Công nghệ ATM (Asynchronous Transfer Mode)

Mục tiêu của ATM là nhằm cung cấp một mạng dồn kênh và chuyển mạch tốc độ cao, độ trễ nhỏ đáp ứng cho các dạng truyền thông đa phương tiện (multimedia).

Nhiều tổ chức chuẩn hóa quốc gia và quốc tế như ANSI, ATM Forum, ITU (CCITT) đã quan tâm đến việc chuẩn hóa ATM từ năm 1984 và đã có nhiều kết quả được công bố từ năm 1993.

I. Kiến Trúc Của ATM

Hình 1 minh họa một topo điển hình của ATM.

Hình 1 Một topo điển hình của ATM

Trong hình 2 một Public UNI (Public User – Network Interface)xác định giao diện giữa một mạng ATM công cộng và một ATM Switch dùng riêng ; một Private UNI (Private User-Network) xác định giao diện giữa một người sử dụng cuối (end-user) với một ATM Switch dùng riêng. Hình 2 thể hiện mô hình kiến trúc phân tầng của mạng ATM.

Hình 2 Mô hình kiến trúc phân tầng của ATM

Lưu ý rằng không có sự tương ứng hoàn toàn giữa các tầng của mạng ATM với các tầng trong mô hình OSI. Tầng ATM thực hiện các chức năng thường gặp trong các tầng 2 và 3, còn tầng AAL có các chức năng tương tự như trong các tầng 4,5 và 7 của mô hình OSI. Tầng vật lý của mạng ATM có thể dùng công nghệ SDH (Synchronous Digital Hierachy) hoặc SONET (Synchronous Optical Network), hoặc các công nghệ khác như DS1, DS3 hoặc FDDI (Fiber Dítributed Data Interface) v…v.

Tầng AAL đặt trên tầng ATM nhằm mục đích cung cấp các phương tiện hội tụ cho phép các dạng truyền thông khác nhau có thể tương thích với dịch vụ ATM. Bản thân tầng AAL có thể tách thành hai tầng con là: CS (Convergence Sublayer) và SAR (Segmentation and Reassembly Sublayer). Tầng con SAR đảm nhiệm việc “cắt” các đơn vị dữ liệu của người sử dụng thành các tế bào ATM để gửi đi và “hợp” các tế bào đó lại thành đơn vị dữ liệu của người sử dụng khi nhận được chúng. Hình 3 thể hiện một cách chi tiết hơn các tầng ATM.

AAL : ATM Adaptation Layer CBR : Constant/Continous Bit RateVBR : Variable Bit RateSAR : Segmentation and Ressembly LayerSHD : Synchronous Digital HierarchySONET : Synchronous Optical NetworkFDDI :Fiber Distributed Data Interface.

Hình 3 Chi tiết hóa các tầng ATM

Đối với tầng vật lý, lưu ý rằng không chỉ có các công nghệ SDH hoặc SONET được sử dụng. Hình 4 chỉ ra các khả năng công nghệ có thể sử dụng ở tầng vật lý của một mạng ATM.

STP : Shield Twisted Pair : dây xoắn có bọc võUTP : Unshield Twisted Pair : dây xoắn không có bọc võ

Hình 4 các khả năng công nghệ hiện tại cho tầng vật lý của mạng ATM

II. KHUÔN DẠNG TẾ BÀO ATM

Đơn vị dữ liệu dùng trong mạng ATM được gọi là tế bào (cell). Các tế bào ATM xó độ dài cố định là 53 bytes, trong đó 5 bytes dành cho phần chứa thông tin điều khiển (cell header) và 48 bytes chứa dữ liệu của tầng trên. Khuôn dạng phần header của tế bào ATM có hơi khác nhau tí chút giữa hai trường hợp UNI và NNI (xem hình 5)

(a) Trường hợp UNI (b) Trường hợp NNI

UNI : User – Network InterfaceNNI : Network – Network InterfaceGFC : Generic Flow ControlVPI : Virtual Path IdentifierPT : Payload TypeC : Cell Loss priorityHEC : Header Error Control

Hình 5 Khuôn dạng phần Header của tế bào ATM trong trường hợp UNI và NNI

Trong kĩ thuật ATM, các tế bào chứa các dữ liệu khác nhau được “đổ vào” (dồn kênh) một đường dẫn chung được gọi là đường dẫn ảo (virtual path). Trong một đường dẫn ảo đó có thể gồm có nhiều kênh ảo (virtual channel) khác nhau, mỗi kênh ảo được sử dụng bởi một ứng dụng nào đó tại mỗi thời điểm. Tham số VPI được dùng để định danh đường dẫn ảo, còn VCI để xác định chính xác kênh ảo cần truyền tế bào ATM đi. Như vậy, trong trường hợp UNI, cặp tham số VPI/VCI có độ dài 24 bits sẽ cho phép địa chỉ hóa được tới 16 triệu kênh ảo. Trong trường hợp NNI, vùng VPI còn được nới rộng thêm 4 bits (không còn vùng GFC nữa).Lưu ý rằng nhiều đường dẫn ảo có thể phân chia cùng một đường truyền vật lý.Tham số PT dùng để chỉ rõ kiểu dữ liệu chứa trong tế bào ATM (dữ liệu người sử dụng hoặc thông tin quản lý/điều khiển) .

Tham số C dùng để chỉ độ ưu tiên khi sử dụng loại bỏ các tế bào ATM, nếu C = 1 có nghĩa tế bào là đối tượng bị loại bỏ tùy theo tình trạng của mạng và qui định của người quản trị mạng.Tham số HEC dùng để kiểm soát lỗi cho 5 bytes của vùng header (chứ không kiểm soát cho vùng dữ liệu 48 bytes) theo phương pháp CRC với đa thức sinh được chọn là x8 + x2 + x +1.Tham số GFC chỉ có mặt trong trường hợp UNI và được dùng để kiểm soát đường dữ liệu.

Việc sử dụng các tế bào có kích thước cố định là một lợi thế của kỹ thuật ATM vì nó cho phép chế tạo các bộ chuyển mạch hoàn toàn bằng vi mạch.

III. QUAN HỆ VỚI TẦNG VẬT LÝ

Như tên gọi của nó chỉ rõ, kỹ thuật ATM sử dụng phương pháp truyền không đồng bộ (asynchronous) các tế bào từ nguồn tới đích của chúng. Trong khi đó, ổ tầng vật lý người ta lại thường sử dụng các kỹ thuật truyền đồng bộ như là SDH

(hoặc SONET),… Để dễ hình dung quan hệ giữa 2 tầng ATM và vật lý trong trường hợp này, ta dùng hình ảnh minh họa sau đây (xem hình 6)

Hình 6 minh họa các tế bào ATM được “xếp” vào các “toa”chuyển đồng bộ giữa hai “ga”.

Ở tầng vật lý, giữa 2 trạm nguồn và đích (ở đây ta coi như là 2 ga tàu hỏa A và B), thường xuyên có những đoàn tàu chạy không ngừng (đồng bộ) từ A đến B (và ngược lại). Đoàn tàu kéo theo những “toa” có kích thước cố định (53 bytes). Ở tầng ATM, khi có dữ liệu cần truyền chúng sẽ được cấu tạo thành các tế bào và được “xếp” vào các toa rỗng của đoàn tàu cho đến khi hết thì thôi (không đồng bộ). và cứ thế tiếp diễn… Như vậy các tế bào dữ liệu của nhiều người sử dụng khác nhau có thể dùng chung một đoàn tàu (đường truyền vật lý) để đi đến đích mà không cần dùng “chuyên xa”. IV. Ưu điểm và nhược điểm của ATM

1. Ưu điểm

Mạng chuyển mạch ATM là mạng cho phép xử lý tốc độ cao, dung lượng lớn, chất lượng truy nhập cao, và việc điều khiển quá trình chuyển mạch dễ dàng và đơn giản. Đặc tính của chuyển mạch ATM là ở chỗ nó thử nghiệm sự biến đổi của độ trễ tế bào thông qua việc sử dụng kỹ thuật tự định tuyến của lớp phần cứng, và có thể dễ dàng hỗ trợ cho truyền thông đa phương tiện sử dụng dữ liệu, tiếng nói và hình ảnh. Hơn thế nữa, nó có thể đảm bảo việc điều khiển phân tán và song song ở mức độ cao.

2. Nhược điểm

Nhược điểm của hệ thống chuyển mạch ATM là sự phức tạp của phần cứng và sự tǎng thêm của trễ truyền dẫn tế bào, và là sự điều khiển phức tạp do việc chức nǎng sao chép và xử lý phải được thực hiện đồng thời.

IV. THỊ TRƯỜNG ATM

Nhận thức được vị trí chưa thể thay thế được (ít nhất là cho tới những năm đầu của thế kỷ 21) của kỹ thuật ATM, hầu hết các hãng khổng lồ về máy tính và truyền thống như IBM, ATT, Digital, Hewlett-Packard, Cíco Systems Cabletron, Bay Networks,… đều quan tâm dặc biệt đến dòng sản phẩm hướng đến ATM của mình để tung ra thị trường. Có thể kể ra đây một số sản phẩm đó như DEC 900 Multiswitch, IBM 8250 hub, Cisco 7000 router, Cabletron, ATM module for MMAC hub, v…v.

Nhìn chung, thị trường ATM đang sôi động do nhu cầu thực sự của các ứng dụng đa phương tiện. Sự nhập cuộc ngày một đông các hãng sản xuất đã làm giảm đáng kể giá bán của các sản phẩm loại này, từ đó càng mỡ rộng thêm thị trường. Ngay ở Việt Nam, các dự án lớn về mạng tin học đều được thiết kế với hạ tầng chấp nhận được công nghệ ATM trong tương lai.