và IP lớp mức cao khỏi lớp các dịch vụ nằm bên được hỗ trợ bởi ATM. Một điểm tương tự nữa giữa 2 giải pháp này đó là về phạm vi của các kết nối ATM. CLIP chỉ hạn chế việc truyền thông ATM ở giữa các Host (hoặc Router) trên cùng một mạng con IP logic (LIS). Ngay cả khi 2 host ở trên các mạng con khác nhau được kết nối cùng một mạng ATM, thì vẫn phải cần 1 router để chuyển tiếp các gói. Điều này lại sinh ra các thông tin bổ sung và trễ do định tuyến từng chăng. LANE cũng có sự hạn chế tương tự, trong đó 2 host trên cùng một mạng ATM nhưng ở khác mạng IP logic cũng không thể giao tiếp trực tiếp bằng việc sử dụng các kết nối ATM mà phải sử dụng bộ định tuyến để trao đổi thông tin. Sự phát triển tiếp theo cho phép 2 host ở trên hai mạng khác nhau có thể liên lạc ATM trực tiếp với nhau. Điều này yêu cầu sự nới lỏng mô hình mạng nối tiếp đang tồn tại. Giải pháp này tiếp tục hỗ trợ định tuyến từng chặng truyền thống nhưng cũng cung cấp một phương tiện, theo đó thiết bị IP nguồn có thể thiết lập một kết nối ATM trực tiếp tới thiết bị IP đích trên một mạng khác. Do đó, mạng có thể cung cấp một đường dẫn với định tuyến từng chặng thông thường cho các luồng lưu lượng dung lượng nhỏ, nỗ lực tối đa và một đường dẫn chuyển mạch cho lưu lượng lớn, thời gian truyền dài. Kỹ thuật này được thực hiện lần đầu tiên ở giao thức phân giải chặng kế tiếp (NHRP) do IETF đưa ra, sau đó nó được phối hợp cùng với đa giao thức ATM trên ATM (MPOA) của ATM forum. Cả hai giải pháp này đã mở rộng cơ chế Server phân giải địa chỉ được sử dụng bởi CLIP và LANE để phân giải địa chỉ ở biên mạng con. Bởi vậy xuất hiện một kiểu định tuyến hiệu năng cao mới gọi là định tuyến đường tắt (cut through hay shortcut). Nó bổ sung cho định tuyến IP một dịch vụ phân giải địa chỉ cùng với các giao thức định tuyến và báo hiệu cần thiết để quản lý các SVC động. Khái niêm định tuyến đường tắt được minh hoạ như hình 1.2.   Shortcut SVC Router Query Responsse Data Data Data Query Responsse Router LIS1 LIS3 LIS2 Nguồn Đích Hình 1.2. Khái niệm định tuyến đường tắt