Phần 1 - Tổng quan về công nghệ chuyển mạch nhÃn
trong mạng viễn thông
Chơng 1 - Sơ lợc về các công nghệ chuyển mạch trong mạng
viễn thông
1.1 Giới thiệu chung
Mạng viễn thông hiện tại với mô hình gồm hệ thống
truyền dẫn, hệ thống chuyển mạch và hệ thống truy nhập
khách hàng nhằm cung cấp các dịch vụ thoại, truyền số liệu
cho ngời sử dụng thông qua mạng cố định hoặc vô tuyến.
Trong lịch sử của mạng viễn thông với các công nghệ sử dụng
cho truyền dẫn, chuyển mạch và truy nhập không ngừng đợc
nghiên cứu phát triển với mục tiêu nhằm nâng cao chất lợng,
dung lợng và tạo nền tảng để cung cấp đa dạng các loại hình
dịch vụ cho khách hàng.
Hạn chế lớn nhất của mạng viễn thông ngày nay là các
dịch vụ thờng hoạt động trên các mạng riêng rẽ và nói chung
mỗi mạng có phần cứng chuyển mạch và truyền dẫn riêng, ví
dụ các dịch vụ máy tính chạy trên mạng X.25, các dịch vụ tin
báo dựa trên mạng điện báo. Mục đích của mạng số tích hợp
là cung cấp đợc các dịch vụ sử dụng trên cùng một mạng do
đó sẽ nâng cao hiệu suất sử dụng mạng và giảm đợc giá
thành.
Ngày nay, mọi ngời có thể nhận thấy là các dịch vụ
thoại đang đợc cung cấp chủ yếu trên mạng điện thoại công
cộng (PSTN) và các dịch vụ số liệu đợc cung cấp chủ yếu trên
mạng Internet. Mạng PSTN và Internet có những đặc điểm
1


riêng và cung cấp các dịch vụ riêng của chúng. Mạng PSTN
dựa trên các bộ chuyển mạch kênh cung cấp chất lợng thoại rất

cao nh free-phone, các dịch vụ nhà khai thác, Các dịch vụ
truyền số liệu nh fax, email hoạt động qua mạng này thông
qua các kết nối kênh. PSTN là một mạng có trễ thấp, băng
thông cố định. Các dịch vụ PSTN đợc cung cấp từ các bộ
chuyển mạch và mạng thông minh. Các mạng vô tuyến chủ
yếu cung cấp các dịch vụ di động hiện nay đợc kết nối tới
PSTN đợc cung cấp kết nối liên tục cho tất cả các khách hàng
vô tuyến và hữu tuyến.
Internet chủ yếu dựa trên các bộ chuyển mạch cung cấp
các dịch vụ dữ liệu rất mềm dẻo. Tuy nhiên đó là mạng có
trễ thay đổi , băng thông biến đổi và cung cấp các dịch vụ
đôi khi không đảm bảo đợc chất lợng. Trớc sự phát triển bùng
nổ của Internet và các mạng Extranet (mạng dùng chung giữa
một số nhóm các nhà khai thác và khách hàng) các nhà khoa
học dự tính khối lợng lu lợng dữ liệu sẽ vợt qua các khối lợng lu
lợng thoại trong một vài năm tới. Vì lu lợng dữ liệu trội hơn lu
lợng thoại và vì có thể cung cấp các mức chất lợng dịch vụ
cao hơn trên các mạng gói, đặc biệt cho thoại và các dịch vụ
thời gian thực, nên có thể mong mn héi tơ nhiỊu m¹ng
quanh mét m¹ng lâi duy nhất dựa trên kỹ thuật gói. Sự hội tụ
này sẽ hỗ trợ các dịch vụ đa phơng tiện mới, tăng cờng khả
năng hỗ trợ của một nhà cung cấp mạng đối với nhiều nhu cầu
khác nhau của khách hàng và giảm đợc chi phí hoạt động. Sự
hội tụ này xoay quanh mạng đờng trục dựa trên kỹ thuật gói
sẽ cho phép nhiều mạng kết hợp với nhau sao cho khách hµng

2


chỉ cần biết rằng họ đang làm việc trên một mạng duy nhất,

thống nhất. Sự hội tụ này sẽ gần nh tự lặp lại khi các mạng
doanh nghiệp và công cộng cùng quy về một bộ tiêu chuẩn
các giao thức, chính sách và cấu trúc.
Nh trên đà nhận định, mạng viễn thông hiện tại gồm hệ
thống truyền dẫn, hệ thống chuyển mạch và hệ thống truy
nhập, sự phát triển đột biến về công nghệ của các hệ thống
này sẽ tạo nên một thế hệ mạng mới, trong đó công nghệ
chuyển mạch đóng vai trò đặc biệt quan trọng.
Hiện nay, mạng chuyển mạch sử dụng cấu trúc phân
cấp theo tiêu chuẩn của ITU-T. Sự phân cấp này đợc phát
triển dựa trên các tiền đề về giá thành và công nghệ mà
chúng đợc xây dựng trên các thiết bị truyền dẫn, chuyển
mạch tơng tự và mạng cáp đồng. Công nghệ số phù hợp với
mạng ít cấp và nguyên tắc định tuyến đơn giản. Xu thế
giảm cấp mạng cũng nhất quán với mục đích tăng cờng sự
bền vững của mạng. Mạng chuyển mạch hiện đại có thể đạt
cùng một mức ổn định nh mạng tơng tự mà không cần lắp
thêm tổng đài nh ®èi víi m¹ng nhiỊu cÊp.

3


1.2 Công nghệ chuyển mạch kênh Circuit Switching

Hình 1.1: Mô hình chuyển mạch kênh
Chuyển mạch kênh là một phơng thức chuyển mạch mà kênh
truyền đợc thiết lập chỉ phục vụ liên lạc cho một cặp thiết
bị đầu cuối tại một thời điểm. Tại thời điểm tuyến nối đợc
thiết lập, thông tin giữa cặp đầu cuối đó đợc truyền liên
tục trên kênh vật lý. Các kênh liên lạc của các cặp đầu cuối

khác diễn ra đồng thời là hoàn toàn độc lập với nhau. Khi liên
lạc giữa cặp thiết bị đầu cuối kết thúc thì kênh truyền mới
đợc giải phóng.
Các đặc điểm của chuyển mạch kênh:
- Kênh truyền đợc thiết lập trớc sau đó việc liên lạc mới đợc thực hiện giữa hai thiết bị đầu cuối.
- Kênh không tham gia vào quá trình kiểm soát tin tức
truyền trên kênh.
Các u điểm của chuyển mạch kênh:
- Truyền dẫn hầu nh không có lỗi và tổn thất xdữ liệu rất
nhỏ do kênh đợc chiếm giữ trong suốt thời gian kết nối
4


- Đảm bảo thời gian thực, độ trễ nhỏ. Vì vậy nó thích hợp
với loại hình liên lạc thoại thời gian thực.
Nhợc điểm của chuyển mạch kênh:
- Tốc độ dữ liệu bị hạn chế
- Nếu có lỗi trên một kênh vật lý trong mạng chuyển mạch
kênh sẽ dẫn đến gián đoạn toàn bộ các dịch vụ truyền
thông đợc truyền tải trên kênh.
- Tài nguyên mạng bị chiếm giữ cho cuộc gọi không cần
biết thông tin có đợc truyền đi hay không
- Một cuộc gọi dài yêu cầu nhiều tài nguyên chuyển mạch
hơn là cuộc gọi ngắn
Phân loại chuyển mạch kênh:
- Chuyển mạch tơng tự: Chuyển mạch nhân công, tự
động
- Chuyển mạch PAM: loại 2 dây, 4 dây
- Chuyển mạch số: chuyển mạch thời hian, không gian,
hoặc kết hợp


5


1.3 Chuyển mạch gói:

Hình 1.2: Mô hình chuyển mạch gói
Trong chuyển mạch gói, các bản tin đợc chia thành nhiều
gói nhỏ có kích thớc giống nhau và đợc gắn nhÃn. Trong nhÃn
bao gồm các thông tin về địa chỉ nguồn, địa chỉ đích .
Các bản tin này đợc truyền theo các nút khác nhau. Tại node
đích, căn cứ vào nhÃn của các gói thu nhận đợc, các gói tin sẽ
đợc sắp xếp lại theo trình tự ban đầu để chuyển giao cho
thíet bị nhận tin.
Đặc điểm của chuyển mạch gói:
- Thời gian truyền tải tin lớn dễ gây tắc nghẽn trên mạng.
- Yêu cầu phải có bộ nhớ đủ lớn tại các node mạng để tíep
nhận, sắp xếp và lu trữ các bản tin.
- Tuy nhiên, chuyển mạch gói đem lại hiệu quả và mềm
dẻo hơn nhiều khi truyền dẫn dữ liệu và chuyển mạch tài
nguyên. Cùng với những tiến bộ của công nghệ viễn thông và
công nghệ thông tin, những hạn chế của chuyển mạch gói so
với chuyển mạch kênh có thể đợc giải quyết. Chuyển mạch

6


gói đợc xem nh- là công nghệ chuyển mạch kế tiếp cho tất
cả các dạng thoại, dữ liệu, hình ảnh, video
1.4 Công nghệ IP:

Kể từ khi xuất hiện Internet, khái niệm IP (Internet
Protocol) đà trở nên quen thuộc và đợc biết đến dới tên gọi
mạng chuyển mạch gói. Giao thức IP cho phép truyền giao số
liệu một cách linh hoạt, mềm dẻo và sử dụng hiệu quả băng
tần truyền dẫn hơn những giao thức cho mạng gói trớc đây
nh X.25, X.75.
Sự phát triển đột biến của IP ( Internet Protocol) và sự
tăng trởng theo cấp số nhân của thuê bao Internet là một
thực tế không ai có thể phủ nhận.
Thành công trên phạm vi toàn thế giới của Internet và các
mạng Intranet gắn liền với sự thành công của một kiến trúc
mạng gọi là Bộ giao thức IP (Internet Protocol Suite) hay còn
gọi là TCP/IP
Xét theo mô hình tham chiếu OSI, IP lµ mét giao thøc
líp 3 thùc hiƯn viƯc phân tách ứng dụng khỏi mạng truyền
dẫn. Nó cho phép ngời sử dụng đảm bảo đợc ứng dụng của
họ độc lập với công nghệ mạng lớp dới.
Thêm nữa, IP cho phép ngời sử dụng dùng các công nghệ
khác nhau trong các phần khác nhau của mạng. Ví dụ, các
mạng LAN ( Ethernet, Torken Ring) trong các toà nhà và các
dịch vơ c«ng céng, Frame Relay hay ATM cho khu vùc địa lý
của cùng một mạng.
1.4.1 Đặc điểm của công nghệ IP :
TCP/IP

OSI

7



Lớp ứng dụng và

Lớp ứng dụng
Lớp trình diễn

dịch vụ

Lớp phiên
TCP

UDP

Lớp truyền tải

IP
Liên kết dữ liệu và

Lớp mạng
Link

Liên kết dữ liệu và vật

vật lý

lý

Hình 1.3 Sự tơng thích giữa mô hình TCP/IP và OSI
Công nghệ IP đợc xây dựng trên bộ giao thức TCP/IP tơng ứng với lớp truyền tải/lớp mạng của mô hình 7 lớp OSI
(hình 1.3). TCP/IP là họ giao thức cung cấp các phơng tiện
liên kết các mạng nhỏ với nhau để tạo ra một mạng lớn hơn gọi

là liên mạng (Internetwork). Giao thức lớp mạng (IP) và các bộ
định tuyến đợc sử dụng để chuyển giao các gói tin có độ
dài thay đổi theo tuyến tốt nhất mà không có sự đảm bảo
vể chất lợng (thời gian trễ và băng tần). Chuyển giao thông
tin là kiểu phi kết nối căn cứ vào địa chỉ lớp mạng (địa chỉ
IP) và bảng định tuyến tại mỗi nút. Bảng định tuyến đợc tạo
hoàn toàn tự động bởi giao thức định tuyến.
IP là kiểu giao thức không liên kết, chức năng cơ bản
của nó là liên kết dữ liệu giữa các trạm con trong một đơn
vị mạng hay kết nối chúng thành một liên mạng. Giao thức IP
định địa chỉ các trạm con trong mạng, do đó các gói tin có
thể đợc gửi từ một trạm này đến một trạm khác trong một
liên mạng. IP cũng cung cấp khả năng phân đoạn các gói tin
khi các dữ liệu phải đợc truyền tải qua các mạng có độ

8


truyền dẫn khác nhau sau đó tổng hợp lại các phân đoạn đó
khi chúng đợc gửi tới đích. Tuy nhiên giao thức IP chỉ là giao
thức truyền tin tơng đối đơn giản, nó cha có các chức năng
kiểm soát lỗi hay luồng dữ liệu do đó chỉ thích hợp cho việc
truyền gửi các thông điệp (massage).
Giao thức điều khiển truyền dữ liệu TCP là một giao thức hớng liên kết kiểu host to host với độ tin cậy cao giữa các host
trong liên mạng. TCP bảo đảm dữ liệu đợc truyền theo thứ
tự, tin cậy và hạn chế lỗi. TCP cũng cung cấp cơ chế điều
khiển luồng dữ liệu để có thể thay đổi giới hạn tải của
mạng.
Giao thức TCP phù hợp với kiến trúc phân tầng và nó chỉ nằm
trên một giao thức cơ bản là IP. TCP nhận dữ liệu từ các ứng

dụng, đinh dạng chúng thành các đơn vị dữ liệu riêng gọi là
segment nhiệm và sau đó gửi xuống tầng dới (IP). ở đây,
các segment đợc chứa trong các datagram của liên mạng. IP
cũng đồng thời làm việc với sự phân mảnh hay ráp nối các
TCP segment để thu đợc sự truyền tải và chuyển giao thông
tin qua liên mạng.
1.4.2 Giao thức liên mạng IP
Nh đà đề cập ở phần trên, chuyển mạch kênh sẽ bị lỗi
truyền thông khi có lỗi trên kênh vật lý. Giao thức IP sử dụng
chuyển mạch gói Datagram, nghĩa là thông tin đợc chia
thành các gói nhỏ và đợc truyền qua mạng. Một datagram
bao gồm hai phần chính là header và data với khuôn dạng đợc
chỉ ra nh hình 1.4:

9


VER

IHL

Type of service

Identification
Time to live

Total Length
Flags

Protocol


Fragment
offset

Header
Checksum

Source Address
Destination Address
Options - Padding
Data
H×nh 1.4 Khuôn dạng gói
tin IP
Gói tin IP gồm địa chỉ nguồn, địa chỉ đích, các cờ,
mào đầu, và dữ liệu. Địa chỉ là một số duy nhất trong toàn
mạng và mang đầy đủ thông tin cần thiết cho việc chuyển
gói tin tới đích. Cơ cấu định tuyến có nhiệm vụ tính toán
đờng đi tới các nút trong mạng. Do vậy, cơ cấu định tuyến
phải đợc cập nhập các thông tin về topo mạng, thông tin về
nguyên tắc chuyển tin và nó phải có khă năng hoạt động
trong môi trờng mạng gồm nhiều nút. Kết quả tính toán của
cơ cấu định tuyến đợc lu trong các bảng định tuyến
(routing table) chứa thông tin về node ké tiếp để có thể
gửi gói tin tới đích nhận tin.
Dựa trên các bảng định tuyến, cơ cấu chuyển tin
chuyển mạch các gói IP hớng tới đích. Phơng thức chuyển tin
truyền thống là theo từng chặng một. Trong phơng thức này,

10



mỗi nút mạng tính toán bảng định tuyến một cách độc lập.
Vì vậy, yêu cầu kết quả tính toán của phần định tuyến tại
tất cả các nút phải đồng nhất, có nghĩa là thuật toán định
tuyến phải giống nhau.
Kiểu chuyển tin theo từng chặng hạn chế khả năng của
mạng. Ví dụ, theo phơng thức này, nếu các gói tin chuyển tới
cùng một địa chỉ mà đi qua cùng một nút thì chúng sẽ đợc
truyền qua cùng một tuyến tới điểm đích khiến mạng không
thể thực hiện một số chức năng khác nh định tuyến theo
đích, theo loại dịch vụ.
Bên cạnh đó, phơng thức định tuyến và chuyển tin
này nâng cao độ tin cậy cũng nh khả năng mở rộng của
mạng. Giao thức định tuyến động cho phép mạng phản ứng
lại víi sù cè b»ng viƯc thay ®ỉi tun khi bé định tuyến Router nhận thấy đợc sự thay đổi về tôpô mạng thông qua
việc cập nhật thông tin về trạng thái kết nối. Với các phơng
thức nh CIDR (Classless InterDomain Routing), kích thớc của
bảng chuyển tin đợc duy trì ở mức chấp nhận đợc, và do
việc tính toán định tuyến đều do các nút tự thực hiện,
mạng có thể đợc mở rộng mà không cần thực hiện bất kỳ
một thay ®ỉi nµo.
Giao thøc IP hiƯn ®ang sư dơng réng r·i trên mạng
Internet là IP phiên bản 4 ( Ipv4). Ipv4 cung cấp dịch vụ với
các đặc tính cơ bản sau:
-

Đánh địa chỉ toàn cục: có một địa chỉ duy nhất 32 bit

trên phạm vi toàn thế giới


11


-

Hiệu quả tối đa ( Best Effort): cố gằng tối đa để

truyền các gói tin đi, nhng không đảm bảm gì với lớp trên,
không đảm bảo về phần trăm thành công hay thời gian đa
gói tin đến đích là bao lâu. Vì vậy, trong Ipv4 cha có QoS
Sau Ipv4, Ipv6 ra đời để khắc phục những nhợc điểm
của IPv4, cải thiện toàn bộ về chất lợng và bảo mật của mạng
Internet, với một số tính năng sau:
- Độ dài địa chỉ tăng lên 128 bit phù hợp cho việc gia tăng của
mạng Internet, với các phơng pháp đánh địa chỉ cũng kinh
hoạt hơn.
- Tăng cờng cơ chế bảo mật
- H tr a phng tin.
- Khả năng tự động cấu hình (Auto config)
- Kh nng h tr di ng.
- Hỗ trợ QoS
Trong thêi gian tíi, viƯc chun ®ỉi tõ IPv4 sang IPv6
vẫn đang đợc tiến hành từng bớc để dần chuyển đổi sang
IPv6 phục vụ nhu cầu sử dụng ngày càng tăng của khách
hàng.
1.5 Chuyển mạch ATM
Các mạng viễn thông và máy tính đang phát triển
nhanh chóng từ các mạng băng hẹp trở thành các mạng số
liệu liên kết đa dịch vụ băng rộng (B-ISDN). Sự xuất hiện
một số lớn các ứng dụng với những yêu cầu khác nhau đà dẫn

đến sự phát triển của (B-ISDN). Những ứng dụng này bao
gồm video theo yêu cầu (Video On Demand), hội nghị truyền

12


hình, điện thoại thấy hình và truyền số liệu tốc độ cao.
Mỗi dịch vụ trong số các dịch vụ đó đặt ra nhiều yêu cầu
đối với nhà cung cấp làm nảy sinh nhu cầu cần có những
mạng đa năng và linh hoạt. Để đáp ứng sự gia tăng nhu cầu
cho truyền dẫn số liệu tốc độ cao và cho các ứng dụng đa
phơng tiện, ITU-T đà đa ra khái niệm phơng thức chuyển tải
không đồng bộ - ATM (Asynchronous Transfer Mode).
Công nghệ ATM dựa trên cơ sở của phơng pháp chuyển
mạch gói, thôngtin đợc chia thành các gói tin có chiều dài cố
định và ngắn, trong đó vị trí của gói không hpụ thuộc vào
đồng hồ đồng bộ và dựa trên nhu cầu của bất kỳ kênh cho
trớc.
ATM là một kỹ thuật truyền tin tốc độ cao, ATM xử lý
thông tin ở nhiều dạng khác nhau nh thoại, số liệu, video và
cắt ra thành nhiều phần nhỏ và chuyển giao dới dạng gói hay
còn gọi là tế bào ATM. Các tế bào này, sau đó đợc truyền
qua các kết nối ảo VC (Virtual Connection). Vì ATM có thể hỗ
trợ thoại, số liệu và video với chất lợng dịch vụ cao trên nhiều
công nghệ băng rộng khác nhau, nên nó đợc coi là công nghệ
chuyển mạch hàng đầu và thu hút đợc nhiều quan tâm.
1.5.1 Đặc điểm của công nghệ ATM:
Một tế bào ATM có chiều dài cố định là 53 byte để có
thể truyền tải linh hoạt với các tốc độ khác nhau.
Công nghệ ATM cho phép truyền thông tin với tốc độ

cao, nhiều kiểu lu lợng khác nhau có thể đợc đa vào hệ
thống ATM và có thể đáp ứng chất lợng dịch vụ (QoS) ở các

13


mức độ khác nhau tuỳ theo yêu cầu của ngời sử dụng. Điều
này cho phép sử dụng công nghệ ATM để xây dựng một
mạng sử dụng chung cho các loại hình dịch vụ.
ATM là công nghệ chuyển mạch hớng kết nối có thể
cung cấp nhiều kết nối (kênh ảo cố định, bán cố định, kênh
ảo chuyển mạch)
Có thể sử dụng với nhiều loại cấu hình (điểm- điểm,
điểm- đa điểm, đa ®iĨm- ®a ®iĨm).
So víi c«ng nghƯ TDM, ATM nỉi tréi hơn ở khả năng
phân bố băng tần truyền dẫn linh hoạt cho ngời sử dụng.
Hơn nữa ATM còn có tính năng giám sát một cách dễ
dàng: nhà khai thác chỉ việc lựa chọn điểm đầu vào và ra
của mạng, chuyển mạch ATM sẽ thực hiện chức năng định
tuyến qua mạng thông qua thuật toán chọn đờng tối u. Khi
dung lợng kết nối tăng, giám sát kết nối có thể thực hiƯn qua
hƯ thèng nghiƯp vơ nèi kÕt trùc tiÕp víi hệ thống quản lý.
ATM có khả năng triển khai nhanh, độ tin cậy cao và
khả năng phục hồi mạng nhanh trong trờng hợp có sự cố nhờ
các chức năng quản lý theo phân lớp và khả năng định tuyến
linh hoạt. Ngoài ra, trong phần mào đầu của tế bào ATM
đều có chứa trờng kiểm tra lỗi để bảo vệ phần còn lại của
phần mào đầu.
Khả năng hỗ trợ với các mạng hiện có (thoại, số liệu và
video với chất lợng dịch vụ cao). Thiết bị ATM có nhiều giao

diện hữu dụng đối với những dịch vụ thoại/hình ảnh hiện

14


có; có khả năng giao tiếp với hệ thống PDH, SDH, IP, chuyển
tiếp khung Frame Relay, và hỗ trợ IP thông qua MPOA.
1.5.2 Phân lớp giao thức
Các tiêu chuẩn ATM định nghĩa các giao thức hoạt
động tại lớp 2 (Data link) trong mô hình tham chiếu 7 lớp OSI.
Các tiêu chuẩn này đợc định nghĩa các quá trình xuất hiện
tại lớp thích nghi ATM (AAL) và lớp ATM của mô h×nh tham
chiÕu. Líp thÝch nghi ATM thùc hiƯn hai chøc năng :
- Tại nút nguồn : Chuyển đổi dữ liệu nhận đợc từ lớp
cao hơn thành các tế bào ATM tải xuống và truyền dẫn qua
mạng đến nút đích.
- Tại nút đích : Chuyển đổi các tế bào ATM nhận đợc
từ các nút nguồn và sắp xếp dữ liệu theo một cấu trúc phù
hợp với các giao thức của lớp trên.
- Lớp ATM là phần thuộc giao thức ATM hoạt động kết hợp
với lớp vật lý để truyền tải các tế bào từ một kết nối ATM
trong mạng đến một địa chỉ khác (Xem hình 1.5)

15


Physical Layer : Líp vËt
lý
ATM Layer : Líp ATM
ATM Adaptation Layer :

Lớp thích nghi ATM
Management Plane :
mặt phẳng quản lý
Control Plane : Mặt
phẳng điều khiển
User Plane : Mặt
phẳng ngời sử dụng
Layer Management :
Quản lý lớp
Higher Layers : các lớp
cao

Hình 1.5: Mô hình tham chiếu giao thức ATM
Mặt phẳng ngời dùng: Cung cấp các thông tin về ngời
sử dụng qua mạng.
Mặt phẳng điều khiển: Cung cấp các thông tin báo
hiệu của tổng đài giữa các nút đầu cuối ATM (Các điểm gửi
và nhận dữ liệu ATM) với mục đích thực hiện việc thiết lập
kết nối. Nó cũng cung cấp chức năng điều khiển cần thiết
cho các dịch vụ đợc chuyển mạch bằng công nghệ ATM.
Mặt phẳng điều khiển kết hợp với quá trình báo hiệu
và định tuyến để thiết lập, quản lý và giải phóng các kết
nối chuyển mạch ảo (SVCs) giữa các liên kết ngang hàng
(peer to peer) trong mạng.

16


Mặt phẳng quản lý: Cung cấp các chức năng vận
hành, quản lý cũng nh khả năng trung chuyển thông tin giữa

mặt phẳng ngời dùng và mặt phẳng điều khiển.
1.5.3 Cấu tróc chun m¹ch ATM :
ViƯc thiÕt kÕ chun m¹ch ATM nhằm mục đích tăng
tốc độ chuyển mạch, dung lợng và tăng các tính năng hoạt
động của hệ thống. Chuyển mạch ATM khác các loại chuyển
mạch thông thờng vì chuyển mạch ATM có các giao diện tốc
độ cao từ 25 Mb/s, 50 Mb/s đến 2,4 Gb/s, 10 Gb/s và có thể
lên tới 80 Gb/s. Thêm vào đó các đặc tính thống kê của
luồng tế bào ATM khi đi qua hệ thống chuyển mạch ATM
đặt ra nhiều yêu cầu cho hệ thống này.
Hệ thống chuyển mạch ATM không chỉ đơn giản là một
cơ cấu có các chức năng đệm và định tuyến, hệ thống này
bao gồm nhiều tổ hợp của các module, không chỉ truyền tải
tế bào mà còn thực hiện chức năng điều khiển và quản lý
nhất là yêu cầu về quản lý lu lợng.
Một chuyển mạch ATM chứa các cổng đầu ra để liên
kết ngời sử dụng với chuyển mạch khác, mạng khác. Chuyển
mạch ATM cũng có các giao diện khác để trao đổi các thông
tin quản lý, điều khiển với mạng quản lý. Về lý thuyết
chuyển mạch ATM chỉ thực hiện chuyển các tế bào thông tin
và hỗ trợ các chức năng điều khiển, quản lý. Tuy nhiên trong
thực tế hệ thống còn thực hiện vài chức năng trao đổi với
các mạng có công nghệ khác để hỗ trợ các dịch vụ nh Frame
Relay, IP.

17


Phần ngời sử dụng
Chức năng cơ bản của chuyển mạch ATM là chuyển các

tế bào ngời sử dụng từ các đầu vào đến các đầu ra tơng
ứng. Chuyển mạch chỉ xử lý các phần mào đầu của tế bào,
còn phần tải tin của tế bào đợc dẫn thẳng qua hệ thống. Mỗi
khi tế bào đến cổng vào với các thông tin Chỉ thị đờng
ảo/Chỉ thị kênh ảo (VPI/VCI) đợc dùng để tìm đờng cho các
tế bào đến cổng ra tơng ứng. Chức năng này đợc chia cho 3
khối chức năng : module đầu vào chứa các cổng vào, module
chuyển mạch tế bào thực hiện chức năng tìm đờng (trờng
chuyển mạch ), và module đầu ra chứa các thông tin đầu ra.
CAC
ATM

IM
M
IM
M

SM

Cell
Switch
Fabric

OM
M

ATM

OM
M


Hình 1.6: Mô hình chung của
chuyển mạch ATM
IM (Input Module) : Module đầu vào
OM(Output Module): Module đầu ra
CAC: Điều khiển đầu vào kết nối
SM: Điều khiển chuyển mạch.
Phần điều khiển

18


Phần này thực hiện chức năng thiết lập và điều khiển
các kết nối đờng ảo, kênh ảo (VP/VC). Không giống nh các tế
bào số liệu, thông tin trong phần tải tin của tế bào điều
khiển không đi thẳng qua chuyển mạch. Chuyển mạch phải
nhận các tế bào báo hiệu hoặc tạo ra các tế bào đó. Chức
năng báo hiệu chính đợc thực hiện thông qua phần Điều
khiển chấp nhận kết nối CAC (Connection Admission Control).
Thông tin báo hiệu có thể chuyển qua trờng chuyển mạch
hoặc có thể đợc trao đổi thông qua mạng báo hiệu.
Phần quản lý
Phần quản lý thực hiện giám sát việc điều khiển để
đảm bảo mạng hoạt động chính xác và có hiệu quả. Phần
này bao gồm chức năng quản lý lỗi, chức năng quản lý tham
số hoạt động, chức năng quản lý cấu hình, chức năng quản lý
an toàn, chức năng quản lý cớc và chức năng quản lý lu lợng.
Các chức năng này đợc thực hiện trong khối chức năng quản
lý chuyển mạch SM (Switch Managment) của hệ thống.
Module quản lý chuyển mạch có nhiệm vụ hỗ trợ các thủ tục

vận hành và bảo dỡng OAM (Operation and Maintenance) tại
lớp ATM. Module quản lý chuyển mạch cũng có thể hỗ trợ các
giao diện quản lý cơc bé cã tÝnh t¹m thêi (ILMI: Interim Local
Management Interface) cđa giao diƯn Ngêi dïng – M¹ng (User
– Network Interface).

19


chơng 2 - Công nghệ chuyển mạch nhÃn đa giao thức
MPLS
2.1 Công nghệ MPLS
Vấn đề đặt ra đối với các ngành công nghiệp viễn
thông là luôn luôn phải cải tiến công nghệ để đáp ứng đợc
nhu cầu của khách hàng kể cả về phục vụ nhu cầu ngày
càng tăng của khách hàng cũng nh chất lợng dịch vụ ngày
một nâng cao. Các công nghệ trớc đó nh IP và ATM cũng
không thể giải quyết đợc hết những yêu cầu đặt ra đó. ở
đây là cần phải phối hợp u điểm của IP về cơ cấu định
tuyến và của ATM về thông lợng chuyển mạch để tạo ra một
công nghệ mới.
Mô h×nh IP-over-ATM (IPOA) cđa IETF coi IP nh mét líp
n»m trên lớp ATM và định nghĩa các mạng con trên nền mạng
ATM. Phơng thức này cho phép IP và ATM hoạt động với nhau
mà không cần thay đổi giao thức của chúng nhng lại không
tận dụng hết đợc khả năng của ATM. Ngoài ra, cách tiếp cận
này không thích hợp với mạng nhiều router.
Giao thức MPLS đợc hình thành bởi Internet Engineering
Task Force trong RFC 3031.
C«ng nghƯ MPLS (Multi-Protocol Label Switching) là kết

quả phát triển của nhiều công nghệ chuyển mạch IP (IP
switching) sử dụng cơ chế hoán đổi nhÃn của ATM để tăng
tốc độ truyền gói tin mà không cần thay đổi các giao thức
định tuyến của IP. MPLS mở rộng bộ giao thức IP nhằm cải
thiện quá trình ph¸t chun cđa c¸c Router. MPLS t¸ch chøc

20


năng của IP router ra làm hai phần riêng biệt: chức năng
chuyển gói tin và chức năng điều khiển.
Phần chức năng chuyển gói tin có nhiệm vụ gửi gói tin
giữa các IP router sử dụng cơ chế hoán đổi nhÃn nh của ATM.
Đối với các router, khi nhận đợc một gói tin phải trải qua quá
trình phân tích địa chỉ và tìm kiếm tuyến khá phức tạp
để xác định trạm kế tiếp bằng cách kiểm tra địa chỉ
đích trong header của gói. MPLS đà đơn giản thủ tục này
bằng cách dựa vào một nhÃn đơn giản khi chuyển phát. MPLS
còn có khả năng đặt các lu lợng IP trên các đờng xác định trớc qua mạng. Bằng cách này MPLS tạo ra sự đảm bảo về băng
tần và các đặc tính dịch vụ khác cho mỗi ứng dụng cụ thể
của User. Với mỗi dịch vụ cụ thể, một bảng lớp chuyển phát tơng đơng (FEC Forwarding Equivalent Class) biểu diễn
một nhóm các dòng lu lợng có cùng yêu cầu về xử lý lu lợng đợc
tạo ra. Một nhÃn đặc biệt sau đó đợc dùng để gán cho một
FEC. Trong MPLS, nhÃn là một số có độ dài cố định và không
phụ thuộc vào lớp mạng. Kỹ thuật hoán đổi nhÃn về bản chất
là việc thu nhÃn của một gói tin trong bảng các nhÃn để xác
định tuyến của gói và nhÃn mới của nó. Tại lối vào mạng
MPLS, các gói IP đến đợc kiểm tra và gán một nhÃn bởi các
Router nhÃn ở biên mạng (LER Label Edge Router) và tại đây
các Router chuyển mạch nhÃn LSR (Label Switching Router

Bộ định tuyến chuyển mạch nhÃn) dựa vào trờng nhảntong
gói tin để đa ra quyết định chuyển mạch. LSR không cần
kiểm tra tiêu đề IP của gói để tìm trạm kế tiếp. Nó đơn
giản chỉ bỏ nhÃn hiện tại và đa vào một nhÃn mới cho trạm kế

21


tiếp. Cơ sở thông tin nhÃn tạo ra nhÃn mới ®Ĩ chÌn vµo gãi vµ
mét giao diƯn ra dùa vµo nhÃn vào trên giao diện vào.
Phần chức năng điều khiển của MPLS bao gồm các giao
thức định tuyến lớp mạng với nhiệm vụ phân phối thông tin
giữa các LSR và thủ tục gán nhÃn để chuyển thông tin định
tuyến thành các bảng định tuyến cho việc chuyển mạch.
Báo hiệu để thiết lập LSP xử lý lu lợng đợc thực hiện nhờ sử
dụng giao thức phân phối nhÃn trên mỗi nút MPLS. Có một số
giao thức phân phối nhÃn khác nhau trong đó hai giao thức
phổ biến nhất là RSVP ( Resource Reservation Protocol) vµ
CR-LDP ( Cell Router – Label Distribution Protocol: giao thức
phân phối nhÃn bộ định tuyến tế bào). MPLS có thể hoạt
động đợc với các giao thức định tuyến Internet khác nh OSPF
(Open Shortest Path Firts) và BGP (Border Gateway Protocol
giao thức định tuyến cổng miền), ISIS (Intermediate
System Intermediate System) cho phép các nút không chỉ
trao đổi các thông tin về topo mạng mà cả những thông tin
về tài nguyên, thậm chí về chính sách mạng. Do MPLS hỗ trợ
việc điều khiển lu lợng và cho phép thiết lập tuyến cố
định, việc đảm bảo chất lợng dịch vụ của các tuyến là hoàn
toàn khả thi. Đây là một tính năng vợt trội của MPLS so với các
giao thức định tuyến cổ điển.

Ngoài ra, MPLS còn có cơ chế định tuyến lại nhanh
(fast rerouting). Do MPLS là công nghệ chuyển mạch hớng kết
nối, khả năng bị ảnh hởng bởi lỗi đờng truyền thờng cao hơn
các công nghệ khác. Trong khi đó, các dịch vụ tích hợp mà
MPLS phải hỗ trợ lại yêu cầu chất lợng phục vơ cao. Do vËy, kh¶

22


năng phục hồi của MPLS đảm bảo khả năng cung cấp dịch vụ
của mạng không phụ thuộc vào cơ cấu khôi phục lỗi của lớp
vật lý bên dới.
Bên cạnh độ tin cậy, công nghệ MPLS cũng khiến việc
quản lý mạng đợc dễ dàng hơn. Do MPLS quản lý việc
chuyển tin theo các luồng thông tin, mỗi gói tin thuộc một
FEC có thể đợc xác định bởi giá trị của nhÃn. Do vậy, trong
miền MPLS, các thiết bị đo lu lợng mạng có thể dựa trên nhÃn
để phân loại các gói tin. Lu lợng các tuyến chuyển mạch nhÃn
(LPS) đợc giám sát một cách dễ dàng dùng RTFM (Real-Time
Flow Measurement). Bằng cách giám sát lu lợng tại các LSR,
nghẽn lu lợng sẽ đợc phát hiện và xác định nhanh chóng vị
trí xảy ra nghẽn lu lợng. Tuy nhiên việc giám sát lu lợng theo
phơng thức này không đa ra đợc toàn bộ thông tin về chất lợng dịch vụ (ví dụ nh trễ từ điểm đầu đến điểm cuối trong
miền MPLS), điều này cho phép sử dụng một thiết bị nắn lu
lợng mà không cần thay đổi các giao thức hiện có.
Cơ cấu định tuyến của MPLS có khả năng nâng cao
chất lợng dịch vụ QoS của mạng IP truyền thống, việc tách
biệt phần điều khiển và chuyển mạch cho phép MPLS hỗ trợ
đồng thời MPLS và B-ISDN. Để thêm các chức năng mới sau khi
thi hành mạng MPLS


chỉ cần thay đổi phần mềm điều

khiển.
Một đặc điểm quan trọng là không có một hạn chế
MPLS với bất kỳ kỹ thuật tầng liên kết dữ liệu nào nh máy
ATM hay Frame Relay. Hầu hết những cố gắng là liên kết kỹ

23


thuật MPLS và ATM, nhng trong tơng lai MPLS sẽ hoạt động
trực tiếp với IP trên tầng Vật Lý và không sử dụng ATM.
2.2 Đặc điểm của MPLS
2.2.1 Tốc độ nhanh hơn và giảm độ trễ
Chuyển tiếp dựa trên IP cổ điển quá chậm để điều
khiển những đờng truyền lu lợng lớn trên Internet. Mặc dù đÃ
có những kỹ thuật nâng cao tốc độ, nh bảng định tuyến
nhanh cho những gói quan trọng, nhng các gói đến các
router vẫn nhiều hơn so với khả năng xử lý của router. Kết
quả sẽ bị mất gói, mất kết nối,...
Trái lại, chuyển mạch nhÃn đợc cung cấp để giải quyết
vấn đề trên một cách hiệu quả. Chuyển mạch nhÃn nhanh
hơn rất nhiều bởi vì giá trị nhÃn đợc đặt trong tiêu đề của
gói đến, đợc sử dụng để quản lý bảng định tuyến, theo
cách nhÃn sẽ đợc sử dụng làm chỉ mục trong bảng. Việc tìm
kiếm này yêu cầu chỉ một lần là tìm ra, ngợc lại định tuyến
cổ điển có thể phải tìm kiếm trong bảng đó rất nhiều lần.
Vì vậy trên luồng vận chuyển, các gói đợc gửi thông qua
mạng nhanh hơn thông thờng, giảm thời gian trễ, và đáp ứng

thời gian cho ngời dùng.
2.2.2 Khả năng mở rộng (Scalability)
Tốc độ của mạng Internet là rất quan trọng. Nhng dịch
vụ nhanh không phải là tất cả mà chuyển mạch nhÃn có thĨ
cung cÊp. Nã cịng cã thĨ cung cÊp mét kh¶ năng mở rộng,
tức là điều tiết một số lợng lớn và ngày càng tăng nhanh
chóng các user trên mạng Internet. Hµng ngµn ngêi sư dơng

24


mới (cả những thiết bị hỗ trợ nh router, server) đợc kết nối
trên Internet mỗi ngày. Nhiệm vụ của một router phải theo dõi
tất cả các ngời dùng rất là nặng nề. Chuyển mạch nhÃn đà đa
ra một cách giải quyết cho việc phát triển mạng một cách
nhanh chóng nh vậy bằng cách cho phép một số lợng lớn các
địa chỉ IP đợc kết nối với nhau chỉ trên một hay vài nhÃn.
Cách tiếp cận này sẽ cắt giảm bảng địa chỉ (thực chất là
các nhÃn) và cho phép một router phục vụ nhiều ngời dùng
hơn.
2.2.3 Đơn giản
Một u điểm khác của chuyển mạch nhÃn là về cơ bản
nó chỉ là tập các giao thức định tuyến. Nó rất đơn giản
chuyển tiếp một gói dựa trên một nhÃn của gói đó. Làm thế
nào một nhÃn đợc phân biệt với cái khác, cơ chế điều khiển
đà đợc thực thi nh thế nào để gắn một nhÃn đến một đờng
truyền của ngời dùng mà không quan tâm đến việc chuyển
tiếp thực sự của đờng truyền.Tất cả cơ chế điều khiển trên
có thể phức tạp, nhng chúng không làm ảnh hởng đến hiệu
quả của đờng truyền.

Khi các nhÃn đà đợc phân phối, hoạt động chuyển mạch
nhÃn sẽ đợc thực hiện rất nhanh chóng. Chuyển mạch nhÃn có
thể đợc thực hiện trong một phần mềm, trong mạch điện tử
tích hợp, hay trong một vi xử lý đặc biệt.
2.2.4 Tiết kiệm tài nguyên mạng
Cơ chế điều khiển để cài đặt một nhÃn phải không
làm tiêu tốn nhiều tài nguyên. Nó không đợc làm mất nhiều
tài nguyên. Nếu nó làm đợc điều này thì lợi ích của nó tăng
25