IT_420 Komunikační technologie a služby

Transkript

1 KIT VŠE v Praze IT_420 Komunikační technologie a služby Téma 5: Rozlehlé komunikační sítě WAN Verze 1.1 Jandoš, Matuška

2 Obsah Rozlehlé komunikační sítě (WAN) PDH SDH Telefonní síť (PSTN) X.25 Frame Relay (FR) Integrated Services Digital Network (ISDN) Asynchronous Transfer Mode (ATM) Switched Multimegabit Data Service (SMDS) Veřejné datové sítě (VDS) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 2

3 WAN sítě WAN Wide Area Network (komunikace na velkou vzdálenost s použitím okruhů, které nejsou ve vlastnictví uživatele) A/Komunikační podsystém Komunikační spoje (média) Komunikační uzly (směrovače, přepínací uzly apod.) Hraniční směrovače = body přítomnosti Points of Presence (PoP) Koncová zařízení sítě -DCE B/Uživatelská zařízení DTE (Data Terminal Equipment): počítače, telefony, televize, rádia Většinou WAN mívá nepravidelnou topologii IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 3

4 Trendy rozvoje WAN Nárůst přenosových rychlostí I nedatové přenosy (hlas, multimedia) Rychlé sítě s přepínáním paketů Pevná dálka (ATM, SMDS) Proměnná délka (Frame Relay) Bezpečnost, kvalita služby (zejména ve vztahu k Internetu) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 4

5 Způsoby přenosu ve WAN Přenos se spojením Virtuální přenosový okruh (virtual circuit - VC) Data prochází po okruhu stanovenou cestou a ve správném pořadí Jde o složení dílčích fyzických spojů a kanálů (např. multiplexovaných spojů) po přenosové cestě do jednoho virtuálního okruhu PVC Permanent VC (pevně nastavený správcem) SVC Switched VC (sestavovaný dynamicky před začátkem spojení) DTE A DTE C DTE B Koncové zařízení Aktivní prvek (přepínač, případně směrovač) Fyzický spoj Dílčí (logické) kanály Na aktivních prvcích jsou vazby určující které kanály tvoří virtuální okruh IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 5

6 Způsoby přenosu ve WAN Přenos bez spojení - datagramový Nevytváří se spojení ani okruh Každý datagram musí mít adresní údaje Srovnání Ustavení spojení Adresování Směrování/přepínání Vliv poruchy přepínače Datagramy Není zapotřebí Každý datagram obsahuje adresy odesílatele i příjemce Každý datagram je směrován samostatně Ztratí se pouze přímo zasažené datagramy (malý vliv) Virtuální okruhy Ano Datová jednotka obsahuje pouze číslo virtuálního okruhu Okruh se vytvoří při začátku spojení, jím se přenáší všechna data Zruší se všechny okruhy na přepínači (velký vliv) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 6

7 Transportní síť Jde o rozsáhlou telekomunikační síť WAN, typicky na území státu či větším Typicky s vysokou přenosovou rychlostí Provozovanou telekomunikačním operátorem nebo mezinárodním konsorciem Vzhledem k náročnosti provozování je operátor obvykle dominantní (Telecom) Příklad: Jednotná Telekomunikační Síť (JTS) v České republice IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 7

8 Transportní síť Tato telekomunikační síť slouží pro vytvoření různých zákaznických sítí (telefonní, datové) Telekomunikační operátor provozující transportní síť nabízí využití své sítě jako prostředek pro realizaci sítí zákaznických Zákazníci si od provozovatele pronajmou určité okruhy (dvou či vícebodové spoje) a dle konkrétních parametrů po nich provozují své síťové aplikace a služby Využívají se typicky digitální přenosové systémy (DPS): SDH a PDH Veřejná telefonní síť Sítě pronajatých okruhů Datové sítě: X.25, Frame Relay Sítě ATM Transportní síť SDH IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 8

9 Digitální přenosové systémy - PDH Pleisochronious Digital Hierarchy Přenos v rámcích se standardní strukturou Původně pro hlasové přenosy, data se dají přenášet také E1 = 30 datových (hlasových) kanálů, 2 řídící, každý po 64 kbit/s (viz přednáška o PCM modulaci=1 telefonní hovor) 256 bitů/125 mikrosekund Služební informace Časový úsek 1 (8 bit) Časový úsek 2 (8 bit) Časový úsek 31 (8 bit) Časový úsek 32 (8 bit) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 9

10 Digitální přenosové systémy - PDH Využívá TDM synchronní časový multiplex Synchronizace přenosu funguje pouze v rámci podsítě (ne v celé síti) E Evropa, T USA Vyšší rychlosti Nejsou exaktním násobkem rychlosti nižší Vytvoří se multiplexováním několika nižších skupin Přenos po metalických spojích IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 10

11 PDH hierarchie USA USA USA USA Evropa Evropa Evropa Evropa Evropa Evropa Označení okruhu T1 T2 T3 T4 E0 E1 E2 E3 E4 E5 Rychlost (Mbit/s) 1,54 6,31 44,74 274,18 0,06 2,05 8,45 34,37 139,26 565,15 Počet kanálů IT_420 Komunikační technologie a služby téma

12 Digitální přenosové systémy - SDH Synchronous Digital Hierarchy Využívá TDM synchronní časový multiplex Úrovně hierarchie jsou přesným násobkem datové rychlosti nižší úrovně STM-1 = 155 Mbit/s Řada formátů pro informační obsah rámce (hlasové služby, ATM, BISDN) Kompatibilita v mezinárodním měřítku (Sonet v USA, SDH v Evropě a jinde) Přenos po optických spojích IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 12

13 SDH hierarchie SONET OC-1 OC-3 OC-9 OC-12 OC-18 OC-24 OC-36 OC-48 OC-192 SDH STM-1 STM-3 STM-4 STM-6 STM-8 STM-12 STM-16 STM-64 Celková rychlost (Mbit/s) 51,84 155,52 466,56 622,08 933, , , ,32 10 Gbit/s Uživatelská rychlost (Mbit/s) 49, , , , , , , ,728 <10 Gbit/s IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 13

14 Telefonní síť (PSTN) Public Switched Telephone Network Nejrozšířenější a nejstarší komunikační síť Původně analogová, primárně orientovaná na přenos hlasu Vývoj: Digitalizace, i jiné informace než hlas V ČR Jednotná Telekomunikační Síť (JTS) 100% digitalizace transportní sítě (ústředny a spoje mezi nimi jsou plně digitální včetně signalizace např. SS7) Řada účastnických přípojek zůstává analogových (plně digitální je až ISDN) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 14

15 Telefonní síť (PSTN) Účastník je propojen místní smyčkou (local-loop) k přístupovému bodu (PoP) telefonní ústředně Ústředny, telefonní obvody Místní (MU, MTO) do cca 5 km Uzlová (UU, UTO) do cca 30 km Tranzitní (TU, TTO) do cca 200 km Uzlová ústředna Digitální přenosový systém Místní ústředna Místní ústředna Místní smyčky local loops Uživatel Uživatel Uživatel IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 15

16 Telefonní síť místní přípojka Analogové přístroje (i v plně digitální transportní síti) připojené dvojdrátem Přenos analogovým signálem ve frekvenčním pásmu 0,3-3,4 khz Převodníky A/D a D/A v ústředně (codec) Analogový telefon (nebo PC+modem) Analogový přenos převodník A/D Digitální ústředna IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 16

17 Telefonní síť (PSTN) Ústředny jsou propojeny metalickými a optickými (převážně) spoji využívající synchronní TDM ke sdružování více hlasových kanálů (PCM modulovaných 1 kanál=64 kbit/s) Pro multiplexování a demultiplexování dílčích kanálů se používají technologie PDH a SDH viz. transportní síť. Standardy PDH a SDH jsou pouze pro určité rychlosti viz. hierarchie použitelných rychlostí Např. metalický spoj E1 (dle technologie PDH) multiplexuje 32 kanálů v jednom spoji = celkem 2048 kbit/s. Jednotlivým kanálům jsou pevně přiděleny časové úseky bez ohledu na to, zdali se v daném kanálu právě vysílá IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 17

18 Telefonní síť (PSTN) Komutované připojení: Před zahájením komunikace je nutno sestavit přenosový okruh, který je účastníkům vyhrazen po celou dobu komunikace Spojení koncových účastníků se provede přepojováním a vyhrazením dílčích spojů (kanálů) mezi ústřednami. Není důležité z čeho byl signál odvozen (z jakého druhu informace hlas, data, ) vždy se přenáší digitální data Změna dnešního pohledu na telefonní síť: Veřejná telekomunikační síť zajišťující telefonní služby. Infrastrukturou této sítě je digitální přenosový systém (např. transportní síť SDH), který je chápán jako základna i pro další datové služby (nejen hlasové) Některé spoje si mohou od správce infrastruktury pronajmout pro vlastní využití i jiné subjekty (tzv. pevná linka leased line ). IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 18

19 X.25 X.25 je standard ITU, který určuje, jak je připojeno koncové uživatelské zařízení DTE (např. terminál, počítač) k ukončovacímu zařízení sítě s přepínáním paketů označenému DCE. Jeden z nejstarších standardů, vznikl v roce 1974, jedne ze vzorů pro nejnižší 3 vrstvy RM OSI Velký důraz na zajištění spolehlivosti (dříve byly sítě chybové více než dnes) => potvrzovací a kontrolní mechanismy => velká režie přenosu. Původně určená pro připojování vzdálených terminálů (nízké přenosové rychlosti 64 kbit/s, později 2 Mbit/s) Koncept paketové sítě se spojením využívající virtuální okruhy Definuje vrstvu dle modelu OSI IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 19

20 X.25 X.25 definuje následující vrstvy (dle RM OSI) 1. přenos bitů mezi DTE a DCE (protokol V.21) 2. zajištění bezchybné komunikace mezi DTE a DCE (protokol LAPB), rámec bajtů 3. protokol X.25 PLP (Packet Link Protocol) pracující se spojením komunikujících uzlů (PVC, SVC) Statistický TDM pro tvorbu kanálů na jednom fyzickém spoji PVC permanentní, pevný okruh, pro velké objemy dat SVC komutovaný okruh, standardní způsob přenosu FS (Fast Select) nenavazuje spojení, pouze pro krátké dotazy Stejné pořadí dodání paketů Číslování paketů nutné pouze pro detekci ztráty paktu a řízní toku IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 20

21 X Aplikační rozhraní 6. Prezentační 5. Relační 4. Transportní Aplikační protokol Prezentační protokol Relační protokol Transportní protokol 7. Aplikační 6. Prezentační 5. Relační 4. Transportní 3. Síťová 3 X.25 vrstva 3 3 X.25 vrstva Síťová 2. Spojová 2 X.25 vrstva 2 2 X.25 vrstva Spojová 1. Fyzická 1 X.25 vrstva 1 1 X.25 vrstva Fyzická DTE koncové zařízení DCE-hraniční směrovač DSE-směrovač DCE-hraniční směrovač DTE koncové zařízení IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 21

22 X.25 X.25 nedefinuje Vnitřní práci sítě (např. směrování) Vrstvy 4-7 dle OSI, ty se uplatní pouze v DTE (uživatelských koncových zařízeních) DTE se k DCE připojuje buď pevně nebo přes komutovaný okruh Použití: Veřejná datová síť Nextel (býv. Eurotel v ČR) X.75 protokol pro spojování více X.25 sítí (např. v mezinárodním měřítku) Bankomaty, platební místa, banky České dráhy (provozní IS, ARES) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 22

23 X.25 Řídící informace se přenáší stejným okruhem jako data (tzv. in-band signalizace) Doplňkové služby X.25 (např. na bázi X.400) Closed User Group skupina pevně propojených účastníků (nelze komunikovat mimo skupinu) Virtual Private Network (VPN) V každém uzlu se provádí rozsáhlá detekce a korekce chyb a potvrzování příjmu paketu Směrování probíhá na 3. vrstvě OSI Časově náročné zpracování Nízké přenosové rychlosti Velká zpoždění při přenosu IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 23

24 X.25 Výhody Nejstarší ověřená paketová síť Poplatky za navázaná spojení Vysoká spolehlivost Nevýhody Nízká rychlost, vysoké zpoždění Není vhodné pro přenos hlasových a multimediálních informací Odlišností sítí podle různých verzí doporučení IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 24

25 Frame Relay Paketová síť se spojením využívající virtuální okruhy s proměnnou délkou rámce (až 8 kbyte) Původně součást ISDN D kanál Typická přenosová rychlost 64 kbit/s 2 Mbit/s (výjimečně vyšší) Změny oproti X.25 Komunikační architektura je značně spolehlivá Spolehlivost není nutné zajistit pro všechny (na nižších vrstvách) Jednodušší a efektivnější než X.25 Přepínání pouze na 2. vrstvě (přepínání rámců, nikoliv paketů), protokol LAPF Před přenosem je potřeba vytvořit virtuální okruh Pro řídící signály využívá jeden vyhrazený VC (tzv. signalizace out of band ). IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 25

26 Frame Relay V síti jsou FR přepínače (ne směrovače), mají implementovány jen OSI vrstvy 1-2, oproti X.25 je kratší doba odezvy a až o řád vyšší výkonnost Nedochází ke směrování menší odolnost na poruchy v síti LAPF 1 I420/431 Koncové zařízení LAPF 2 LAPF 1 I420/431 1 I420/431 Přepínací uzel Koncové zařízení IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 26

27 Frame Relay Provádí pouze jednoduché ověření, zdali je rámce v pořádku a pokud není, pak ho zruší (neposílá znovu) Nespolehlivá přenosová služba detekuje ztrátu nebo poškození rámce a oznámí to vyšší vrstvě, která se sama musí postarat o nové vyslání Lépe se integruje s protokoly 3. vrstvy (např. IP) než X.25 Statistické časové multiplexování fyzických spojů: virtuálního okruh = DLCI (Data Link Connection Identifier) Flag Hlavička DATA FCS Flag DLCI upper DLCI lower FECN BECN C/R DE 0 1 FECN, BECN nástroje pro řízení toku (oznámení o přetížení) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 27

28 Frame Relay Použití Frame Relay k propojení LAN IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 28

29 Frame Relay V praxi se používá: Propojení geograficky vzdálených LAN sítí FR PVC jako alternativa k pronajatým okruhům CIR (Commited Information Rate) je zaručená přenosová rychlost, je garantovaná i při maximálním využití sítě a na jejím základě je služba zpoplatněna V nevytížené síti lze dosáhnout i rychlosti vyšší Využití FR Jako levnější alternativa k dálkovým pronajatým okruhům Levný prostředek pro přenos dat s nízkou přístupovou rychlostí Lze přistupovat k různým veřejným datovým sítím (prostřednictvím routeru) FR Fórum organizace podporující další rozvoj služeb Voice over Frame Relay (VoFR) Služby se zaručenou kvalitou (QoS), zejména zpožděním IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 29

30 Frame Relay Výhody Nízká režie přenosu Cenová politika u veřejných sítí (dle rychlosti bez ohledu na vzdálenost) Zajištění QoS (CIR) Nevýhody Nepodporuje přenos informací citlivých na zpoždění (například hlas) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 30

31 ISDN Integrated Services Digital Network (digitální síť integrovaných služeb) Integrované v jedné síti a přes jeden spoj je možno využívat různé služby: hlasové, datové Digitální využívá se po celé trase digitální přenosový signál a digitální přepínání (včetně poslední míle z ústředny k uživateli) Pro uživatele funguje na stejném médiu, jako předchozí analogový telefon Vzniká spolu s rozvojem (digitalizací) telefonní sítě IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 31

32 ISDN Podmínky realizace ISDN Plná digitalizace telefonní sítě V telefonní síti je implementována signalizace SS7 (separátním okruhem out of band ) Uživatel je na místní ústřednu připojen dvoudrátem využívaným pro digitální přenos Digitální telefon Digitální přenos Digitální ústředna (nebo PC) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 32

33 ISDN Signalizace: přenos řídících informací sloužících pro podporu vlastního datového toku (adresaci, směrování, řízení toku, informaci o některých atributech) In-band: součást toku přenášené informace (např. v X.25) Out-band: mimo kanál vlastní informace (např. v SS7) Digitální kanál od koncového uživatele k ústředně Lze jej rozdělit na několik dílčích kanálů pomocí synchronního TDM bitového proudu Charakteristiky celkového i dílčích kanálů specifikují standardy ITU B kanál: 64 kbit/s přenosový D kanál: kbit/s řídící (ale i částečně přenosový) H kanál: pro vyšší přenosové rychlosti H11: 1,536 Mbit/s (24xB kanál, ekvivalentní T1 z PDH) H12: 1,92 Mbit/s (30xB kanál, ekvivalentní E1 z PDH) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 33

34 ISDN Uživatelům se nabízí určitá seskupení dílčích kanálů Základní přístup (Basic Rate Interface, BRI): 2xB kanál + 1xD (16 kbit/s) kanál Primární přístup (Primary Rate Interface, PRI): 30xB kanál + 1xD kanál (64 kbit/s) Využití D kanálu: Řídící údaje (signalizace) k určení režimu přenosu a k navazování spojení na kanálech B Vlastní informace, kterým stačí malá rychlost (čidla, notifikace, teletext) 3 logické podkanály: signalizace, telematická čidla, datový přenos malou rychlostí IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 34

35 BRI ISDN Celková rychlost 192 kbit/s (2x synchronizace), uživatelsky využitelných je 144 kbit/s Na BRI se zařízení připojují pomocí sběrnice (až 8 zařízení) Lze ji považovat za technologicky vyspělejší náhradu analogové telefonní linky (oproti ní navíc digitální přenos, garantovanou rychlost a možnost fungování více služeb najednou) Rychlost B kanálů již dnes nevyhovuje požadavkům na přenosy (datové, multimediální) PRI (evropská verze, 30 B kanálů) Celková rychlost 2048 kbit/s (30x synchronizace), uživatelsky využitelných je 1984 kbit/s, v USA pouze 23 B kanálů K připojování pobočkových ústředen nebo uzlů vyžadujících větší přenosové pásmo než BRI Sdružování kanálů (tzv. bonding) umožňuje přiřadit jednomu přenosu i více než 1 kanál (64 kbit/s) např. pro běžnou úroveň videokonference se sdružuje 6 kanálů do celkového toku 384 kbit/s IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 35

36 ISDN Připojení uživatele: Zařízení NT1, NT2: Network Termination ukončení sítě v prostorách uživatele (1- jednoduchý panel, 2-složitější koncentrátor) Zařízení TE1, TE2: Terminal Equipment koncové zařízení, které lze připojit na rozhraní ISDN (1-přímo, 2-přes TA adaptér) Rozhraní T,S,R: Terminal (odděluje zařízení uživatele a provozovatele), System (mezi koncentrátorem a zařízeními), Rate (mezi TA adaptérem a zařízením) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 36

37 ISDN ISDN ISDN telefon terminál Vybavení zákazníka Vybavení zákazníka ISDN čidlo NT1 Umístěno u zákazníka Do LAN sítě zákazníka ISDN Exchange Do sítě poskytovatele Vybavení poskytovatele Umístěno u poskytovatele Vybavení poskytovatele TA NT2 ISDN PBX NT1 ISDN Exchange Do sítě poskytovatele IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 37

38 ISDN V Evropě: implementace ISDN standardem Euro- ISDN (vychází z normy ETSI) Cílem vybudovat interoperabilní síť v celé Evropě Definuje i doplňkové služby, např.: Předání čísla volajícího Přiřazení samostatných telefonních čísel až 8 zařízením na telefonní přípojce Vytvoření uzavřených uživatelských skupin Stav využívání ISDN Dlouhá doba zavádění technologie Nepříliš výhodná cenová politika operátorů Videokonferenční aplikace, případně připojení k Internetu IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 38

39 ISDN Architektura Transparentní síť odpovídající 1.vrstvě OSI Užití: Přístupová síť k jiné síti (protokoly B kanálů nad 1. vrstvou musí odpovídat protokolům jiné sítě) Přímá komunikační síť B (informační) kanál pracuje se spojením (vlastní přenos hlasu, dat, videa ). Funguje pouze na 1. vrstvě dle RM OSI IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 39

40 ISDN D (signalizační) kanál pracuje bez i se spojením (řízení toku dat, sestavení spojení pro B kanál, doplňkové služby apod.). Funguje na vrstvách 1-3 RM OSI Na 1. vrstvě (společná pro B i D kanály) se pro členění na dílčí kanály používá synchronní TDM (tj. i když B nebo D kanál nepracuje, stále je pro něj rezervován časový prostor) Na 2. vrstvě se používá protokol LAPD (z rodiny HDLC) Na 3. vrstvě fungují podle doporučení Q.931,2 řídící zprávy (sestavení spojení, požadavky na další služby sítě) Pro jakoukoli službu je potřeba předem sestavit virtuální okruh. Využívají se D kanály a signalizační systémy, například SS7 (Signalling System 7) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 40

41 ISDN Výhody Služby paketové i komutované Koncová digitální spojení Vysoká kvalita přenosu hlasu, dat a statických obrazů Vhodné pro vytáčené nebo záložní spojení Využití stávající kabeláže Rychlé sestavení spojení Nevýhody Nedostatečná šířka pásma pro video Nedostupné všude Vysoká cena (nevhodné pro stálý přenos dat) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 41

42 B-ISDN Broadband ISDN Řeší největší nedostatek ISDN nízkou přenosovou rychlost nyní až stovky Mbit/s Služby: Digitální video HDTV (televize s vysokým rozlišením) Kvalitní videokonference citlivé na zpoždění IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 42

43 B-ISDN Přenosová infrastruktura již nebude jako pro stávající ISDN, ale technologie ATM (viz dále) Připojení uživatele na ústřednu optickým vláknem Ústředny tvořené ATM přepínači Propojení těchto ústředen optickými spoji schopnými multiplexovat vysokorychlostní okruhy Na rozdíl od ISDN bude používat statistický TDM (tj. uvede se jen celková přenosová rychlost, ne rychlost dílčích kanálů) Realizace náročná, bude trvat dlouho (pokud vůbec). Časově a finančně nákladný upgrade telefonní/isdn sítě. IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 43

44 ATM Vysokorychlostní přenosová technologie pracující se spojením Vyvinutí v rámci vývoje B-ISDN a osamostatnění Přenos buněk (cel) o pevné délce 53 bajtů 5 bytů záhlaví, 48 datový obsah Zajištění kvality služby (QoS) Vhodné pro přenos hlasu, dat, videa a dalšího Garantování parametrů spoje Použití v LAN i WAN Před navázáním spojení se potřeba sestavit virtuální okruh (pomocí signalizačních protokolů) V ATM síti jsou přepínače, které udržují informaci o přes ně procházejících virtuálních okruzích IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 44

45 ATM Délka buňky: kompromis mezi nízkým zpožděním (ideální co nejmenší cely, např. pro přenos zvuku) a vysokým přenosovým výkonem (ideální co největší cely, např. pro datové přenosy) Konstantní délka buňky má výhody: Dosažení vyšší efektivnosti přenosu Snažší předpovídání zpoždění v síti Snažší tvorba rychlých přepínačů (řešeno hardwarovými obvody) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 45

46 ATM Hlavička cely (buňky) VPI/VCI Identifikátory virtuální cesty/okruhu PTI Určení obsahu cely CLP Možnost zahodit buňku v případě zahlcení sítě HEC Kontrolní součet hlavičky Žádné adresy zařízení! 5 bajtů GFC/VPI VPI VPI VCI VCI VCI PTI CLP HEC 8 bitů IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 46

47 ATM Statistické časové multiplexování (proto ATM - asynchronous) stejně jako X.25 a FR, ale na rozdíl od nich používá ATM konstantní délku buňky. Dva základní druhy spojení: Bod-bod (1:1) všechna fyzická spojení jsou tohoto typu Bod-vícebod (1:M) ATM je síť typu NBMA (Non- Broadcast Multiple Access). Vyslání jednoho paketu více uzlům je nutno realizovat postupně jako soubor dvoubodových přenosů. Tj. neexistuje možnost šířit a přijímat informace mezi všemi uzly po sdíleném médiu jako v některých LAN technologiích. IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 47

48 ATM Síťová rozhraní (všechna typu bod-bod) UNI (User to network interface): Mezi koncovým zařízením (uživatelem) a ATM přepínačem Definuje třídu služby (viz. dále) NNI (Network to network interface) Mezi dvěma ATM přepínači Řídící a signalizační informace v NNI jsou složitější než v UNI IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 48

49 ATM Rozhraní v ATM síti IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 49

50 ATM PVC Permanent virtual circuit Pevný okruh Nastaví ručně administrátor sítě na přepínačích v síti a je trvale platný Ve větších sítích obtížně zvládnutelné SVC Switched virtual circuit Sestavovaný dynamicky na základě požadavku Vyžaduje jednotnou adresaci zařízení (koncových uzlů i ATM přepínačů uvnitř sítě) Signalizační protokoly UNI, PNNI Dynamické ověření dostupné kapacity, rezervace a vytvoření okruhu na přepínačích Spojení v ATM je jednosměrné, takže pro duplexní spojení jsou potřeba dva VC IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 50

51 ATM Cesta mezi koncovými zařízeními se určí pouze při sestavování VC a promítne se do tabulek ATM přepínačů po trase, není zvlášť vyhodnocována pro každou buňku Buňka obsahuje pouze čísla VPI/VCI, které určují okruh, po kterém se mají buňky přenášet Přepínač nesmí změnit pořadí buněk a musí přepínat co nejrychleji Přepínače neprovádí opravu chyb (provádí ji tzv. adaptivní vrstva AAL) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 51

52 ATM Po příchodu buňky přepínač pozná podle původních VPI/VCI v hlavičce, kam ji má dále poslat (podle své přepínací tabulky najde pokračování okruhu). Přepínač pak nahradí VPI/VCI v hlavičce buňky novými hodnotami a pošle ji dále. VPI/VCI se v průběhu cesty buňky mění tj. jeden virtuální okruh se skládá z řady dílčích kanálů určených dvojicemi VPI/VCI ATM přepínač Vstupní port Vstupní VPI Výstupní port IT_420 Komunikační technologie a služby téma Výstupní VPI

53 ATM Třídy služby ATM zajištění QoS v kategoriích CBR (Constant Bit Rate) Trvale a pevně určená rychlost, zpoždění, rozptyl zpoždění a ztrátovost Pro toky audio a video v reálném čase Funkčnost jako u telekomunikačních spojů (vyhrazené okruhy) VBR-RT (Variable Bit Rate, Real Time) Trvale a pevně určené zpoždění, jeho rozptyl a ztrátovost Rychlost (přenosová kapacita) určena jako minimální, maximální a průměrná garantovaná Pro datové toky s měnící se náročností (např. komprimované MPEG video celý obraz je velká datová zátěž, odchylky oproti předchozímu snímku jen malá) VRB-NRT (Variable Bit Rate, Non-Real Time) Jako předchozí kategorie, ovšem nejsou tak důležité parametry zpoždění IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 53

54 ATM Třídy služby ATM (pokračování) ABR (Available Bit Rate) Zaručuje minimální přenosovou rychlost, bez záruky je ji možno překročit, pokud je v síti volná kapacita Pokud je síť těsně před zahlcením, může ABR snižovat rychlost (zpětná vazba ze sítě) Využití pro datové služby s malým zpožděním (např. propojování LAN sítí) UBR (Unspecified Bit Rate) Negarantuje žádnou rychlost, snaží se o maximální využití (best-effort) zbylé přenosové kapacity Vhodné pro datové přenosy, kde nepožadujeme striktní parametry (např. ) ABR/UBR byly doplněny až později (pro datové přenosy) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 54

55 ATM Třída Garance datové průchodnosti Garance zpoždění buněk Řízené přetížení (zpětná vazba) Příklad CBR Ano Ano Ne Video v reálném čase bez komprese VBR Ano Ano Ne Videokonference (interektivní s kompresí) UBR Ne Ne Ne , přenos souborů ABR Ano Ne Ano Propojení LAN, WWW browsing IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 55

56 Parametr ATM CBR RT-VBR NRT-VBR ABR UBR Typ CLR ano ano ano ano ne QoS CTD a CDV CDV a maximální CTD CDV a maximální CTD Pouze průměrné CTD ne ne QoS PCR a CDVT ano ano ano ano ano Provoz SCR a BT ano ano Provoz MCR ano Provoz řízení ne ne ano ne IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 56

57 ATM CIR PCR SCR MCR CER CLR CTD CDV Parametr služby Cell Insertion Rate Peak Cell Rate Sustainable Cell Rate Minimum Cell Rate Cell Error Ratio Cell Loss Ratio Cell Transfer Delay Cell Delay Variation Význam Počet vložených buněk do sítě za periodu Maximální přenosová rychlost Průměrná přenosová rychlost Nejnižší přenosová rychlost Procento poškozených buněk Procento ztracených buněk Průměrné zpoždění buňky Rozptyl zpoždění přenosu vůči CTD IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 57

58 ATM AAL vrstva ATM vrstva Fyzická vrstva Architektura ATM: 3 vrstvy Adaptační vrstva AAL: Rozdělení dat z/do vyšší vrstvy do bloků dlouhých 48 byte (vnitřních částí buněk). Oprava některých chyb v přenosu. Na přepínačích není realizována. ATM vrstva: V koncovém zařízení přidává/odstraňuje hlavičky k buňkám a předává buňky k přenosu do fyzické vrstvy. Datovou část buňky předává/přijímá od vrstvy AAL. V přepínači zajišťuje přepínaní buněk podle VPI/VCI ve správném pořadí. Fyzická vrstva: Rozděluje/spojuje buňky na jednotlivé bity, přenáší bity po médiu (více druhů, např. SDH 155 a 622 Mbit/s) Vztah ATM k OSI: celá technologie se tváří jako přenosová zahrnující 1. a 2.vrstvu IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 58

59 ATM Vlastnosti - shrnutí: Vysoké rychlosti, krátké zpoždění Pevná délka buňky, efektivní přepínání v síti Dobře multiplexuje datové přenosy a přenosy citlivé na zpoždění (hlas, video) Nemá broadcast režim (=vysílání všem uzlům v síti) pro využití v LAN Původně zamýšleno univerzální užití (LAN, MAN, WAN), ovšem rozšířilo se spíše ve WAN IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 59

60 ATM Využití: LAN v páteřní i přístupové oblasti (ovšem silná konkurence technologie Ethernet) WAN privátní podnikové sítě, přenosové trasy pohyblivého obrazu (Česká televize), náročné ad-hoc videokonference (lékařské přenosy), telekomunikační operátoři pro služby se zajištěnou kvalitou, telefonní a televizní sítě Pomalé zavádění ATM z důvodu finanční náročnosti (pokud nepotřebujeme specifické služby ATM, stačí lacinější ekvivalent) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 60

61 ATM Integrace ATM do sítí a aplikací - 2 přístupy: CLIP (Classical IP), MPOA (Multiprotocol over ATM): Aplikace a koncové stanice se přizpůsobí specifikům ATM sítě LANE (LAN Emulation): ATM síť se aplikacím a stanicím tváří jako běžná LAN (Ethernet, TokenRing apod.) Ne vždy je integrace bezproblémová a je potřeba oželet část výhod nebo funkčnosti ATM nebo původní technologie Například relativně větší režie při přenosu IP paketů proměnné délky buňkami pevné délky IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 61

62 ATM Schéma integrace ATM + existující LAN IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 62

63 ATM Standardizace v ATM fóru a ITU Trend ATM spíše na ústupu Použití pouze ve specifických oblastech (potřeba garantované QoS už na 2. vrstvě) Silná konkurence od Fast/Giga/10G Ethernetu Výhody rychlého přepínání využívá technologie MPLS, je tendence řešit QoS až na 3. vrstvě OSI (což jde proti ATM řešící QoS již na 2. vrstvě). IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 63

64 ATM Výhody Šířka pásma na přání Vysoká úroveň zajištění QoS Pružnost a schopnost rozvoje (scalability), 622 Mbit/s není technologickým omezením přenosové rychlosti Podpora všech typů informací (data, hlas, ) Nevýhody Složitá technologie Vysoké náklady Pouze střední odolnost vůči chybám Obtížná adaptace pro LAN (LANE) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 64

65 SMDS Switched Multimegabit Data Service Veřejná služba s přepínáním paketů bez spojení Vysoké přenosové rychlosti typicky 34 nebo 45 Mbit/s Propojování vzdálených LAN (krátkodobé vysokorychlostní přenosy) namísto použití pronajatých spojů Snažší propojování sítí krátkým spojem na nejbližší bod přítomnosti (PoP) sítě SMDS Nízká chybovost, malé zpoždění Pokud průměrná přenosová rychlost nepřekročí určitou mez, lze krátkodobě přenášet i velmi rychle (tzv. burst) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 65

66 SMDS Schéma propojení LAN pomocí SMDS IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 66

67 SMDS Specifikace SMDS Interface Protocol (2. vrstva) je definován protokolem IEEE (DQDB) a určuje rozhraní pro připojení do sítě Služba využívá typicky přenosovou technologii ATM (přenos po celách o velikosti 53 bajtů) Datagram: adresa příjemce a odesílatele + až 9188 bytů uživatelských dat (rozdělují se do ATM cel po 53 bajtech) Každý propojovací bod SMDS sítě provádí i směrování, takže přenos není tak rychlý jako čisté ATM (to pouze přepíná) Přístupové spoje k SMDS Frame Relay 56/64 kbit/s PDH T1/E1 1,5/2 Mbit/s Populární více v USA, méně již v Evropě (jako CBDS) Konsorcium SMDS Interest Group IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 67

68 SMDS Výhody Vysoká přenosová rychlost Společné prvky s ATM Cena služby nezávisí na vzdálenosti komunikace Nevýhody Málo rozšířená IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 68

69 Charakteristika Srovnání WAN technologií ITU/ISO ITU/ANSI Bellcore ITU-T Norma/ Specifikace Přenosová rychlost Velikost přenášené jednotky (byte) Adresa Druh TDM pro virtuální okruhy Se spojením/bez spojení X do 2 Mbit/s max 4096 X.121 DNIC číslic statistický Se spojením FR firemní do 2 Mbit/s (nově 45 Mbit/s) max 4096 DLCI 10 bitů statistický Se spojením SMDS ETSI 1-45 Mbit/s max 9188 E číslic statistický Bez spojení ATM ATM Forum 1,5-622 Mbit/s 53 VPI/VCI 24 bitů statistický Se spojením ISDN ITU/ETSI BRI 128 kbit/s PRI 2048 kbit/s 1500 (použití PPP) E číslic synchronní Se spojením (B), bez spojení (D) PVC/SVC PVC/SVC PVC/SVC - PVC/SVC PVC/SVC Oprava chyb na spojové vrstvě ano ne ne ne ne IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 69

70 Veřejné datové sítě (VDS) Jedná se o sítě WAN určené pro datové přenosy, které jsou budovány zejména od devadesátých let. Po nástupu Internetu se tyto sítě stávají součástí Internetu - jsou provozovány příslušným ISP. Jsou pak charakterizovány mj.: Způsobem a přenosovou rychlostí jejich připojení na další části Internetu (zejména zahraniční). U českých sítí, pak i způsobem a rychlostí připojení na NIX.CZ (které zajišťuje propojení na ostatní tuzemské Internetové poskytovatele). IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 70

71 Veřejné datové sítě (VDS) Tyto sítě jsou charakterizovány přístupovými body (PoP), které jsou u českých provozovatelů sítě (a ISP) rozmístěny na území ČR U silných mezinárodních provozovatelů sítě (a ISP např. GTS, Telia, Telenor) rozmístěny v mnoha státech. Pokud jsou všechny lokality uživatele/podniku připojeny na PoP jediného provozovatele sítě (i vpřípadě připojení k Internetu ), lze typicky dosáhnout vyšší kvality služby (SLA) než vpřípadě, že jsou na sítích různých ISP. IT_420 Komunikační technologie a služby téma 5 71