Erilaisia verkkoja LAN, MAN ja WAN 22.1.2001.

Esitys aiheesta: "Erilaisia verkkoja LAN, MAN ja WAN 22.1.2001."— Esityksen transkriptio:

1 Erilaisia verkkoja LAN, MAN ja WAN

2 Erilaisia tapoja lähettää generoida ja siirtää bittejä
SOVELLUKSIA SOVELLUSPROTOKOLLIA: HTTP, SMTP, SNMP, FTP, TELNET, .. TCP (UDP) IP Erilaisia verkkoja: kuullosteluverkko (‘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 Erilaisia IP-reitittimiä yhdistäviä linkkejä
X.25-verkko atm-verkko puhelinverkko

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

5 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) 802.6 DQDB (Distributed Queue Dual Bus) langaton LAN 12/3/2018

6 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)

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

8 Vuoroväylä (802.4) Kuulosteluväylän ongelmia: asemat renkaaksi
rajoittamaton siirtoviive ei prioriteetteja ei sovellu realiaikaohjaukseen asemat renkaaksi taattavissa oleva yläraja viiveelle ongelmana renkaan katkeaminen soveltuu teollisuushallintaan autotehtaat, teollisuusautomatia 12/3/2018

9 tehdään looginen rengas fyysisellä väylällä olevista asemista
looginen järjestys <>fyysinen järjestys asemat lähettävät vuorotellen loogisen järjestyksen mukaan lähetysvuoro (token) siirtyy asemalta toiselle renkaan ylläpito asemien poistaminen renkaasta / lisääminen renkaaseen vuoromerkin häviäminen, monistuminen => suhteellisen monimutkainen protokolla => jäänyt pois käytöstä

10 Vuororengas (802.5) (ss. 292-301) rengas on ketju kaksipisteyhteyksiä
ei siis yleislähetystä tekniikka hallussa digitaalitekniikkaa (melkein kokonaan) kierretty pari koaksiaalikaapeli valokuitu IBM:n valinta yhä melko laajassa käytössä 12/3/2018

11 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) 12/3/2018 200 m

12 Lähetys vuororenkaassa
renkaassa kiertää vuoromerkki erityinen bittikuvio vuoromerkin tulee mahtua renkaaseen kunkin aseman aiheuttama viive (1 bitti) öisin keinotekoinen viive siirtoviive kuuntelu moodi kopioi bittejä sisääntulosta ulosmenoon 12/3/2018

13 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 12/3/2018

14 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% 12/3/2018

15 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 12/3/2018

16 802.5-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 12/3/2018

17 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 12/3/2018

18 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 12/3/2018

19 loppumerkissä E-bitti enf-of-file -bitti
asetetaan, jos havaitaan epäkelpo merkki enf-of-file -bitti viimeinen kehys 12/3/2018

20 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

21 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)

22 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 12/3/2018

23 vuoromerkin prioriteetin nostanut, myös laskee sen!
alemman prioriteetin kehykset voivat joutua odottamaan ikuisesti 12/3/2018

24 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 12/3/2018

25 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 12/3/2018

26 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

27 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 12/3/2018

28 802.3 CSMA/CD hyvät puolet yleisesti käytetty
yksinkertainen protokolla asemien lisääminen helppoa passiivinen kaapeli, ei modeemia, kevyellä kuormalla lähetysviive nolla 12/3/2018

29 802.3 CSMA/CD huonot puolet analoginen törmäyksen havaitseminen
pienin kehys 64 tavua => yleisrasitetta, jos sanomat lyhyitä epädetermistinen ei prioriteetteja raskas kuorma => törmäyksiä => suoritusteho laskee 12/3/2018

30 802.5 vuororengas hyvät puolet
kaksipisteyhteyksiä rengas voidaan rakentaa mistä tahansa täysin digitaalinen johtokeskus => automaattinen vikojen havaitseminen ja korjaaminen prioriteetit alimman prioriteetin sanomat eivät saa lähetysaikaa 12/3/2018

31 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

32 FDDI (ss.319-322) vuororengas
valokuitu 100 Mbps => 200 km 1000 asemaa käyttö lähinnä lähiverkkoja yhdistävänä runkolinjana myös tavallisena LANina 12/3/2018

33 synkronista ja asynkronista dataa
ISDN ääntä PCM-koodattuna dataa multimode LED BER < 1 virhe /2.5*10**10 bittiä 12/3/2018

34 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 12/3/2018

35 FDDI: koodaus koodi ‘4 out of 5’ 4 MAC-symbolia => 5-bitin ryhmä
Manchesterin signallointinopeus kaksinkertainen! => paljon kaistaa 4 MAC-symbolia => 5-bitin ryhmä 0, 1, 2 ‘non-data’ symbolia => 32 eri kombinaatiota 16 DATA: 0000, 0001, …. , 1110, 1111 3 rajoittimia 2 kontrolli 3 ‘hardware’merkinanto 8 varattu myöh. käyttöön

36 menetetään koodin tahdistusapu!
pitempi tahdistuskenttä alussa tarkemmat kellot korkeintaan % epätarkkuus sallittu => voidaan lähettää 4500 tavua ennen kuin kellot niin epätahtiset, että syntyy bittivirhe aika | | | | | | | | | | | | |

37 FDDI: protokolla 802.5 -johdannainen renkaassa useita lähetyksiä
vuoromerkki heti renkaaseen, kun oma lähetys loppunut kehys hyvin samanlainen kuin vuororenkaassa 12/3/2018

38 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

39 kolme ajastinta token holding timer säätelee lähetysaikaa token rotation timer vuoromerkin kiertoaika valid transmission timer tilapäisistä rengasvirheistä toipumiseen jos vuoromerkki etuajassa, kaikkia voidaan lähettää, jos myöhässä vain korkeimman prioriteetin sanomat (synkronisen liikenteen kehykset)

40 Asynkroniset kehykset voidaan jakaa 8 prioriteetti luokkaan
kullekin luokalle oma ajastin

41 LLC (Logical Link Control)
LAN ja MAN-verkot vuonvalvonta, virhevalvonta, yhtenäinen rajapinta erilaisiin verkkoihin ~ OSI-malli, HDLC Palvelut: epäluotettava datasähkepalvelu, kuittaava datasähkepalvelu, luotettava yhteydellinen palvelu 12/3/2018

42 Silta (bridge) (ss. 304-318) yhdistää LAN-verkkoja linkkitason olio
toistin: ‘pala kaapelia’; fyysisellä tasolla silta: ‘ovi’ linkkitasolla reititin: verkkotasolla tuntumaton silta (transparent bridge) lähdereitittävä silta (source routing bridge) 12/3/2018

43 Käyttötarpeita osastoverkot maantiede: hajautus
etäisyydet: yhdistäminen kuormituksen jakaminen häiriöiden rajoitus paikalliseksi suojaus: lähiverkkojen looginen eristäminen 12/3/2018

44 Verkkojen yhdistäminen
voi yhdistää samanlaisia lähiverkkoja eetteri-eetteri vuoroväylä-vuoroväylä vuororengas - vuororengas voi yhdistää erilaisia lähiverkkoja esim. eetteri- vuororengas vuoroväylä - vuororengas kaikkiaan 9 erilaista yhdistelmää kaikissa omat ongelmat 12/3/2018

45 Yhteiset ongelmat yhdistämisessä
kehysrakenne joka LANilla oma kehys uuden kehyksen muodostaminen, tarkistussumma laskettava uudelleen, => silta on uusi virhelähde siirtonopeus eri datanopeuksia CSMA/CD: 1, 2,10 Mbps vuoroväylä: 1, 5, 10 Mbps vuororengas: 1,4,16 Mbps 12/3/2018

46 ylempien kerrosten ajastimet
CSMA/CD: törmäykset eri virroilla yhteinen kohde => kehysten puskurointi tarpeen puskurien ylivuoto ylempien kerrosten ajastimet => tarpeettomia uudelleenlähetyksiä

47 kehyksen maksimipituus
eetteriverkko 1500 tavua, vuoroväylä 8191 tavua, vuororengas vuoromerkki rajoittaa 5000 tavua linkkikerroksen tehtäviin ei kuulu kehyksien pilkkominen ja kokoaminen mitä tehdään ylipitkälle kehykselle? jos liian iso, roskiin

48 kuittauspyyntö (vuoroväylä)
prioriteetti CSMA/CD: ei prioriteettia vuororengas ja vuoroväylä: prioriteetti, mutta erilainen kuittauspyyntö (vuoroväylä) jos kehyksessä kuittauspyyntö, kuka vastaa silta ei kukaan kuittaus (vuororengas) A- ja C-bitit (nähty/kopioitu) sama ongelma, kuka vastaa

49 Siltojen edut verkkojen ja asemien määrää helppo kasvattaa
erilaisia lähiverkkoa sillat eivät näy ylemmille kerroksille voidaan kerätä tietoja ja säädellä pääsyä luotettavuus ja suorituskyky kasvaa 12/3/2018

50 Siltojen haitat sillat puskuroivat ja aiheuttavat viivettä
ei vuonsäätelyä => sillan kapasiteetti voi ylittyä kehysrakenteen muuttaminen => virheitä jää havaitsematta Yleisesti edut selvästi suuremmat kuin haitat 12/3/2018

51 Sillan portit Lähiverkko liitetään siltaan portin kautta Portti
yksinkertaisissa silloissa vain kaksi porttia monipuolisissa useita Portti MAC-piiri noudattaa vastaavan lähiverkon protokollaa CSMA/CD, vuororengas, vuoroväylä ohjelmisto huolehtii alustuksesta puskurin hallinnasta 12/3/2018

52 Tuntumaton silta (transparent bridge, spanning tree bridge)
‘plug and play’ ei mitään muutoksia laitteistoon, ohjelmistoon ei reititystauluja ja parametrien asettelua ei vaikuta itse LANien toimintaan silta huolehtii kehysten ohjaamisesta oikeaan porttiin oppii asemien portit kuuntelemalla kaikkea liikennettä jos ei tiedä, niin tulvittaa ei saa olla silmukoita =>virittävä puu 12/3/2018

53 Lähdereitittävät sillat (Source routing bridges)
tuntumattomat sillat helppo asentaa tuhlaavat kapasiteettia käyttävät vain virittävää puuta erimielisyyttä standardoimiskomiteassa vuororenkaan käyttäjät + IBM kannattivat lähdereititystä 12/3/2018

54 kehyksen lähettävä asema varustaa kehyksen reittitiedoilla
jokaisella lähiverkolla on 12-bittinen yksikäsitteinen tunnus jokaisella sillalla on oma 4-bittinen tunnus reitti koostuu silta- ja verkkotunnuksista silta, LAN, silta, LAN, … silta, LAN 12/3/2018

55 C B S1 S3 A B1 B2 S2 B4 B3 E S4 S5 D Reitti A:sta E:hen: S1, B1, S2, B4, S5

56 Kehyksen rakenne reittikenttä on muotoa SD SA SD AC FC DA 0/1 data ...
onko reitti mukana vai ei reittikenttä on muotoa reittikontrolli ... askel 1 askel 2 askel n verkko-ID, silta-ID

57 Tuntumaton vs. lähdereitittävä silta
tuntumaton silta yhteydetön täysin tuntumaton lähiverkoille automaattinen uudelleen konfigurointi reititys ei välttämättä optimaalinen uuden aseman löytäminen: backward learning jos joku kertoo tulvitus monimutkaisuus silloissa vähän siltoja 12/3/2018

58 lähdereitittävä silta
yhteydellinen tuntuva konfigurointi ei ole automaattista uuden löytäminen: discovery frame raskas operaatio, paljon yleisrasitetta monimutkaisuus isäntäkoneissa näitä on paljon 12/3/2018

59 Etäsillat (remote bridges)
yhdistetään etäällä toisistaan olevat lähiverkot silloilla sillat yhdistetään pareittain kaksipisteyhteyksillä “isännättömiä lähiverkkoja” kaksipisteyhteyksillä linkkiprotokolla MAC-kehys ko. protokollan datakenttään ‘riisuttu MAC-kehys’ (= vars. data) datakenttään ja kohde generoi siitä uuden MAC-kehyksen tarkistussumma laskettava uudelleen => virheitä! 12/3/2018

60 Laajaverkot (WAN) Puhelinverkko runkolinjat digitaalisia, kuitua
local loop analoginen, kierretty pari kanavointi

61 Kanavointi (multiplexing)
Kanavointi (tai limitys) runkolinja yhteiskäytössä 12/3/2018

62 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 12/3/2018

63 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

64 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 12/3/2018

65 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 12/3/2018

66 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 12/3/2018

67 Tavoitteet kaukopuhelun fyysisen kerroksen standardi
operaattoreiden yhteistoiminta aallonpituus, ajoitus, kehysrakenne, … PCM-kanavoinnin ‘yhtenäistäminen’ digitaalikanavien limitys runkolinjoihin T3 => toiminnan, hallinnan ja ylläpidon tuki OAM 12/3/2018

68 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 12/3/2018

69 SONET-järjestelmä koostuu
kytkimistä kanavointilaitteista toistimista yhteyshierarkia sektio: kuitu kahden laitteen välissä linja: kahden kanavointilaitteen väli polku: lähteen ja kohteen väli 12/3/2018

70 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 12/3/2018

71 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’ 12/3/2018

72 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 12/3/2018

73 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 12/3/2018

74 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

75 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 12/3/2018

76 Kehysvälitys verkko Pääte tai IP-reititin Pääte tai IP-reititin

77 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 12/3/2018

78 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

79 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

80 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

81 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 12/3/2018

82 ATM (Asynchronous Transfer Mode) (ss. 144-147)
pienet kiinteämittaiset solut (‘cell relay’) solukytkentäinen teknologia 53 tavua: 5 tavua otsaketta, 48 käyttäjän dataa joustava vakionopeutinen liikenne (audio, video) purskeinen liikenne solun käsittely nopeaa => nopea yleislähetys mahdollinen tarpeen TV-lähetyksissä pakettikytkentä osaa, piirikytkentä ei 12/3/2018

83 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 12/3/2018

84 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! 12/3/2018

85 valvontataso ja käyttäjätaso (Control plane /user plane verkonhallinta
ATM-viitemalli protokollapino ATM sovituskerros (~kuljetuskerros) ATM-kerros peruskerros ATM riippumaton siirtomediasta: usein SONET/SDH, T1/T3 valvontataso ja käyttäjätaso (Control plane /user plane verkonhallinta 12/3/2018

86 ATM-protollat ATM-kerros AAL (sovituskerros) solujen kuljetus
solun rakenne virtuaalipiirien muodostus ja purku vuonvalvonta AAL (sovituskerros) muodostaa paketeista soluja soluista paketteja 12/3/2018

87 valvonta taso (control plane) käyttäjätaso (user plane)
yhteyksien valvonta käyttäjätaso (user plane) datasiirto vuonvalvonta virheiden korjaus verkonhallinta resurssien hallinta kerrosten toiminnan koordinointi 12/3/2018

88 telelaitosten suurisuuntainen projekti
koko puhelinverkon korvaaminen! muiden televerkkojen korvaaminen TV-verkkojen ‘kaappaaminen’ käytössä lähinnä runkoverkkoina TCP/IP kulkee atm-verkossa => “ linkkikerroksen yhteys” ATM Forum 12/3/2018

89 Peruskerros, linkkikerros
Paljon erilaisia siirtovälineitä ja -tapoja langallisia erilaisia kuparijohtoja ja kaapeleíta lasikuitukaapeleita langattomia eri taajuuksista elektromagneettista säteilyä yleislähetys / pisteestä-pisteeseen

90 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 12/3/2018

91 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”

92 Tiedon koodaus signaaliin
bittien koodaukseen käytetään signaalin taajuutta amplitudia vaihetta signalointinopeus signaalia / s yksikkönä baudi 12/3/2018

93 Sinifunktio perusesimerkki jaksollisesta funktiosta
s(t) = A sin (2p f t + q) A maksimiamplitudi f taajuus q vaihe 12/3/2018

94 Fourier-sarja (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) 12/3/2018

95 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 12/3/2018

96 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 12/3/2018

97 g(t) = 0, 0 <= t < 1 1, 1 <= t < 2 1, 2 <= t < 3
….. 1, 6 <= t < 7 0, 7 <= t < 8 12/3/2018

98 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

99 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 12/3/2018

100 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 12/3/2018

101 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 12/3/2018

102 Esimerkki kanavan nopeus 9600 bps tietoyksikön koko 8 bittiä (‘b’)
tietoyksikön siirtoaika T = 8/9600 = ms 1. termi = 1/T = 9600/8 = 1200 Hz 12/3/2018

103 Esimerkki jatkuu Jos kanavan kapasiteetti on 3000 Hz
(~puhelinlinjalla ) => kanavaan mahtuu 3000/1200 eli 2 termiä lähetyksen laatu on huono 12/3/2018

104 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! 12/3/2018

105 Nyquistin kaava maksimaalinen tiedonsiirtonopeus häiriöttömällä kanavalla C = 2 H log2 V bps C = tiedonsiirtonopeus (bps) H = kaistanleveys V = tasojen lukumäärä 12/3/2018

106 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 12/3/2018

107 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 12/3/2018

108 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 12/3/2018

109 Shannonin kaava maksimaalinen tiedonsiirtonopeus
kohinaisessa kanavassa C = H log2 (1+ S/N) bps H kaistan leveys S signaalin teho wateissa N kohinan teho wateissa 12/3/2018

110 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 12/3/2018

111 Esimerkki jatkuu Tyypillisesti SNR = 30 DB ==>
3000 Hz:n kanavalla teoreettinen maksimi aina < 30000 käytettiin koodauksessa kuinka monta tasoa tahansa ‘luonnonlaki’ ~ valon nopeus 12/3/2018

112 Langaton LAN Infrapunasäde spread spectrum kapeakaistainen mikroaalto
diffused suunnattu säde spread spectrum taajuushyppely direct sequence kapeakaistainen mikroaalto 12/3/2018