Erilaisia verkkoja LAN, MAN ja WAN 9/19/2018.

Esitys aiheesta: "Erilaisia verkkoja LAN, MAN ja WAN 9/19/2018."— Esityksen transkriptio:

1 Erilaisia verkkoja LAN, MAN ja WAN 9/19/2018

2 Erilaisia tapoja lähettää generoida ja siirtää bittejä
SOVELLUKSIA SOVELLUSPROTOKOLLIA: HTTP, SMTP, SNMP, FTP, TELNET, .. TCP (UDP) IP Erilaisia verkkoja: kuulosteluverkko (‘Ethernet’), vuororengas, vuoroväylä, atm, fddi, dqdb, X.25, puhelinverkko, satelliittiverkko, gsm, valmistajien omat verkot, ... Erilaisia linkkikerroksia HDLC, PPP MAC-protokollia Erilaisia tapoja lähettää generoida ja siirtää bittejä

3 Paljon erilaisia verkkoja!
LAN Ethernet Vuororengas (802.4, Token Ring) langaton lähiverkko WLAN (wireless LAN, ) Atm (?) MAN FDDI, DQDB WAN puhelinverkko, X.25, kehysvälitys (frame relay) atm

4 Lähiverkkostandardi IEEE 802:
LAN- ja MAN-verkoille 802.1 Johdanto, rajapintaprimitiivit 802.2 LLC (Logical Link Control) CSMA/CD (kuulosteluväylä) Token bus (vuoroväylä) Token ring (vuororengas) DQDB (Distributed Queue Dual Bus) langaton LAN 9/19/2018

5 Ethernet-lähiverkko Yleisin lähiverkkoteknologia
CSMA/CD (kuulosteluväylä) kuunnellaan, ja jos vapaa, lähetetään jos syntyy törmäys, odotetaan satunnainen aika binary exponential backoff ei kuittauksia, ei prioriteettejä paljon erilaisia kokoonpanoja 10BASE5, 10BASE2,10BASE-T, 10BROAD36, 10BASE-F 100BASE-T 1000BASE-LX, 1000BASE-SX (kuitu)

6 Eetteriverkon rakenne
väylä kaapeli u tähti - hub toimii toistimen tavoin HUB Kaksi parijohtoa

7 Erittäin nopeat Ethernet-verkot
Perusversion nopeus 10 Mbps 100 Mbps (fast Ethernet) Gigabit Ethernet 10 Gigabit Ethernet 100 Gigabit Ethernet Terabit Ethernet 9/19/2018

8 Vuororengas (802.5) rengas on ketju kaksipisteyhteyksiä
ei siis yleislähetystä tekniikka hallussa digitaalitekniikkaa (melkein kokonaan) kierretty pari koaksiaalikaapeli valokuitu IBM:n valinta enää melko vähäisessä käytössä 9/19/2018

9 Lähetys vuororenkaassa
renkaassa kiertää vuoromerkki erityinen bittikuvio vuoromerkin tulee mahtua renkaaseen kunkin aseman aiheuttama viive (1 bitti) öisin keinotekoinen viive siirtoviive kuuntelumoodi kopioi bittejä sisääntulosta ulosmenoon 9/19/2018

10 lähetetyt bitit kiertävät koko renkaan ja lähettäjä poistaa ne
lähetysmoodi vain jos on vuoromerkki omaa dataa siirretään ulosmenoon lähetetyt bitit kiertävät koko renkaan ja lähettäjä poistaa ne voi tutkia, onko kehyksissä virheitä lopetettuaan lähettäjä lähettää vuoromerkin renkaaseen rengas ei rajoita kehyksen kokoa 9/19/2018

11 jos kevyt kuorma jos raskas kuorma renkaan suoritusteho lähes 100%
vuoromerkki kiertelee renkaassa joskus joku lähettää jos raskas kuorma kaikilla asemilla jonoa kaikki lähettävät maksimimäärän ja siirtävät vuoromerkin seuraavalle renkaan suoritusteho lähes 100% 9/19/2018

12 Kuittaukset, prioriteetti
kehyksessä 1 bitti kuittausta varten aluksi 0 vastaanottaja muuttaa 1:ksi entä jos useita vastaanottajia? monimutkaisempi kuittaus ei lainkaan kuittausta sanomat voidaan priorisoida monitasoisia prioriteettejä, nälkiintyminen mahdollista 9/19/2018

13 802.5-renkaan rakenne kierretty pari 1, 4 tai 16 Mbps
differential Manchester -koodaus kehyksen alussa ja lopussa koodausta, joka ei ole normaalia dataa (high-high tai low-low) aina siirtymä keskellä tahdistusta varten 0 alussa siirtymä, 1 alussa ei siirtymää 9/19/2018

14 Renkaan ylläpito ongelma: rengas katkeaa! johtokeskus (wire center)
jokainen asema yhdistetty johtokeskukseen kahdella kierretyllä parilla releen virroitus asemalta virta katkeaa => rele sulkeutuu asema siirtyy ohitustilaan asema voidaan myös ohjelmallisesti irroittaa renkaasta esim. testausta varten 9/19/2018

15 MAC-protokolla ja -kehys
token holding -time 10 ms access control -kenttä (1 tavu) vuoromerkki (3 bittiä) monitor-bitti prioriteettibitit varausbitit frame status -kenttä ( 1 tavu) automaattinen kuittaus: A = nähnyt, C = kopioinut 9/19/2018

16 loppumerkissä E-bitti enf-of-file -bitti
asetetaan, jos havaitaan epäkelpo merkki enf-of-file -bitti viimeinen kehys 9/19/2018

17 Start Delimiter : datasta eroavaa signallointia
End Delimiter: sisältää error-bitin ja bitin, joka ilmoittaa, milloin tiedosto loppuu Vuoromerkki SD AC ED Access Control P P P T M R R R Prioriteettibitit: vuoromerkin prioriteetti Token bitti: onko vuoromerkki vai kehys Monitor bitti: havaitaan kiertämään jääneet kehykset Reservation bitit: asetetaan vuoromerkille uusi prioriteetti

18 Kehys: SD AC FC DA SA data FCS ED FS osoitteet Frame Control: erottaa datakehykset kontrollikehyksistä Frame Status Field A C r r A C r r Address recognised: nähnyt kehyksen Frame copied: kopiointi onnistunut Huom! Kahteen kertaan, koska niitä ei lasketa tarkistussummaan (FCS)

19 Prioriteetti monitasoisia prioriteettejä vuoromerkin prioriteetti
määrää minkä prioriteetin kehyksiä saa lähettää kolme bittiä vuoromerkissä vuoromerkin prioriteetin asetus datakehyksen varausbittien avulla varataan vuoromerkkiä korkean prioriteetin lähetykselle kun lähetys loppuu uusi vuoromerkki saa korkeimman varauksen prioriteetin 9/19/2018

20 vuoromerkin prioriteetin nostanut, myös laskee sen!
alemman prioriteetin kehykset voivat joutua odottamaan ikuisesti 9/19/2018

21 Vuororenkaan ylläpito
keskitetty ylläpito yksi asema toimii valvoja-asemana kaikki asemat voivat toimia valvonta-asemana jos valvoja-asema vikaantuu ACTIVE_MONITOR_PRESENT -kehystä ei tule tilanteen havainnut asema lähettää CLAIM_TOKEN -kehyksen jos useita => kilpailemalla saadaan uusi valvonta-asema 9/19/2018

22 Valvoja-asema valvoo renkaan toimintaa
vuoromerkin katoaminen vuoromerkin kiertoa valvova ajastin jos laukeaa, rengas tyhjennetään ja lähetetään uusi vuoromerkki vaurioituneet kehykset väärä kehysmuoto, tarkistussumma ei täsmää tyhjennys ja uusi vuoromerkki 9/19/2018

23 renkaan pituuden säätely
‘orvot’ kehykset lähettäjä vikaantui, eikä poistanut kehystä kehyksessä monitoribitti valvoja asettaa kehyksen monitoribitin aina, kun kehys ohittaa sen jos kehyksessä on jo bitti asetettu, kehys poistetaan renkaan pituuden säätely 24 bitin vuoromerkin tulee mahtua renkaaseen valvoja lisää viivettä tarvittaessa jos renkaan pituus + asemien aiheuttamat 1 bitin viipeet eivät riitä

24 Bitin pituus siirtonopeus renkaassa R Mbps
=> bitti lähetetään joka 1/R millisekunti siirtoviive kaapelissa km/s = 200 m/ms kukin bitti vie tällöin 200/R metriä Jos R = 1 Mbps ja renkaan koko 1000 m, niin renkaaseen mahtuu vain 5 bittiä (a’ 200 metriä) 9/19/2018 200 m

25 renkaan rikkoutuminen
kun asema huomaa renkaan katkenneen sen naapurit vaikuttavat ‘kuollelta’ lähettää BEACON-kehyksen jossa oletetun rikkoutuneen aseman osoite kehys etenee niin pitkälle kuin voi voidaan päätellä katkoksen alku poistetaan rikkoutuneet ohitusreleen avulla rengas kuntoon 9/19/2018

26 802.3 CSMA/CD hyvät puolet yleisesti käytetty
yksinkertainen protokolla asemien lisääminen helppoa passiivinen kaapeli, ei modeemia, kevyellä kuormalla lähetysviive nolla 9/19/2018

27 802.3 CSMA/CD huonot puolet analoginen törmäyksen havaitseminen
pienin kehys 64 tavua => yleisrasitetta, jos sanomat lyhyitä epädetermistinen ei prioriteetteja raskas kuorma => törmäyksiä => suoritusteho laskee 9/19/2018

28 802.5 vuororengas hyvät puolet
kaksipisteyhteyksiä rengas voidaan rakentaa mistä tahansa täysin digitaalinen johtokeskus => automaattinen vikojen havaitseminen ja korjaaminen prioriteetit alimman prioriteetin sanomat eivät saa lähetysaikaa 9/19/2018

29 huonot puolet hyvin lyhyet ja hyvin pitkät kehykset mahdollisia
suorituskykyinen ja tehokas huonot puolet keskitetty valvontatoiminto seonnut valvoja voi tehdä mitä vaan kevyellä kuormalla turhaa odotusta

30 FDDI (Fiber Distributed Data Interface)
vuororengas valokuitu 100 Mbps => 200 km 500 asemaa, asemien väli < 2 km, kun monimuotokuitu + LED yksimuotokuidulla ja laserille voi olla suurempi käyttö LANeja yhdistävänä runkolinjana 9/19/2018

31 synkronista ja asynkronista dataa
ISDN ääntä PCM-koodattuna dataa BER < 1 virhe /2.5*10**10 bittiä maksimi kehys 4599 tavua 9/19/2018

32 FDDI: rakenne kaksi valokuiturengasta renkaan katkeaminen asemat
toisessa myötäpäivään toisessa vastapäivään renkaan katkeaminen tarvittaessa renkaat voidaan yhdistää yhdeksi asemat A: kiinni molemmissa renkaissa B: kiinni vain yhdessä renkaassa 9/19/2018

33 FDDI: protokolla Vuororenkaan johdannainen renkaassa useita lähetyksiä
vuoromerkki heti renkaaseen, kun oma lähetys loppunut kehys hyvin samanlainen kuin vuororenkaassa 9/19/2018

34 voidaan lähettää myös synkronisia kehyksiä
PCM-ääntä ISDN-dataa master-asema generoi kehyksen joka 125 ms PCM: 8000 näytettä sekunnissa kehyksessä 96 tavua synkronista dataa 4 T1 kanavaa tai 3 E1 kanavaa asemalle varatut aikaviipaleet käytössä, kunnes asema luopuu niistä muut jaetaan tarpeen mukaan korkein prioriteetti ensin

35 kaksi ajastinta Lisäksi tiedossa on
token holding timer säätelee lähetysaikaa token rotation timer vuoromerkin kiertoaika Lisäksi tiedossa on target token rotation time tavoitteena oleva vuoromerkin kiertoaika jos vuoromerkki etuajassa, kaikkia voidaan lähettää, jos myöhässä vain korkeimman prioriteetin sanomat (synkronisen liikenteen kehykset)

36 Lähetysvuoro asemalle aina vähintään 2*TTRT:n välein
riippuen synkronista dataa lähettävien asemien määrästä ja yleisestä kuormituksesta ei takaa isokronisuutta lähetysvuoro aina tasaisin välein Asynkroniset kehykset voidaan jakaa 8 prioriteetti luokkaan kullekin luokalle oma ajastin kytketyt eetteriverkot ja atm korvaamassa FDDI:n

37 WLAN langaton lähiverkko (Wireless LAN)
IEEE standardi IEEE : 1 ja 2 Mbps IEEE a: 6, 12, 24, 54 Mbps IEEE b: 5.5, 11 Mbps ETSI: HiperLAN HiperLAN1: 20 Mbbps HiperLAN2: Mbps HiperAccess: 25 Mbps HiperLink: 155 Mbps HomeRF 9/19/2018

38 IEEE 802.11-standardi Ratifioitu 1997 nopeus 1 tai 2 Mbps
7 vuoden kehitystyön jälkeen nopeus 1 tai 2 Mbps 2.4 GHz:n lisenssivapaa alue MAC-kerros ~ Ethernetin kaltainen CSMA/CA (Collision Avoidance) piilolähettäjäongelma (hidden terminal ) fyysinen kerros kaksi eri ratkaisua radioaalloille hajaspektritekniikkoja (Spread spektrum), jotka hajauttavat lähetyksen laajalle taajuusalueelle infapuna-aallot 9/19/2018

39 ISM ISM: Vapaassa käytössä olevia radiotaajuuksia mm. :
(Industrial, Scientific, and Medical) Radiotaajuudet ovat säänneltyjä ja luvanvaraisia ‘rajallinen luonnonvara: UMTS-lisenssit’ ISM: Vapaassa käytössä olevia radiotaajuuksia mm. : MHz, GHz, GHz, GHz. Eri maissa alueiden rajat ja säännökset ovat erilaisia yleensä paljon häiritseviä muita laitteita esim. 2.4 GHz:n taajuudelle toimivat monet mikroaaltouunit hyvin korkeiden taajuuksien käyttö teknisesti vaativaa 9/19/2018

40 Hidden terminal -ongelma
Lähettäjä ei kuule C:n lähetystä. Jos A lähettää B:lle, niin tapahtuu törmäys! Vastaanottaja B A Lähettäjä C Este Piiloasema A:lle (hidden terminal)

41 exposed station problem:
B:n lähetys A:lle estää turhaan C:tä lähettämästä D:lle A B C D

42 Ratkaisu piilolähettäjän ongelmaan
RTS (Request to send) lähettäjä kysyy vastaanottajalta lähetyslupaa CTS (Clear to send) vastaanottaja antaa luvan lähettää RTS A B C D CTS 9/19/2018

43 Datan lähetys B --> C
B lähettää C:lle RTS-kehyksen (Request To Send) kehyksessä datalähetyksen pituus => B:n kuuluvuusalueella olevat (esim. A) tietävät olla lähettämättä C lähettää B:lle CTS-kehyksen (Clear To Send) datalähetyksen pituus => C:n kuuluvuusalueella olevat (esim. D) tietävät olla lähettämättä

44 RTS CTS A B C D

45 IEEE 802.11 MAC-kerros kaksi eri tapaa koordinoida lähetykset
RTS, CTS,NAV pelkät ajoitukset ja odottelut (~ Ethernet) törmäyksiä voi sattua ACK-kuittaus on tarpeen ainoa tapa saada selville menikö lähetys kunnolla perille 9/19/2018

46 Aikavälejä lähetyksen koordinointiin
IFS (Interframe space) erilaisia aikavälejä mitä lyhyempi aika sitä suurempi prioriteetti DIFS (Distributed IFS) määrää kuinka pitkään aseman on kuunneltava ennenkuin se voi valmistautua lähettämään tavallista dataa SIFS (short IFS) määrää kuinka pitkään on kuunneltava ennen kuittauksen lähettämistä ( PIFS odotusaika ei -kilpailevile lähetyksile) 9/19/2018

47 RTS, CTS ja NAV RTS data CTS RTS CTS data NAV (Net Allocation Vector)
SIFS RTS data ACK Lähettäjä Vast.ottaja CTS RTS CTS data ACK SIFS SIFS NAV (Net Allocation Vector) RTS Asema i CTS NAV Asema j NAV = muiden odotusaika RTS:n ja CTS:n jälkeen (osataan laskea) DIFS

48 CSMA/CA: lähettäminen
SIFS < DIFS CSMA/CA: lähettäminen Voi lähettää vapaasti, jos kanava vapaa DIFS-ajan kilpailuikkuna DIFS DIFS SIFS Next frame Busy medium aikaviipaleita Odotetaan kanavan vapautumista Valitaan satunnainen aikaviipale ja odotetaan sen ajan. Jos mikään muu asema ei ole aloittanut lähetämistä, päästään itse lähettämään.

49 Satunnaisperääntyminen (Random backoff)
Kilpailuikkuna : aikaviipaletta oletusarvo 31 kasvaa, jos lähetykset törmäävat, pienenee kun lähetys onnistuu törmäys aina kaksinkertaistaa ikkunan ikkunasta valitaan satunnainen odotusaika aikaa vähennetään , jos kukaan muu ei ala lähettää samankaltainen kuin Ethernetissä 9/19/2018

50 Lähetysten kuittaukset
DIFS data Lähettäjä Vastaanottaja kilpailuikkuna ACK SIFS DIFS Muu asema Odottelee perääntyy Jos lähettäjä ei saa kuittausta, niin sanoma lähetetään uudestaan

51 Fyysinen kerros: hajaspektri
FHSS taajuushyppely (frequency hopping) koko käytössä oleva taajuuskaista on jaettu useaan alikaistaan maksimissaan 79 alikaistaa a’ 1 MHz lähetyksessä käytettävä ainakin 6 eri alikaistaa lähettäjä vaihtaa alikaistaa koko ajan tietyn kuvion mukaan => vähentää häiriöiden vaikutusta DSSS suorasegvenssi (direct sequence ) lähettää datan yhdessä satunnaisen bittisekvenssin (pseudo-noise) kanssa eli useana siruna (vrt. CDMA) tuloksena hyvin laajakaistainen, kohinan kaltainen signaali kestää hyvin häiriöitä ei häiritse voimakkaampaa kapeakaistaista lähetystä vaikeaa havaita, salakuunnella tai väärentää

52 IEEE 802.11a Nopeudet 6->54 Mbps Käyttää 5 GHz:n kaistaa
herkkä monenlaisille häiriöille USA:ssa 300 MHZ vapaa-alue (UNII) Euroopassa varattu HiperLAN2:lle fyysinen kerros OFDM (Orthoganal Frequency Division Multiplexing) useita alikanavien eri taajuuksia, jotka keskenään ortogonaalisia laitteita vuoden 2001 lopussa 9/19/2018

53 IEEE 802.11b Yhteensopivuus perusversion kanssa
2.4 GHZ:n alue samankaltainen fyysinen kerros nopeudet 5.5 tai 11 Mbps (~10 Mbps perus- Ethernet) nopeutus perustuu suurelta osin kehittyneempään modolointitekniikkaan yhtä signaalimuutosta kohden enemmän bittejä sopeutuu automaattisesti lähetyskanava ominaisuuksiin nopeus voi olla vain 1 tai 2 Mbps! 9/19/2018

54 ETSI:n Hiperlan-standardit
HiperLAN-tavoitteita suuret nopeudet (> IEEE:llä) turvallisuuspiirteet priorisointi yhteensopivuus 3G-mobiililaitteiden kanssa Standardeja HiperLAN1: 20 Mbbps HiperLAN2: Mbps HiperAccess: 25 Mbps HiperLink: 155 Mbps 9/19/2018

55 HiperLAN2 Nopea: fyysisellä tasolla 54 Mbps, verkkokerroksella 25 Mbps) Fyysinenb kerros lähes samanlainen kuin a:ssa OFDM (Orthogonal Frequency Digital Multiplexing) 5 GHz MAC-kerroksella dynaaminen aikajako (TDD, Time-Division Duplex) MAC-kehys 2 ms Resource Request -pyyntö ennen lähetystä tässä kilpailua muiden lähettäjien kanssa lähetysvuorot jaetaan ja lähetys tapahtuu ilman kilpailua Yhteydellinen ja keskitetty valvoja => QoS Sovituskerros: sovittaa erilaisten linkkikerrosten palvelut solu- tai pakettiliikenteelle (atm tai Ethernet), UMTS, PPP, .. 9/19/2018

56 HiperAccess ja Hiperlink
langaton laajakaistayhteys koteihin vrt. xDSL-yhteys ja kaapelimodeemi 25 Mbps max. 5 km:n etäisyydellä Hiperlink kiinteä kaksipisteyhteys 17 GHz:n taajuusalueessa 155 Mbps nopeus atm-yhteensopivuus 9/19/2018

57 HomeRF Korvaamaan kotiympäristössä 802.11b:n
802.11b tarkoitettu yritysten käyttöön kallis ratkaisu jos laitteita tiiviisti kuten kotona b edellyttää keskitettyä valvontaa ei sovi hyvin äänensiirtoon siirtoetäisyys n. 50 metriä ääni + data 9/19/2018

58 Laajaverkot (WAN) Puhelinverkko X.25, Frame Relay Atm-verkko
runkolinjat digitaalisia, kuitua local loop analoginen, kierretty pari kanavointi X.25, Frame Relay Atm-verkko 9/19/2018

59 Peruskerros Bittien generointi ja lähettäminen linjalle
miten bitit esitetään ja koodataaan esim. voltteina ja ampeereina, taajuuksina ja vaiheina Manchesterin koodaus ajoitukset kauanko yhden bitin lähetys kestää? miten yhteys muodostetaan millaiset liittimet 9/19/2018

60 Lainalaisuudet valonnopeus informaatioteorian teoreemat
maksimaalinen nopeus, jolla kanavalla voidaan siirtää dataa riippuu kanavan kaistan leveydestä Nyquist: kohinattomalle kanavalle Shannon: kohinaiselle kanavalle teoreettiset raja-arvot “ täysin kohinaton kanava, jossa pystytään erottamaan ääretön määrä tasoja” 9/19/2018

61 Tiedon koodaus signaaliin
bittien koodaukseen käytetään signaalin taajuutta amplitudia vaihetta signalointinopeus signaalia / s yksikkönä baudi

62 Sinifunktio perusesimerkki jaksollisesta funktiosta
s(t) = A sin (2p f t + q) A maksimiamplitudi f taajuus q vaihe 9/19/2018

63 Fourier-sarja (Tanenbaum ss.78-82)
jaksollinen funktio voidaan esittää Fourier-sarjana g(t) = c/2 + S ( An sin (2 pii n f t ) + Bn cos (2 pii n f t ) ) summassa n saa arvot 1:stä äärettömään f = 1/T An , Bn = Fourier-kertoimet (harmonics) 9/19/2018

64 Fysikaalinen tulkinta
mielivaltainen jaksollinen signaali generoidaan tarpeellinen määrä eritaajuisia siniaaltoja siniaaltoja on helppo generoida määrä voi olla myös ääretön käytännössä mukaan vain äärellinen määrä signaali vääristyy spektri signaalin siniaaltojen taajuuksien kokoelma 9/19/2018

65 Esimerkki: ‘b’-kirjain
tästä saadaan jaksollinen funktio, kun ajatellaan b:n lähetyksen toistuvan jakso T jakso T jakso T T = 8; f =1/T = 1/8 9/19/2018

66 g(t) = 0, 0 <= t < 1 1, 1 <= t < 2 1, 2 <= t < 3
….. 1, 6 <= t < 7 0, 7 <= t < 8 9/19/2018

67 Kun integroidaan lausekkeet An, Bn ja Cn käyttäen ‘b’:n jaksollista funktioita, saadaan ‘b’-funktion Fourier-kertoimet. ‘b’-signaalin tarkkaan esittämiseen tarvitaan ääretön määrä Fourier-sarjan kertoimia signaali voidaan approksimoida äärellisellä määrällä termejä äärellisellä määrällä sinifunktioita mitä enemmän kertoimia sitä tarkempi approksimaatio

68 Kaistanleveys (bandwidth)
signaalin kaistanleveys f2 - f1, missä f1 on pienin ja f2 suurin signaalin siniaaltokomponentin taajuus kanavan kaistanleveys väli [ f1, f2 ], jolla alueella olevia taajuuksia kanava pystyy välittämään 9/19/2018

69 Kaistanleveys ja tiedonsiirto
mitä suurempi kaistanleveys, sitä suuremmat taajuudet mahdollisia, sitä useampi Fourier-termi kaistaan mahtuu ==> signaalin muoto säilyy paremmin signaalilla voi olla useita tasoja kaksi tasoa: 0 ja 1 useampia tasoja : esim. 0, 1, 2 ja 3 9/19/2018

70 Kanavan siirtokyky siirtonopeus ja siirrettävän tietoyksikön koko (‘signaalin pituus bitteinä’) ==> tietoyksikön siirtoaika eli sen jaksonpituus T 1. Kertoimen taajuus = 1/T rajallisessa kanavassa voi lähettää vain rajallisen määrän harmonic-termejä termien määrä ==> signaalin laatu 9/19/2018

71 Esimerkki kanavan nopeus 9600 bps tietoyksikön koko 8 bittiä (‘b’)
tietoyksikön siirtoaika T = 8/9600 = ms 1. termi = 1/T = 9600/8 = 1200 Hz 9/19/2018

72 Esimerkki jatkuu Jos kanavan kapasiteetti on 3000 Hz
(~puhelinlinjalla ) => kanavaan mahtuu 3000/1200 eli 2 termiä => lähetyksen laatu on huono 9/19/2018

73 Esimerkki jatkuu yhä tiedonsiirtonopeus 38400 bps
ja kanavan kaista 3000 Hz => 1. termi = 4800 Hz => binääritietoa ei voida lähettää, sillä kaistaan ei mahdu yhtään tämän taajuisen signaalin termiä! 9/19/2018

74 Nyquistin kaava maksimaalinen tiedonsiirtonopeus häiriöttömällä kanavalla C = 2 H log2 V bps C = tiedonsiirtonopeus (bps) H = kaistanleveys V = tasojen lukumäärä 9/19/2018

75 Näytteiden otto Nyquist => Jos kanavan kaistanleveys on H,
niin kaikki kanavan informaatio saadaan ottamalla kanavasta 2H näytettä sekunnissa tiuhempi näytteiden otto ei enää tuota lisää informaatiota 9/19/2018

76 Esimerkki Modeemi yleisessä puhelinverkossa käyttää 8 tasoa. Verkon kaistanleveys on 3100 Hz. Mikä on tiedonsiirtonopeus? Nyquistin kaava: C = 2H log2 (V) bps C = 2*3100* log2 (8) bps = 6200 * 3 bps = bps 9/19/2018

77 Kohina signaali-kohina -suhde SNR SNR = 10 log10 ( S/N ) dB
Kohinaksi kutsutaan johtimessa aina taustalla esiintyvää sähkömagneettista aaltoliikettä vahvistamaton signaali vaimenee kohinaksi signaali-kohina -suhde SNR SNR = 10 log10 ( S/N ) dB S = signaalin teho N =kohinan teho ilmoitetaan desibeleinä suuri SNR => hyvä signaalin laatu 9/19/2018

78 Shannonin kaava maksimaalinen tiedonsiirtonopeus
kohinaisessa kanavassa C = H log2 (1+ S/N) bps H kaistan leveys S signaalin teho wateissa N kohinan teho wateissa 9/19/2018

79 Esimerkki Yleisessä puhelinverkossa H = 3000 Hz ja
SNR = 20 dB. Mikä on (teoreettinen) maksiminopeus C? SNR = 20 = 10 log10 (S/N) 2 = log10 (S/N) eli S/N = 10**2 = 100 C = H log2 (1+S/N) = log2 (1+100) = log10(101) / log10(2) = bps 9/19/2018

80 Esimerkki jatkuu Tyypillisesti SNR = 30 DB ==>
3000 Hz:n kanavalla teoreettinen maksimi aina < 30000 käytettiin koodauksessa kuinka monta tasoa tahansa ‘luonnonlaki’ ~ valon nopeus 9/19/2018

81 Laajaverkot (WAN) Puhelinverkko X.25, Frame Relay Atm-verkko
kanavointi X.25, Frame Relay Atm-verkko 9/19/2018

82 Kanavointi (multiplexing)
Kanavointi (tai limitys) runkolinja yhteiskäytössä 9/19/2018

83 T1 Carrier 24 äänikanavaa, kanavista näyte vuorotellen
näyte = 8 bittiä, joista yksi pariteettibitti 7*8000 = bps dataa ja 8000 bps signallointi-infoa kehys: 24 * 8 = 192 bittiä + kehystysbitti: …. 193 bittiä/125 ms => Mbps 9/19/2018

84 T2 = 4*T1 + tahdistusbitit = 6.312 Mbps
E1 = Mbps 32 * 8 bittiä dataa, joista 30 dataa varten ja 2 signallointiin Ei+1 = 4*Ti => 8.848, , , Mbps 9/19/2018

85 CCITT PCM vähemmän signalontia, 8 bittiä dataa,
common channel signaling kehysbitti: … parittomissa kehyksissä channel associated signaling kullakin kanavalla oma signalointi alikanava yksi bitti joka kuudennesta kehyksestä 9/19/2018

86 E1 (2.048 Mbps) 32 kanavaa 30 datakanavaa
32 näytettä a’ 8 bittiä => Mbps 30 datakanavaa 2 signalointikanavaa eli 16 bittiä/kehys neljä kehystä => 64 bittiä signalointidataa 32 bittiä kanavien signalointiin 32 bittiä kehyssynkronointiin + maakohtaisiin tarpeisiin 9/19/2018

87 SONET/SDH (ss. 125-130) SONET (Synchronous Optical NETwork)
Bellcore SDH (Synchronous Digital Hierarchy) ITU-T eroaa vain hyvin vähän korvaamaan eri tahoilla kehitetyt optiset TDM-käytännöt 9/19/2018

88 Tavoitteet kaukopuhelun fyysisen kerroksen standardi
operaattoreiden yhteistoiminta aallonpituus, ajoitus, kehysrakenne, … PCM-kanavoinnin ‘yhtenäistäminen’ digitaalikanavien limitys runkolinjoihin T3 => toiminnan, hallinnan ja ylläpidon tuki OAM 9/19/2018

89 TDM synkroninen kehys yksi kanava, josta aikaviipaleita alikanaville
master clock, tarkkuus ~1/10**9 bitit lähetään kellon tahdissa kehys 810 tavua , 125 ms välein (~ PCM-näytteenottoa) lähetetään, oli dataa tai ei 9/19/2018

90 SONET-järjestelmä koostuu
kytkimistä kanavointilaitteista toistimista yhteyshierarkia sektio: kuitu kahden laitteen välissä linja: kahden kanavointilaitteen väli polku: lähteen ja kohteen väli 9/19/2018

91 SONET-kehys 810 tavua = 9 riviä, jolla kullakin 90 saraketta
kehyksen 3 ensimmäistä saraketta hallintaa varten kolmella ensimmäisellä rivillä ‘section overhead’ kuudella viimeisellä ‘line overhead’ 87 saraketta käyttäjän dataa = > SPE (Synchronous Payload Envelope) 87*9*8*8000 = Mbps 9/19/2018

92 SPE kuljetushallinnon yksikkö alkaa mistä tahansa kohtaa kehystä
osoitin alkuun ‘line overhead’ 1. rivillä voi jatkua toiselle kehykselle ei tarvitse odottaa kehyksen alkua esim. atm-solukuorma sopii paremmin SPE:n 1. sarake ‘path overhead’ 9/19/2018

93 Datavirtojen limitys siirtonopeus limitys limitys tavuittain
8*810 = 6480 bittiä => Mbps => STS-1 (Synchronous Transport Signal-1) limitys kolme STS-1 => STS-3 neljä STS-3 => STS-12 … => STS-48 = Mbps limitys tavuittain 9/19/2018

94 X.25 (ss.59-60) ensimmäinen julkinen pakettikytkentäinen teknologia, maks 64 kbps kehitettiin 70-luvun lopussa, käytössä 90-luvulla, nyt väistymässä vanhanaikaiseen puhelinverkkoon vanhoja kuparikaapeleita => paljon virheitä => HDLC-tyyppinen siirtoyhteysprotokolla virhetarkistus ja kuittaus sekä vuonvalvonta joka linkillä tyhmiä päätteitä => älykkyys verkkoon => virtuaalipiiriverkko 9/19/2018

95 Kehysvälitys (Frame Relay ) (ss. 60-61)
“second-generation X.25” kehitettiin 80-lopussa, käytössä 90-luvulla virtuaalipiiriverkko (usein pysyvä) ei virhevalvontaa, ei vuonvalvontaa lasikuitulinkit lähes virheettömiä käytetään LANien yhdistämiseen IP-liikennettä eri konttoreiden välillä luotettavampi kuin Internet 64 kbps … Mbps 9/19/2018

96 Frame relay ‘virtual leased line’ nopeus 1.5 Mbps
vastaa vuokralinjaa kahden pisteen välillä nopeus 1.5 Mbps ‘purskeet’ täydellä nopeudella keskimääräinen lähetysmäärä ei saa ylittää sovittua tasoa myös monipisteyhteys mahdollinen kehyksessä osoite, joka kertoo mihin yhteyteen lähetetään 9/19/2018

97 Kehysvälitys verkko Pääte tai IP-reititin Pääte tai IP-reititin

98 voi lähettää kehyksiä (paketteja) minimaalinen’ yhteydellinen palvelu
max 1600 tavua minimaalinen’ yhteydellinen palvelu tunnistaa kehyksen alun ja lopun havaitsee siirtovirheet virheellinen kehys tuhotaan ei kuittauksia eikä vuonvalvontaa kehyksessä yksi bitti, jolla voi ilmoittaa ongelmista 9/19/2018

99 Sovittu datan lähetysnopeus
Tästä käyttäjä maksaa paketeilla kaksi eri prioriteettiä kehyksessä 1 bitti tätä varten taattu toimitus vain korkean prioriteetin paketeille kun kytkimen puskuri liian täynnä, hävitetään alemman prioriteetin paketteja 9/19/2018

100 Palvelun tarjoaja tarkkailee lähettämistä
tarkistaa tietyin välein, onko lähetetty liikaa esim ms välein katsotaan, onko lähettäjä pysynyt sovitussa lähetysmäärässä (esim. 32 Kbps) ja lähettänyt vain 10 kpl 1600 bitin kehystä. jos lähettää kehyksiä tiuhempaan kuin sovittu, ylimenevä osa kehyksistä merkitään alemman prioriteetin paketeiksi toimitetaan perille vain, jos linjakapasiteettia riittää 9/19/2018

101 Mitä pitempi tarkkailun aikaväli, sitä purskeisempi voi lähetys olla, mitä lyhyempi sitä tasaisempi
palvelun tarjoaja yleensä ‘ylibuukkaa’ käytettävissä olevan kapasiteetin datansiirto purskeista, vähän samanaikaisia aktiivisia lähettäjiä 9/19/2018

102 yksi verkko korvaamaan puhelinverkon ja kaikki erilliset verkot
B-ISDN (Broadband Integrated Services Digital Network) (ss , ) yksi verkko korvaamaan puhelinverkon ja kaikki erilliset verkot X.25, DQDB, frame relay, …, kaapeli-TV sopii kaikille sovelluksille ISDN liian hidas, piirikytkentäinen ATM (Asynchronous Transfer Mode) siirtoteknologia, siirtopalvelu 9/19/2018

103 ATM (Asynchronous Transfer Mode)
Soluvälitys (cell relay) pienet kiinteämittaiset solut solukytkentäinen teknologia 53 tavua: 5 tavua otsaketta, 48 käyttäjän dataa virtuaalipiiri virtuaalikanava joustava vakionopeutinen liikenne (audio, video) purskeinen liikenne Mbps solun käsittely nopeaa 9/19/2018

104 B-ISDN (Broadband Integrated Services Digital Network)
1980-luvulla: yksi verkko korvaamaan puhelinverkon ja kaikki erilliset verkot X.25, DQDB, frame relay, …, kaapeli-TV sopii kaikille sovelluksille vähittäinen muutos=> ISDN liian hidas, piirikytkentäinen ATM (Asynchronous Transfer Mode) siirtoteknologia, siirtopalvelu 9/19/2018

105 ATM-verkko yhteydellinen verkko yleensä WAN-verkkojen rakenne
yhteyspyyntö muodostaa kanavan muut paketit kulkevat samaa reittiä solujen järjestys taataan mutta soluja voi kadota yleensä WAN-verkkojen rakenne telelaitokset myös LAN-verkkoja 9/19/2018

106 Verkon nopeudet 622 Mbps Tarvitaan huippunopeat kytkimet! 155 Mbps
teräväpiirtotelevio yhteensopivuus AT&T:n SONET siirtojärjestelmän kanssa 622 Mbps neljä 155 kanavaa Gigabittejä tulevaisuudessa Tarvitaan huippunopeat kytkimet! Kytkentäaikaa korkeintaan muutama sata ns! 9/19/2018

107 atm-standardit ATM FORUM ITU
standardi määrittelee koko protokollapinon sovelluskerrokselta fyysiselle tasolle 9/19/2018

108 Atm-käyttö Runkolinjoissa n. 80% on atm-linjoja
atm-kytkin on nopea terabittejä sekunnissa IP-over-atm IP pitää atm-verkkoa linkkitason yhteytenä LANeissa käyttö vähäistä 9/19/2018

109 9/19/2018

110 valvontataso ja käyttäjätaso (Control plane /user plane verkonhallinta
ATM-viitemalli protokollapino ATM-sovituskerros (~kuljetuskerros) ATM-kerros atm:n fyysinen kerros riippumaton siirtomediasta: usein SONET/SDH, T1/T3 valvontataso ja käyttäjätaso (Control plane /user plane verkonhallinta 9/19/2018

111 ATM-protollat ATM-kerros AAL (sovituskerros) solujen kuljetus
solun rakenne virtuaalipiirien muodostus ja purku vuonvalvonta AAL (sovituskerros) muodostaa paketeista soluja soluista paketteja 9/19/2018

112 valvonta taso (control plane) käyttäjätaso (user plane)
yhteyksien valvonta käyttäjätaso (user plane) datasiirto vuonvalvonta virheiden korjaus verkonhallinta resurssien hallinta kerrosten toiminnan koordinointi 9/19/2018

113 telelaitosten suurisuuntainen projekti
koko puhelinverkon korvaaminen! muiden televerkkojen korvaaminen TV-verkkojen ‘kaappaaminen’ käytössä lähinnä runkoverkkoina TCP/IP kulkee atm-verkossa => “ linkkikerroksen yhteys” ATM Forum 9/19/2018

114 Erilaisia IP-reitittimiä yhdistäviä linkkejä
X.25-verkko atm-verkko puhelinverkko

115 5.6 Verkkokerros atm-verkoissa
toiminnallisesti atm-kerros vastaa verkkokerrosta solujen siirto lähettäjältä vastaanottajalle reititys globaali osoittaminen samankaltainen kuin X.25:n 3 kerros => siis käsitellään tässä monet kuitenkin pitävät siirtoyhteys-kerroksena, jopa peruskerroksena! 9/19/2018

116 atm-kerros on yhteydellinen
virtuaalikanava (virtual channel) yksisuuntainen atm-kerroksella ei käytetä kuittauksia tarkoitettu luotettaville valokaapeliverkoille tosiaikainen liikenne solujen järjestys virtuaalikanavassa säilyy eri virtuaalikanavilla järjestystä ei taata 9/19/2018

117 2-tasoinen yhteyshierarkia
siirtopolulla (transmission path) virtuaalipiirit voidaan ryhmitellä virtuaalipoluiksi(virtual path) ~ johtokimppu reititetään yhdessä 9/19/2018

118 rajapinnat solun rakenne UNI (User-Network Interface)
NNI (Network-Network Interface) kahden atm-kytkimen (reitittimen) välillä solun rakenne 5 tavun otsake 48 tavua dataa 9/19/2018

119 soluotsake 4bittiä 8 bittiä 16 bittiä 3 bittiä 1 bitti 8 bittiä C PTI
HEC GFC VP I VC I L P GFC General Flow Control VPI Virtual Path Identifier VCI Virtual Channel Identification PTI Payload Type CLP Cell Loss Priority HEC Header Error Check GFC on vain UNI-liitännässä, NNI-liitännässä VPI on 12 bittiä. (GFC on bugi !)

120 Kuorman tyyppi 000 käyttäjän dataa, ei ruuhkaa, solutyyppi 0
010 käyttäjän dataa, ruuhkaa, solutyyppi 0 011 käyttäjän dataa, ruuhkaa, solutyyppi 1 100 hallintatietoa vierekkäisten reitittimien välillä 101 hallintatietoa lähde- ja kohdereitittimen välillä 110 resurssinhallintasolu (ABR ruuhkan valvonta) 111 varattu tulevaan käyttöön 9/19/2018

121 CLP HEC tärkeä tai vähemmän tärkeä solu
ruuhkan sattuessa hävitetään ensin vähemmän tärkeät HEC laskee tarkistussumman otsakkeelle korjaa yhden bitin virheet havaitsee noin 90 % virheryöpyistä valokuidussa suurin osa virheistä yhden bitin virheitä 9/19/2018

122 yhteyden muodostus pysyvät virtuaalipiirit (permanent)
~ vuokralinja kytkentäiset virtuaalipiirit ~puhelun muodostaminen teknisesti yhteyden muodostuksen hoitaa valvontataso ITU-protokolla Q.2931 loogisesti osa verkkokerroksen toimintaa 9/19/2018

123 hankitaan virtuaalipiiri signallointia varten
pyyntösolut virtuaalipolun 0 virtuaalipiiriin 5 jos varaus onnistuu, muodostetaan uusi virtuaalipiiri, jossa sovitaan yhteydestä tarkemmin yhdeyden muodostuksessa käytetään 6 sanomatyyppiä SETUP CALL PROCEEDING CONNECT CONNECT ACK RELEASE RELEASE COMPLETE

124 atm-osoitteita on kolmenlaisia
monilähetyskanava muodostetaan normaali yhteys yhteen vastaanottajaan lisätään uusia vastaanottajia (ADD PARTY) atm-osoitteita on kolmenlaisia 20 tavun mittainen OSI-osoite maantieteellinen (maa) organisaation mukaan 15-numeroinen ISDN-puhelinnumero 9/19/2018

125 Reititys reititys virtuaalipolkutunnuksen mukaan
kerran tehty, helppo lisätä uusia virtuaalikanavia nopeampi teknisesti uudelleenreititys helppoa suljetut käyttäjäryhmät helppo toteuttaa reititysalgoritmin voi valita vapaasti 9/19/2018

126 Palveluluokat CBR constant bit rate T1- piiri, ~sähköjohto
RT-VBR variable bit rate, real time videokonferenssi NRT-VBR variable bit rate, non-real time multimedia sähköposti ABR available bit rate selailu www-verkossa UBR unspecified bit rate tiedonsiirto tausta-ajona, IP-pakettien siirto

127 Palvelusopimus Asiakkaan ja verkon välinen sopimus
asiakkaan liikenteen kuvaus sovittu palvelun laatu (Quality of Service) sopimuksen noudattamisehdot ja rikkomissanktiot sekä liikenteen kuvaus että palvelun laatu esitettävä mitattavina suureina atm-standardin QoS-parametrit 9/19/2018

128 QoS-parametrit PCR (Peak Cell Rate) SCR (Sustained Cell Rate)
MCR (Minimun Cell Rate CVDT (Cell Variation Tolerance) CLR (Cell Loss Ratio) CTD (Cell Transfer Delay) CDV (Cell Delay Variation) CER (Cell Error Ratio) SECBR (Severely-Errored Cell Block Ratio) CMR (Cell Misinsertion Ratio) 9/19/2018

129 Liikenteen tasoitus (Traffic shaping)
GCRA (Generic Cell Rate Algorithm) tarkistaa joka solusta, onko se sovittujen liikenneparametrien mukainen kaksi parametria PCR maksimi saapumisnopeus T= 1/PCR minimi solujen välinen aika CDVT hyväksytty viipeen vaihtelu solu ei ole parametrien mukainen, jos se saapuu liian pian edellisen jälkeen hylätään / merkitään tarvittaessa poistettavaksi 9/19/2018

130 Ruuhkan valvonta ruuhka on ongelmallista pitkäkestoinen ruuhka
suuret nopeudet suuret linjojen määrät kytkimissä pitkäkestoinen ruuhka liian paljon liikennettä lyhytkestoinen ruuhka liikenne purskeista 9/19/2018

131 Ruuhkan valvontamenetelmät
atm-verkossa ruuhka pyritään estämään erittäin nopea verkko tosiaikainen liikenne pääsyvalvonta (admission control) hyväksytään vain ellei haittaa muita reiluus resurssien varaus (resource reservation) varataan kaikki resurssit etukäteen SETUP-paketti varaa linjakapasiteettia edetessään varaukset keskimääräiselle vai huippukuormalle? 9/19/2018

132 ABR-liikenteen ruuhkan valvonta
ruuhkatilanteen sattuessa CBR- ja VBR-liikennettä ei voi hidastaa UBR-liikenne voidaan kokonaan lopettaa vain ABR-liikennettä voidaan hidastaa vain ABR-käyttäjiä pyydettävä hidastamaan ruuhkan valvonta perustuu lähetysnopeuden pienentämiseen ruuhkatilanteessa (rate-based congestion control) 9/19/2018

133 RM-solu aina tietyin välein (k solun välein) lähettäjä lisää datavirtaan RM-solun (resource management) RM-solu kulkee samaa polkua kuin datasolut, mutta kytkimet käsittelevät sitä eri tavalla kohteeseen saapunut RM-solu tutkitaan, päivitetään ja palautetaan takaisin lähettäjälle 9/19/2018

134 ylikuormitetut kytkimet voivat myös itse ilmoittaa ruuhkasta
lähettämällä RM-solun lähettäjälle asettaa vastaanottajalle menevässä solussa PTI-kentän bitin nämä solut voivat kuitenkin kadota ruuhkassa RM-solun lähettäjä huomaa aina, jos solu ei tule takaisin riittävän nopeasti 9/19/2018

135 nykyinen lähetysnopeus (ACR) jos ruuhkaa lähetysnopeutta pienennetään
MCR < ACR < PCR jos ruuhkaa lähetysnopeutta pienennetään ei kuitenkaan pienemmäksi kuin miniminopeus jos ei ruuhkaa lähetysnopeutta kasvatetaan ei kuitenkaan suuremmaksi kuin maksiminopeus lähetetyssä RM-solussa on lähettäjän toivoma lähetysnopeus (ER) kytkimet tarvittaessa muuttavat nopeuden pienemmäksi kun RM-solu palaa lähettäjälle, lähettäjä muuttaa tarvittaessa lähetysnopeuttaan

136 Atm-LAN atm-teknologian käyttö lähiverkoissa
LAN:ina siltana LAN:ien välissä yhteydettömän LAN-palvelun toteuttaminen yhteydellisessä atm-verkossa kullakin koneella atm-virtuaalipiiri jokaiseen toiseen koneeseen (pysyvä /tarvittaessa muodostettava) paketti kapseloidaan ATM AAL -sanomaan ja lähetetään tavalliseen tapaan miten IP-osoite => virtuaalipiirin osoite? (ARP-protokolla) 9/19/2018

137 atm-lähiverkko ei ole yleislähetysverkko LES (LAN Emulation Server)
kyselypaketti LES:lle LES etsii osoitteen ja palauttaa sen kyselijälle BUS (Broadcast /Unknown Server) yhteys kaikkiin koneisiin yleislähetys = paketti jokaiselle erikseen 9/19/2018

138 Laajaverkot (WAN) Puhelinverkko runkolinjat digitaalisia, kuitua
local loop analoginen, kierretty pari kanavointi 9/19/2018