Telekomunikační sítě Úvod do telekomunikačních sítí

Transkript

1 Fakulta elektrotechniky a informatiky, VŠB-TU Ostrava Telekomunikační sítě Úvod do telekomunikačních sítí Datum: Autor: Ing. Petr Machník, Ph.D. Kontakt: petr.machnik@vsb.cz Předmět: Telekomunikační sítě ts_120208_kapitola1

2 Telekomunikační sítě Garant předmětu: Ing. Petr Machník, Ph.D.

3 Základní informace o předmětu Přednášející: Ing. Petr Machník, Ph.D. - N304, (59 732) 1610, petr.machnik@vsb.cz Ing. Libor Michalek, Ph.D. - N205, (59 732) 1659, libor.michalek@vsb.cz 2

4 Literatura: 1) Blunár, K., Diviš, Z. Telekomunikační sítě, 1.díl. Ostrava: VŠB-TU Ostrava, ISBN ) Blunár, K., Diviš, Z. Telekomunikační sítě, 2.díl. Ostrava: VŠB-TU Ostrava, ISBN ) Bates, R. J. Broadband telecommunications handbook. McGraw-Hill Professional, ISBN ) OLIFER, N., OLIFER, V. Computer Networks: Principles, Technologies and Protocols for Network Design. Chichester : John Wiley & Sons, s. ISBN Klasifikace: cvičení max. 40 bodů, min. 10 bodů, zkouška max. 60 bodů, min. 20 bodů. Další informace: přednášky a studijní materiály k cvičením. 3

5 Základní vlastnosti telekomunikačních sítí Telekomunikační síť tvoří skupina telekomunikačních zařízení, která jsou logicky uspořádaná a propojená, s cílem poskytovat telekomunikační služby. Telekomunikační síť se skládá ze skupiny zdrojů informací a přijímačů informací a ze sítě pro přenos a přepojování signálů, ke které jsou jednotlivé zdroje a přijímače připojeny prostřednictvím přístupových bodů a přístupových vedení. 4

6 Obecný model telekomunikační sítě 5

7 Úkolem sítě pro přenos a přepojování signálů je umožnit výměnu zpráv mezi přístupovými body k síti, tj. umožnit přenos zpráv z jednoho přístupového bodu k jinému nebo několika jiným přístupovým bodům. Přístupové body jsou připojeny k účastnickým koncovým zařízením (např. telefonům, počítačům, atd.) pomocí přístupových vedení (u telefonních sítí se používá anglický výraz local loop). Požadavky kladené na síť: 1) Kdykoliv musí být možné vytvořit spojení z jednoho přístupového bodu ke kterémukoli jinému přístupovému bodu. 2) Každý uživatel musí mít možnost určit si sám požadovaný cíl, tj. musí mít možnost řízeného zásahu do sítě. 3) Síť musí být dostatečně výkonná musí poskytovat dostatečně velký počet současných spojovacích možností. 6

8 Komunikační model 7

9 Komunikační spojení vytváří vazbu (fyzickou nebo logickou), nejčastěji mezi dvěma koncovými zařízeními, za účelem výměny informací určitého typu (řečové, obrazové atd.) Tato vazba mezi dvěma koncovými zařízeními může mít v závislosti na použité službě nebo síti různé vlastnosti (analogový telefonní signál digitální datový signál služba typu klient server). Komunikační spojení může být vytvořené pomocí za sebou propojených kanálů anebo jako virtuální kanál. Jedná se o spojení vstupního kanálu do komutačního uzlu a výstupního kanálu z komutačního uzlu. Takové spojení může být trvalé nebo může být vytvořeno jen po určitou dobu. 8

10 Komunikační spojení v telekomunikační síti 9

11 Spojově orientovaný a nespojově orientovaný přenos Při spojově orientovaném přenosu se vytváří komunikační spojení mezi dvěma koncovými zařízeními na základě řídících informací (např. telefonní číslo, adresa koncového zařízení) ze zdrojového zařízení. Tento typ komunikace se skládá ze tří fází: 1) vytvoření spojení ze zdroje do cíle a rezervace požadované kapacity sítě, 2) přenos uživatelských dat, 3) ukončení spojení a uvolnění kapacity sítě. Příklad spojově orientované sítě: tradiční telefonní síť. 10

12 Při nespojově orientovaném přenosu se uživatelské informace přenáší ve formě krátkých datových bloků, které se nazývají pakety a skládají se ze záhlaví a datového pole. Záhlaví obsahuje cílovou adresu, která je použita k nalezení cíle přenosu. Při tomto způsobu přenosu nedochází k rezervaci kapacity sítě a není garantováno doručení paketu do cíle. Na druhou stranu je přenos efektivnější, protože kapacita sítě může být sdílená mnoha uživateli. Příklad nespojově orientované sítě: Internet (IP sítě). 11

13 Hierarchická a nehierarchická struktura telekomunikační sítě Tradiční telefonní sítě mají hierarchickou strukturu, v níž každá geografická oblast je obsluhována vlastní telefonní ústřednou primární úrovně (lokální ústřednou). Ústředny primární úrovně jsou vzájemně propojené prostřednictvím ústředen sekundární úrovně (tranzitních ústředen). Mezinárodní ústředny pak obvykle propojují mezi sebou ústředny sekundární úrovně. Čím větší je vzdálenost mezi komunikujícími uživateli, tím více ústředen různých úrovní se podílí na této komunikaci. Příklad mezinárodního hovoru: telefon lokální ústředna tranzitní ústředna mezinárodní ústředna mezinárodní ústředna tranzitní ústředna lokální ústředna telefon. 12

14 V nehierarchické síti, jakou je například IP síť, obvykle není taková striktně hierarchická struktura. V takové síti obvykle existuje jen přístupová síť a páteřní síť. Každý paket zde může cestovat po jiné trase. 13

15 Veřejné a privátní sítě K veřejné síti se může připojit každý uživatel. Příklad: veřejná telefonní síť (PSTN - Public Switched Telephone Network), Internet. Privátní síť mohou využívat jen definovaní uživatelé. Příklad: sítě soukromých společností nebo institucí. LAN, MAN a WAN V datových sítích se často používají pojmy LAN (Local Area Network), MAN (Metropolitan Area Network) a WAN (Wide Area Network) pro různě rozlehlé sítě 14

16 Signalizace Pomocí signalizace se vytváří, udržuje a ukončuje spojení ve spojově orientovaných sítích. Signalizace pomáhá nalézt cestu k cíli a rezervovat v síti komunikační kanál s požadovanou kapacitou. Podle signalizačních informací se síťové uzly naučí, který svůj vstupní port musí propojit s kterým výstupním portem pro dané komunikační spojení. Signalizace se též používá k zabezpečení mnoha uživatelských služeb. Signalizační informace mohou být přenášeny jako součást datového rámce nebo pomocí samostatných signalizačních zpráv. 15

17 Druhy signalizace: 1) účastnická signalizace, 2) meziústřednová signalizace. Účastnická a meziústřednová signalizace 16

18 Způsoby přepínání signálů Síťové komutační uzly (telefonní ústředny, směrovače, přepínače atd.) mohou přepínat přenášené signály (analogové signály, rámce, pakety, buňky) různým způsobem podle použité telekomunikační technologie. 1) Přepínání kanálů 2) Přepínání zpráv 3) Přepínání paketů 17

19 1) Přepínání kanálů V síti s přepínáním kanálů jsou informace přenášeny prostřednictvím předem vytvořeného kanálu. Tento kanál může být vytvořen vždy jen před začátkem přenosu uživatelských informací nebo může být vytvořen trvale. Pokud je v síti dostatečná kapacita pro vytvoření nového komunikačního kanálu, je kanál vytvořen a rezervován po dobu celé komunikace. Pokud v síti není dostatečná kapacita, je vytvoření kanálu odmítnuto. Po vytvoření kanálu je rezervovaná kapacita sítě garantovaná. Na druhou stranu je taková síť málo efektivní, protože její kapacita nemůže být dynamicky sdílena mezi uživateli. Pokud uživatel nemá po určitou dobu data k přenosu, přenáší se výplňková data bez informačního obsahu. Příklad: telefonní sítě 18

20 Přepínání kanálů 19

21 2) Přepínání zpráv V síti s přepínáním zpráv jsou přenášené zprávy vybaveny cílovou adresou a poslány do sítě bez rezervace kapacity sítě a bez garance doručení do cíle. Pokud je v síti hodně provozu, musí zprávy často čekat ve vstupní nebo výstupní vyrovnávací paměti (bufferu) síťových uzlů, což může způsobit vysoké přenosové zpoždění. Každá zpráva je přenášena nezávisle na ostatních zprávy mohou cestovat k cíli po různých cestách. Tento způsob přenosu se v praxi nepoužívá. Byl nahrazen metodou přepínání paketů. 20

22 Přepínání zpráv 21

23 3) Přepínání paketů Přepínání paketů je podobné přepínání zpráv s tím rozdílem, že dlouhé zprávy jsou rozděleny na menší pakety se stejnou nebo podobnou délkou. Tento způsob přenosu je efektivní především pro zhlukovitý typ provozu například v počítačových sítích. Rozlišují se dva druhy přepínání paketů: a) datagramová obsluha, b) obsluha pomocí virtuálního kanálu. 22

24 V sítích s datagramovou obsluhou mohou pakety dorazit do cíle s různým zpožděním a v různém pořadí. Tento způsob přenosu lze proto použít jen pro data nenáročná na přenosové zpoždění. Příklad: čistá IP síť Přepínání paketů datagramová obsluha 23

25 V sítích s obsluhou pomocí virtuálního kanálu se pro přenos paketů vytváří virtuální kanál. Pro tento účel mají síťové uzly předem vytvořené přepínací tabulky. Data jsou přenášena ve formě paketů po stejné cestě, v neměnném pořadí a se stejným zpožděním. Tato metoda spojuje vlastnosti přepínání kanálů a přepínání paketů. Tento způsob přenosu je výhodný pro data citlivá na přenosové zpoždění. Příklady: Frame Relay, MPLS, ATM. 24

26 Přepínání paketů - obsluha pomocí virtuálního kanálu 25

27 Použitá literatura: BLUNÁR, Karol, DIVIŠ, Zdeněk. Telekomunikační sítě, 1.díl. Ostrava: VŠB-TU Ostrava, ISBN