IP alapú hálózatok tervezése és üzemeltetése

1. IP alapú hálózatok tervezése és üzemeltetése 15/3

2. Az előző előadás tartalma • Az Informatikai Tanszékcsoport hálózata és menedzselése • A távközlés világának fontos szervezetei • Az OSI modell • Vezetékes átviteli megoldások és jellemzők ismertetése. • Vezetékmentes átviteli megoldások és jellemzők ismertetése.

3. Tartalom • Közegmegosztás • Modulációs módszerek • A távközlő hálózatok története • Kommunikációs hálózatok • Vonalkapcsolt technológiák ismertetése • SONET/SDH • ATM • MLPS • Hullámhossz forgalomirányítás

4. Források • Online: • http://www.trendcomms.com/multimedia/training/broadband%20networks/web/logo/general.htm • http://www.epanorama.net/documents/telecom/ulaw_alaw.html • Offline: • Harry G. Peros: Connection-Oriented NETWORKS (47-130)

5. Közeg megosztás • Multiplexálás • Típusai • TDMA • FDMA • CDMA • PDMA • SDMA

6. Modulációs megoldások • Ahhoz, hogy egy jelet az adott közegen sikeresen továbbítsunk gyakran modulációra van szükségünk. Így olyan jellemzőkel bíró jelet kapunk amely megfelelő mutatókkal bír az adott közegen. • Analóg/Digitális • Amplitúdó • Fázis • Frekvencia

7. Egyéb modulációs megoldások • OOK – On Off Keying • QPSK – Quadrature Phase Shift Keying • QAM – Quadrature Amplitude Modulation • CAP – Carrierless Amplitude Modulation • DMT – Discrete Multitone Modulation • CDMA – Code Division Multiple Access • FHSS – Frequency Hopping Sperad Spectrum • DSSS - Direct Sequence Spread Spectrum

8. A távközlő hálózatok története I. • Telefon beszélgetés átvitele • Analóg rendszer (FDM) • A fül hallás görbéje és a beszéd érthetősége alapján 300-3400 Hz-es tartományt kellett átvinni • A telefonközpontba minden előfizetőnek egy dedikált érpár. • Telefonközpontok között ez nem megoldható (x 100 érpár) • Megosztott közeg • Frekvenciaosztás minden beszélgetés egy-egy külön frekvenciasávot kapott ezt szűrökkel és modulálással érték el. • Rossz hangminőség, nehézkes karbantarthatóság, nehezen vagy nem skálázható

9. A távközlő hálózatok története II. • Időosztásos közegosztás (TDM) • Digitális rendszer (1962 Bell Labor) • Nyquist – egy periodikus analóg jel a frekvenciájának kétszeresével mintavételezve veszteség nélkül visszaállítható a mintákból • Pulzus Kód Moduláció (PCM Pulse code modulation) (PAM, PPM,..) • ITU-T G.711 (CCITT) • Mintavételezés – 8000 Hz • Kvantálás - a 8 bites lineáris hozzárendelésnek nincs elég dinamikája (fül 0-120dB) ezért 12-14 bites mintavételezés van és ezeket az értéket logaritmikusan 8 bithez rendelik (több lépés az alsó szinten, kevesebb a felsőn) • A szabály - Európában • szabály – USA • Kódolás – A jelet a csatorna feltételeihez illesztik. Pl.: órajel kinyerés

10. Kódolás • A fizikai közegen való átvitelhez a jelet érdemes átalakítani (pl. ne legyen egyáramú összetevő, szinkron jel kinyerés, …) • Vonali kódolás • NRZ (Non Return Zero) • RZ (Return Zero) • AMI (Alternate Mark Inversion) • HDB3 (High Density Bipolar Three Zeros) • CMI(Coded Mark Inverted)

11. A távközlő hálózatok története III. • Időosztásos közegosztás (TDMA) • Multiplexelés – egy csatornán több csatorna továbbítása • 125 mikrosec a keret hossza • E1 – Európa - 30 csatorna 2048 Mbit/s • T1 – USA – 24 csatorna 1,544 Mbits/s

12. Plesiochronous digital hierarchy • Max.: 140Mbit/s • Bit multiplexelés • A T1-re vagy az E1-re épül • Minden következő szint négy alsóbbszintű csatornát tartalmazhat

13. Szinkronizáció • Független oszcillátorok, szabványba foglalt pontosság • A pont-pont kapcsolatoknál nincs probléma mert a jelből ki lehet venni az órajelet • A multiplexereknél probléma • Üres bitek beiktatásával (Justification) szabályozzák a kimenő jel sebességét • Ezek végül összeadódnak és egy keret kihagyást, vagy ismétlést eredményeznek

14. PDH hátrányok • Különböző szabványok, csak átalakítóval lehetett őket összekötni • Adat átvitelnél zavaró lehet a fázisugrás • Rézvezetékre tervezték • Nem tartalmaz hálózatfenntartáshoz szükséges információkat (backup vonal, …) • Az egyes adatfolyamokhoz csak a teljes demultiplexálás után lehet hozzáférni • Pont-pont topológiára lett tervezve • Nehéz konfigurálni

15. Igények a mai kommunikációs hálózatokkal szemben • Átviteli képesség • Garantált • Időszakos csúcsokkal, szünetekkel • Késleltetés • <150ms • <1,2 s • Lényegtelen • Késleltetés ingadozás • Nem fontos • Adott keretek között mozoghat • Hibaarány • Minél alacsonyabb hibaarány • Egy adott szintig nem zavaró tényező

16. Kommunikációs hálózatok

17. Garantált szolgáltatások • Minőségi garanciák? • Vonalkapcsolt • Cellakapcsolt • Csomagkapcsolt

18. SDH/SONET • Synchronous Digital Hierarchy • Bájt multiplexelés • Szinkronizált órák • Elemek • Regenerátor • Line terminating multiplexers(LTMUX vagy PTE) • Add&Drop multiplexers (ADM) • Digital cross-connects (DXC)

19. SDH Referencia modell • Regeneration Section (RS) • RSOH • Multiplex Section (MS) • MSOH • Higher Order Path (HOP) • HO-POH • Lower Order Path (LOP) • LO-POH

20. SDH topológiák • Pont-pont • Több pont (ADM) • Gyűrű (legnépszerűbb) • Csillag

21. SDH szolgáltatások • Átviteli szolgáltatások • Konténerek (C-n) • Hozzáférés biztosítása a telekommunikációs hálózathoz • PDH SDH felett • ATM SDH felett • IP SDH felett

22. SDH hibatűrés • Hibatűrési megoldások • Tagolás • Visszaalítás • Speciális DXC • Dinamikus, kevesebb backupvonal van mint amennyi aktív • Út védelem • Multiplex section protection (Vonal)ITU-T G.783 (1:1, 1:N) • Multiplex section protection (Gyűrű)ITU-T G.841 • Dedikált • Megosztott (2,4 optikai kábellel)

23. STM1-es keret

24. Konténerek • C tárolók • Path Overhead • Virtuális tároló VC

25. SDH multiplexelés

26. Problémák az SDH-val • Mivel az erőforrásokat az SSN7 segítségével egy-egy összeköttetés erejéig minden kapcsolat számára lefoglalja • Telefon, videó beszélgetésekre optimális, garantálja a minőséget • Adatkommunikációra pazarlóan bánik az erőforrásokkal. • Bonyolult, más mint a jól ismert IP/TCP

27. ATM – Asynchronous Transfer Mode • ITU-T 1987 • Adat, hang, videó hatékony továbbítására lett kifejlesztve • Architektúra • Kapcsolatorientált (az adat átvitel előtt az útvonalat lefoglalja) • Csomagkapcsolt • Kapcsolatonkénti QoS kezelés • Az ATM elemek között nincs hibakezelés és folyam vezérlés (optika) • Nem igazán váltotta be a hozzá fűzött reményeket • Jelenleg tipikusan • ISP gerinc • Mobil szolgáltató gerinc (AAL2) • Áramkör emulálás (T1/E1)

28. ATM felépítése • Fizikai Réteg • Az ATM független a fizikai rétegtől • Két alréteg • Transmission convergence (TC) • Hiba detektálás • Folyamatos cella küldés/fogadás (ha nincs forgalom akkor is) • Physical Medium Dependent (PMD) • Időzítés • Kódolás/Dekódolás (8B/10B) • ATM réteg • ATM adaptációs réteg • Hang/Adat/Videó

29. ATM réteg • Vég-vég összeköttetéssel foglalkozik • Feladata: • Kapcsolat orientált csomag kapcsolás • Fix méretű cellák • Cella kapcsolás • Nincs hiba és folyam kezelés • Címzés (OSI SNAP, E.164) • QoS • CBR – Constant Bit Rate (áramkör emuláció) • RT-VBR – Real Time Variable Bit Rate (hang, videó) • NRT-VBR – Non Real Time Variable Bit Rate (késleltetés érzékeny Frame Relay) • ABR – Available Bit Rate (TCP/IP) • UBR – Unspecified Bit Rate • GFR – Guarantied Frame Rate (nem real time, minimális garantált sávszélesség) • Torlódás vezérlés • Preventív (Call Admission Conrtol) • Reaktív

30. ATM Adaptációs réteg ATM-AAL • Convergence Sublayer (CS) • Service Specific Convergence Sublayer (SSCS) • Common Part Sublayer (CPS) • Segmentation and Reassembly Sublayer (SAR) • Öt különböző AAL lett szabványosítva • AAL1 • Konstans bit sebességű szolgáltatások (emulált hálózat, hang., video) • Képes detektálni a hiányzó és rosszul route-olt cellákat • Képes kezelni a késleltetéseket (buffer) • A bithibák kezelésére Forward Error Correction – FEC • Időzítési információk átvitele • AAL2 • Késleltetés érzékeny, kicsi, válozó átviteli igényű forgalom számára. (Fax, beszéd, Mobil telefon!) • Több ilyet visz át egy ATM kapcsolaton • Nincs SAR, a felhasználókat SSCS szerint különbözteti meg a CPS. (CID) • AAL5 • Adatátvitel. Nem garantált továbbítás. • Pl.: IP and ARP over ATM, 802.2 LLC PDU, ATMARP szerver • SAAL

31. ATM cella • 53 byte • 5 byte fejléc • 48 byte tartalom • Típusai: • UNI – User Network Interface • GFC – Generic flow control • VPI – Virtual Path Identifier • VCI – Virtual Channel Identifier - VCC • PTI – Payload Type Indicator (User data/Congestion/Managemenet Data) • CLP – Cell Loss Priority • HEC • NNI – Network Network Interface • Ugyanaz csak nincs GFC Connection Identifier (CI)

32. ATM kapcsolat • Label swapping • A VPI/VCI páros csak link jelentőségű, minden linken más-más lehet. (Egyszerűbb cím kiosztás) • A kapcsolat típusa: • Pont-pont • Pont-több pont • A kapcsolás típusa: • PVC – Pernament Virtual Connection (manuális) • SVC – Switched Virtual Connection (real-time autómatikus, Q.2931) • A – SETUP – Ingress – egress- SETUP • Call Admission Control (CAC)

33. MPLS - Multiprotocol Label Switching • Cisco tag switching • Eredetileg az volt a cél ami a nevében van (IPX, Apple Talk,… támogatás) • IETF RFC • Kapcsolat orientált szolgáltatás rendszer az IP rendszerbe • A kapcsolás folyamatát gyorsítja fel • FIB (Forwarding Information Base) • FEC (Forwarding Equivalent Class) • LFIB (Label Forward Information Base) • Label • Elemei: • LSR – Label Switching Router • MPLS Node • MPLS tartomány • MPLS edge node

34. Explicit forgalomirányítás • OSPF, BGP, … hop by hop • Egy csomghoz több label is tartozhat (Label stack) • Explicit útvonal • Szigorúan explicit • Lazán explicit

35. Hullámhossz Forgalomirányítás • IETF, ITU-T szabványok • A kapcsolás a különböző WDM linkek között optikai úton történik • Gyors • Nagy megbízhatóság (évente 6 perc kiesés) • Optikai útvonalakat alakítanak ki (Light path) • OXC • Nincs konverzió • Részleges konverzió • Teljes konverzió • Statikus • Dinamikus • Topológia: • Gyűrű • … • ITU.T G.709 Digitális Csomagoló

36. Tartalom • Közegmegosztás • Modulációs módszerek • A távközlő hálózatok története • Kommunikációs hálózatok • Vonalkapcsolt technológiák ismertetése • SONET/SDH • ATM • MLPS • Hullámhossz forgalom irányítás

37. Tartalom • Access Networks (Hálózati Hozzáférést Biztosító hálózatok) • xDSL • KábelTV-s hálózat • Helyi hálózatok (LAN családok). • A 802.x szabvány család megismerése