Kỹ thuật chuyển mạch ATM

KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH ATM Nội dung : ¾ Phân tích các công nghệ chuyển mạch ¾ Mô hình chuyển mạch ¾ Kiến trúc chuyển mạch ATM ¾ Một số phần tử chuyển mạch thực tế ¾ Khung chuyển mach ATMï Â Í Ù Â ÄPHAN T CH CAC CONG NGHE CHUYỂN MACH Ï CHUYỂN MACH KÊNH Ï ¾ Dựa trên nguyên lý đa hợp phân chia thời gian TDM ¾ Một kết nối luôn sử dụng cùng một khe thời gian trong các khung truyền được lập lại định kỳ. ¾ Sư chuyển mach thưc hiện chuyển nội dung của khẹ ï ï thời gian trên một liên kết vào đến một khe thời gian trên liên kết ra khác CHUYỂN MẠCH KÊNH t Timeslot Frame vz y xvx O1 O2 • I1 I2 • x a b x a b zv zv Og •• Outcoming link Incoming link /Timeslot In •• Frame Synchronization aba l cf y cf y /Tomeslot Timeslot / link translation table CHUYỂN MẠCH KÊNH á åMột so đặc điem ¾ Độ trì hoãn trên một kênh truyền là nhỏ ¾ Độ biến động trể rất nhỏ và cố định ¾ Tốc độ truyền cố định (ví dụ 64kbps) => không phù h ùi ù dị h ù á đ ä bi bi á đ åiợp vơ cac c vụ co toc o t en o ¾ Chỉ có một loại tốc độ (64kbps) => không phù hợp cho tất cả các loai dịch vu ï ï CHUYỂN MẠCH KÊNH ĐA TỐC ĐỘ CHUYỂN MẠCH KÊNH ĐA TỐC ĐỘ CHUYỂN MẠCH KÊNH ĐA TỐC ĐỘ ¾ Cũng dựa trên nguyên lý TDM ¾ Một kết nối có thể dùng n kênh cơ sở Một số khó khăn và phức tạp: ¾ N kênh cho một kết nối phải đươc đồng bộ nhau trong ï khi các kênh này lại được chuyển mạch riêng biệt. ¾ Khó chọn lựa các tốc độ cơ bản để phù hợp với mọi loại dịch vụ CHUYỂN MACH KÊNH ĐA TỐC ĐỘ Ï Vẫn còn một số han chế ï ¾ Sử dụng tài nguyên không hiệu suất ¾ Khó phù hơp với đặt tính các dịch vu trong tương lai.ï ï ¾ Không đáp ứng hiệu quả đối với sự dao động và đột biến thông tin CHUYỂN MACH NHANH Ï á á á¾ Tài nguyên mạng chỉ được cap cho một ket noi khi có thông tin truyền ¾ Là một cải tiến của chuyển mach kênh để đáp ứng ï cho lưu thông đột biến CHUYỂN MACH NHANH Ï Các han chế : ï ¾ Sự phức tạp cho thiết kế và điều khiển hệ thống. ¾ Có thể xảy ra trường hợp hệ thống không thỏa mãn những yêu cầu đồng thời của nhiều kết nối CHUYỂN MACH GÓI Ï ¾ Dư t â hươ thứ t à PTM (P k t T fïa ren p ng c ruyen ac e ran er Mode) ¾ Thông tin truyền đươc đóng thành các gói có chiều dài ï thay đổi => quản lý các bộ đệm phức tạp ¾ Có cơ chế điều khiển lưu lượng và sửa sai trên từng li â k át đ ä t å kh â h ø hơ ới ù dị hen e => o re cao ong p u ïp v cac c vụ thời gian thực CHUYỂN MACH GÓI Ï Thế hệ kế tiếp của chuyển mach gói là chuyển tiếp khung (Frame ï Relay) và chuyển mạch khung CHUYỂN MẠCH GÓI NHANH- Phương thức truyền bất đồng bộ (ATM) ¾ Có nhiều tên goi khác nhau : Chuyển mach gói ï ï nhanh, Phân chia thời gian bất đồng bộ ATD (Asynchronous Time Division) và ATM. ¾ C ù kh û ê ä h å ø h å h h b á k øo a nang van c uyen va c uyen mạc c o at y loại dịch vụ nào (độc lập dịch vụ). CHUYỂN MẠCH GÓI NHANH- Phương thức truyền bất đồng bộ (ATM) ¾ Thích hơp cho mang băng rộng đa dịch vu vì những ưu ï ï ï điểm sau : o Tốc độ cao o Mềm dẻo và an toàn trong tương lai o Sử dụng tài nguyên mạng hiệu suất M t å th åo ạng ong e MÔ HÌNH CHUYỂN MẠCH CẤU TRÚC TẾ BÀO ATM Byte Bit 8 1 GFC VPI VPI VCI VCI 1 2 3Header (5 b t ) VCI PT CLP HEC 4 5 6 y es PAYLOAD (48 bytes) . . 53 KẾT NỐI ẢO Kết nối ảo có 2 loại : ¾ VCC (Virtual Channel Connection) ¾ VPC (Vi l P h C i ) rtua at onnect on MÔ HÌNH CHUYỂN MACH Ï Có 3 mô hình : ¾ Chuyển mạch VP å¾ Chuyen mạch VC ¾ Chuyển mạch VP + VC CHUYỂN MẠCH VP o VCI = Virtual Channel Identifier VP Vi t l P tho = r ua a o VPI = Virtual Path Identifier CHUYỂN MẠCH VC CHUYỂN MACH VP + VC Ï KIẾN TRÚC CHUYỂN MẠCH ATM CÁC HOẠT ĐỘNG TRONG CHUYỂN MẠCH ATM ¾ Chuyển mạch : gồm chuyển mạch không gian và chuyển mạch mào đầu (nhận diện kênh luận lý) á¾ Xep hàng ¾ Đa hợp và giải đa hợp NGUYÊN LÝ CHUYỂN MẠCH NGUYÊN LÝ CHUYỂN MACH Ï CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI CHUYỂN MACH ATM Ï ¾ T á đ ä th â ti 1010 118 −− − oc o ong n ¾ Khả năng broadcast / multicast ¾ á é á áHiệu suat : tac nghẽn, xác suat mat cell, độ trễ chuyển mạch (10-1000μs) CÁC LOAI PHẦN TỬ CHUYỂN MACH Ï Ï Phân loại theo nguyên lý sắp hàng dựa vào vị trí û b ä đ äcua o em. ¾ Sắp hàng đầu vào ¾ S é h ø đ àap ang au ra ¾ Sắp hàng trung tâm. CÁC LOAI PHẦN TỬ CHUYỂN MACH ¾ Sắp hàng đầu vào Ï Ï CÁC LOAI PHẦN TỬ CHUYỂN MACH ¾ Sắp hàng đầu ra Ï Ï CÁC LOAI PHẦN TỬ CHUYỂN MACH ¾ Sắp hàng trung tâm Ï Ï CÁC THÔNG SỐ THỰC HIỆN CỦA PHẦN TỬ ÅCHUYEN MẠCH ATM ¾ Kí h thướ h øc c ang ¾ Tốc độ bộ nhớ ¾ Điều khiển bộ nhớ TỐC ĐỘ BỘ NHỚ Tính toán tốc độ bộ nhớ cho chuyển mạch NxN, tốc độ trên mỗi liên kết là F độ rộng của bộ nhớ là W (đơn vị bit) , - Ví dụ : N = 16, F=150Mbps, và W = 16 MỘT SỐ PHẦN TỬ CHUYỂN MACH Ï THỰC TẾ PHẦN TỬ CHUYỂN MACH KNOCKOUT Ï ¾ Công bố vào năm 1987, do hãng ATT Bell ¾ Theo nguyên lý sắp hàng đầu ra ¾ Có cấu trúc tập trung để giảm yêu cầu về tốc độ bộ h ù đ àn ơ au ra PHẦN TỬ CHUYỂN MẠCH KNOCKOUT Bộ giao tiếp Bus Bộ tập trung - xác xuất mất cell trong bộ tập trung Xác xuất k cell tới đồng thời tại đầu vào của bộ tập trung 1 k N k k k N P PP C N N −⎛ ⎞ ⎛ ⎞= ∗ −⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠ 1 k N k k k N P PP C N N −⎛ ⎞ ⎛ ⎞= ∗ −⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠ Nếu chỉ có L cell qua bộ tập trung thì xác xuất mất cell là [ ] 11_ ( ) 1 k N k N k Nk L P PP cell loss k L P N NC − = + ⎛ ⎞ ⎛ ⎞= − ∗ −⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠∑ Bộ tập trung-xác suất mất cell trong bộ ä ( )tap trung tt Bộ tập trung-xác suất mất cell trong bộ tập trung (tt) Bộ tập trung-Hoat động ï Bộ tập trung được cấu trúc từ 2 loại phần tử: phần tử chuyển mạch 2x2 và phần tử trễ input D winner loser output Chuyển mạch cạnh tranh 2x2 Phần tử trễ Bộ tập trung-Hoat động ï Bộ đệm và bộ dịch ¾ Có L bộ đệm hoạt động như chỉ là 1 hàng đợi. ¾ Bộ dịch thực hiện hoạt động dịch các cell từ bộ tập trung đưa ra L bộ đệm với một sự đảm bảo các cell được lưu vào L bộ đệm theo thứ tư từ trái sang phải từ dưới lên ï , trên. ¾ Các cell được lấy ra khỏi L bộ đệm để đưa ra đầu ra cũng theo thứ tự từ trái sang phải, từ dưới lên trên H t đ ä û b ä dị hoạ ong cua o c PHẦN TỬ CHUYỂN MACH ROXANNE Ï ¾ Do Alcatel đưa ra vào năm 1990. ¾ Dựa trên nguyên lý sắp hàng trung tâm. ¾ Còn được gọi là ISE (Integrated Switching Element). PHẦN TỬ CHUYỂN MẠCH ROXANNE àSơ đo chức năng PHẦN TỬ CHUYỂN MACH Coprin Ï ¾ Do CMET thiết kế. ¾ Dựa trên nguyên lý sắp hàng trung tâm. ã à á á¾ Mau đau tiên được thực hiện với ket noi 280Mbps và các cell có 15 byte payload và 1 byte header. PHẦN TỬ CHUYỂN MACH Coprin Ï Sơ đồ chức năng gồm 4 phần chính : Siêu đa hợp, bộ đệm bộ giải đa hơp và bộ điều khiển , ï PHẦN TỬ CHUYỂN MẠCH Coprin Bộ i â đ hs eu a ợp PHẦN TỬ CHUYỂN MẠCH Coprin Bộ siêu đa hợp PHẦN TỬ CHUYỂN MẠCH Coprin Bộ đệm và bộ giải đa hợp PHẦN TỬ CHUYỂN MẠCH Coprin PHẦN TỬ CHUYỂN MACH Athena Ï ¾ Đươc công bố vào năm 1987ï . ¾ Phần tử chuyển mạch Athena đầu tiên có kích cở 16x16 và tốc độ của mỗi liên kết là 600 Mbps. ¾ Dựa trên nguyên lý sắp hàng đầu ra. PHẦN TỬ CHUYỂN MẠCH Athena S đ à h ù êơ o c ưc nang KHUNG CHUYỂN MẠCH KHUNG CHUYỂN MẠCH ATM - Nguyên lý – á àMạng liên ket đa tan MIN (Multistage Interconnection Network) KHUNG CHUYỂN MẠCH ATM Nguyên lý Mang tư định tuyến Delta – ï ï KHUNG CHUYỂN MẠCH ATM-Nguyên lý- åCác đặt điem chính của khung Delta ¾ Chúng được cấu trúc từ những phần tử chuyển mạch bxb giống nhau. ¾ Do mô hình liên kết và điều hòa tao ï cho chúng rất phù hợp cho công nghệ í h h õ á l ùt c ợp cơ rat ơn KHUNG CHUYỂN MẠCH ATM - Nguyên ålý-Các đặt điem chính của khung Delta ¾ Chúng có đặc tính tự định tuyến và yêu cầu á (kí h thướ û th û đị h t á ) đ åNlcon so c c cua e n uyen e định tuyến cho một cell đi từ lối vào tới lối bg ra ¾ Chúng gồm tầng, mỗi tầng có N/bNblog phần tử chuyển mạch cơ bản KHUNG CHUYỂN MẠCH ATM - N â l ù C h h D lguyen y- ạn tran trong mạng e ta KHUNG CHUYỂN MẠCH ATM – Nguyên lý éCác giải pháp giảm tac nghẽn trong khung chuyển mạch 1. Cung cấp các bộ đệm (hàng đợi) trong ã à û åmoi phan tư chuyen mạch trong khung chuyển mạch. 2. Tăng tốc độ liên kết bên trong của khung so với liên kết bên ngoài nhằm giảm tải liên kết bên trong để đạt được xác suất h t h b è 0cạn ran ang . KHUNG CHUYỂN MẠCH ATM – Nguyên lý C ù i ûi h ù i û é h khac g a p ap g am tac ng ẽn trong ung chuyển mạch 3. Dùng một cơ chế đáp ứng phản hồi å(backpressure) giữa các node chuyen mạch để triø hoãn việc truyền cell bị nghẽn. 4 Dùng nhiều mang song song (đa mặt. ï bằng) để cung cấp nhiều con đường đi iữ l ái ø ø l áig a o vao va o ra. KHUNG CHUYỂN MẠCH ATM – Nguyên lý C ù i ûi h ù i û é h khac g a p ap g am tac ng ẽn trong ung chuyển mạch 5 T hi à li â k át b â t iữ ù. ạo n eu en e en rong g a cac node chuyển mạch . Điều này có thể gây ư át thứ tư û ù ll tới đ àra s ï ma ï cua cac ce au ra của khung chuyển mạch, đưa đến một h à é á l i ù ll û đ à ûn u cau sap xep ạ cac ce ơ au ra cua khung. KHUNG CHUYỂN MẠCH ATM Các loại khung chuyển mạch Có 2 loai khung : ï 1. Khung có nghẽn bên trong (có mất cell). 2. Khung không có nghẽn bên trong (không mất cell) . KHUNG CHUYỂN MẠCH ATM Khung có nghẽn bên trong ¾ Tỉ lệ mất cell tuỳ thuộc vào phương thức định tuyến trong khung ¾ Ph â l i hươ thứ đị h t á th 2an oạ p ng c n uyen eo thông số : Thời điểm quyết định định tuyến ávà nơi chứa thông tin định tuyen KHUNG CHUYỂN MẠCH ATM Khung có nghẽn bên trong Nơi chứa Cell based Network based Thông tin thời điểm (Routing tag) (Routing table) quyết định Connection based I III Cell based II IV KHUNG CHUYỂN MẠCH ATM Khung có nghẽn bên trong Khung chuyển mạch Roxanne ¾ MIN có nghẽn bên trong (có mất cell) ¾ Dùng định tuyến kiểu II và kiểu IV ¾ Sử dụng hoạt động phân bố để giảm tắc nghẽn ¾ Dùng phần tử chuyển mach ISE ï KHUNG CHUYỂN MẠCH ATM Khung có nghẽn bên trong Khung chuyển mạch Roxanne – Áp dụng ät á i ûi h ù i û t é h õmo so g a p ap g am ac ng en : ¾ Chọn kích cở hàng đợi trung tâm của phần tử chuyển mạch sao cho thõa những điều khoản về tỉ lệ mất cell và tải ¾ Dùng cơ chế phân bố lưu thông tối đa KHUNG CHUYỂN MẠCH ATM Khung có nghẽn bên trong Khung chuyển mach Roxanne – Áp dung ï ï một số giải pháp giảm tắc nghẽn : ¾ D ø hi à ët b è h å hung n eu ma ang c uyen mạc ¾ Tạo nhiều con đường đi -> khung Roxanne còn được gọi là mạng tự định tuyến đa đường. KHUNG CHUYỂN MẠCH ATM Kh h å h R Kh û ê û ä Khung có nghẽn bên trong ung c uyen mạc oxanne – a nang mơ rong KHUNG CHUYỂN MẠCH ATM Kh h å h R M d l h å h Khung có nghẽn bên trong ung c uyen mạc oxanne – o u e c uyen mạc KHUNG CHUYỂN MẠCH ATM Khung có nghẽn bên trong Khung chuyển mạch Roxanne– Một số hoạt động và đặc điểm ¾ 1 TSU tập trung 128 đầu cuối ỗ á å¾ M i liên ket vào qua TS được khai trien thành 2 -> giảm tải phân nữa ¾ Các tầng phân bố : TSi, ASi, PS1i KHUNG CHUYỂN MẠCH ATM Khung có nghẽn bên trong Khung chuyển mạch Roxanne– Một số hoạt động và đặc điểm ¾ Các tầng định tuyến : PS AS và PS 2, 0 10 ¾ Các module chuyển mạch được giám sát åliên tục đe phát hiện hư hỏng và cô lập KHUNG CHUYỂN MẠCH ATM Khung có nghẽn bên trong Khung chuyển mạch Roxanne– Một số hoạt động và đặc điểm ¾ Các cell đến đầu ra của khung không th đ ù thứ tư (d â t é đeo ung ï o nguyen ac a đường) do đó phải sắp xếp lại ở đầu ra ¾ Dịch vụ multicast sử dụng định tuyến loai IVï KHUNG CHUYỂN MẠCH ATM – Khung không có nghẽn bên trong (không mất cell) G à 2 l iom oạ : ¾ Có bộ đệm bên trong (khung St.Louis) ¾ Không có bộ đệm bên trong(khung B t h B )a c er - anyan KHUNG CHUYỂN MẠCH ATM Khung không có nghẽn bên trong Khung St.Louis KHUNG CHUYỂN MẠCH ATM Khung St.Louis–Các khối chức năng của SF Khung không có nghẽn bên trong KHUNG CHUYỂN MẠCH ATM Khung St.Louis – Phần tử chuyển mạch cơ bản Khung không có nghẽn bên trong St.Louis KHUNG CHUYỂN MẠCH ATM Khung không có nghẽn bên trong Khung St.Louis – Các giải pháp tránh nghẽn ¾ T á đ ä û ù li â k á b â khoc o cua cac en et en trong ung gấp đôi so với liên kết bên ngoài ¾ Dùng cơ chế backpresure ¾ Dùng mang phân bố DN ï KHUNG CHUYỂN MẠCH ATM Kh kh â ù h õ b â Khung St.Louis – Mạng Copy ung ong co ng en en trong KHUNG CHUYỂN MẠCH ATM Khung St.Louis – Giải thuật copy If FANOUT>2s th Khung không có nghẽn bên trong en z Begin Duplicate z If multicast connection is odd then- z Upper: FANOUT = ⏐(FANOUT + 1)/2⏐ z Lower: FANOUT = ⏐FANOUT / 2⏐ z Else z Upper : FANOUT = ⏐FANOUT / 2⏐ ⏐ ⏐z Lower : FANOUT = (FANOUT +1)/2 z End El di ib ffi i DNz se str ute tra c as n S: số tầng (đếm từ phải sang trái) bắt đầu từ 0 KHUNG CHUYỂN MẠCH ATM Khung không có nghẽn bên trong Khung Batcher - Banyan ¾ Tránh các luồng cell đung độ nhau trong khung ï bằng cách sắp xếp lại các cell ở lối vào mạng tự định tuyến ¾ Gồm 2 mạng : oBatcher : sắp xếp lai các cell theo thứ tư đầu ï ï ra của chúng, nhỏ bên trên và lớn bên dưới đị h áoBanyan : Tự n tuyen