Sieci światłowodowe

Sieci światłowodowe
Wprowadzenie
Prezentacja zawiera kopie folii omawianych na wykładzie. Niniejsze
opracowanie chronione jest prawem autorskim. Wykorzystanie
niekomercyjne dozwolone pod warunkiem podania źródła.
© Sergiusz Patela 2000 - 2001
Motto
Sieć nie będzie ani trochę lepsza niż zastosowane okablowanie.
lub
Sieć jest tak dobra jak zastosowany nośnik
(c) Sergiusz Patela 1998-2001
Sieci światłowodowe - wprowadzenie
2
Sprawdzian
1. Co to jest światłowód?
2. Podstawowa klasyfikacja światłowodów
3. Co to jest sieć komputerowa? Czym różni się sieć komputerowa od sieci
telekomunikacyjnej.
4. Jakie parametry różnią światłowód jednomodowy od wielomodowego?
5. Narysować i opisać wykres przedstawiający zależność tłumienia
światłowodu od długości fali
(c) Sergiusz Patela 1998-2001
Sieci światłowodowe - wprowadzenie
3
Porównanie właściwości kabli sieciowych
Tłumienie [dB/km]
Skrętka
10.0
Kabel
koncentryczny
1.0
Falowód
mikrofalowy
Światłowód
jednomodowy
0.1
1 MHz
1 GHz
1 THz
Pasmo
(c) Sergiusz Patela 1998-2001
Sieci światłowodowe - wprowadzenie
4
Transmission Rate
Rozwój bezprzewodowych (radiowych) sieci LAN
400 MHz
Band
902 MHz
Band
2,4 GHz
Band
5 GHz Band
54+ Mbps
20+ Mbps
802.11a
Tomorrow
11 Mbps
Wi Fi
802.11b
Today
1-2 Mbps
230 Kbps
19.2 Kbps
Narrow
Band
802.11
Direct
Direct
Sequence
Sequence
&
Direct
Frequency
Sequence Hopping
Yesterday
(Both are
Direct
Sequence)
John McKnight, N+I 2000; The Sky’s the Limit for Wireless LAN, www.premisesnetworks.com
Non-Spread
Spectrum
Time
Wniosek: możliwości transmisyjne radiowych sieci bezprzewodowych zawsze będę
pozostawać w tyle za możliwościami sieci światłowodowych.
(c) Sergiusz Patela 1998-2001
Sieci światłowodowe - wprowadzenie
5
Definicja sieci komputerowej
Sieć komputerowa =
zbiór wzajemnie połączonych,
autonomicznych komputerów.
Sieci mają z reguły strukturę hierarchiczną, w
której różne komputery pełnią różne role.
(c) Sergiusz Patela 1998-2001
Sieci światłowodowe - wprowadzenie
6
Klasyfikacje sieci
Gdzie w systemie różnorodnych sieci umieścić pojęcie sieci
światłowodowej?
Klasyfikacje według:
• Zakresu świadczonych usług (telekom, datakom, CTV)
• Obszaru (LAN, MAN, WAN)
• Obszaru i technologii (LAN, MAN, WAN, SAN, „ostatniej mili”)
• Medium transmisji (kable miedziane, światłowody, skrętka, kabel
koncentryczny, bezprzewodowe radiowe, )
Uwaga: W literaturze można znaleźć definicje utożsamiające pojęcia
sieci światłowodowej i sieci FITL (abonenckich systemów
dostępowych realizowanych całkowicie w oparciu o światłowód).
(c) Sergiusz Patela 1998-2001
Sieci światłowodowe - wprowadzenie
7
Rodzaje sieci światłowodowych
Dziś
1. Klasyczne łącza światłowodowe (telekomunikacyjne)
2. Sieci komputerowe
3. Sieci telewizji kablowej (dystrybucyjne)
W przyszłości
1. Światłowodowe sieci łączności (telekomunikacyjne i komputerowe)
2. Sieci telewizji kablowej (dystrybucyjne)
3. Sieci całkowicie optyczne
(c) Sergiusz Patela 1998-2001
Sieci światłowodowe - wprowadzenie
8
Klasyfikacja sieci komputerowych
1. LAN - Local Area Network
Lokalna sieć komputerowa zawierająca od kilku do
kilkudziesięciu stacji rozmieszczonych na niewielkim obszarze.
2. MAN - Metropolitan Area Network
Miejska sieć komputerowa lub kampusowa sieć szkieletowa.
Łączy sieci LAN na większym obszarze. Obecnie prawie
wyłącznie światłowodowa.
3. WAN - Wide Area Network
Rozległa sieć telekomunikacyjna obejmująca kraje lub kontynenty
(np. system rezerwacji lotów)
3. SAN (Storage Area Network) – sieci specjalizowane
(c) Sergiusz Patela 1998-2001
Sieci światłowodowe - wprowadzenie
9
Zasada działania i podstawowe pojęcia
Podstawowymi pojęciami koniecznymi do opisu komunikacji w sieciach i
między sieciami jest protokół (protocol) i warstwa (layer). Inne pojęcia:
ramka, metoda dostępu, kodowanie, współdzielenie (multipleksacja).
Protokół to zbiór reguł określających jak należy przygotować dane do
przesłania, jak nawiązać komunikację, kontrolować przesyłanie
wiadomości itd. Protokoły podlegają standaryzacji.
Opis protokołu - Model odniesienia OSI (Open System Interconnection)
przyjmuje warstwową strukturę protokołów. Dla komputerów
połączonych w sieci "warstwy" komunikują się pomiędzy sobą
(c) Sergiusz Patela 1998-2001
Sieci światłowodowe - wprowadzenie
10
Model odniesienia OSI
Urządzenie 1
Urządzenie 2
7.
Application
7.
Aplikacji
6.
Prezentacji
5.
Sesji
5.
Session
4. Transportowa
4.
Transport
3.
Sieciowa
3.
Network
2. Łącza danych
2.
Data link
1. Warstwa fizyczna
1. Physical layer
(c) Sergiusz Patela 1998-2001
6. Presentation
Sieci światłowodowe - wprowadzenie
11
Model odniesienia OSI - objaśnienia
Warstwa 7 - Aplikacji (zastosowań) - logowanie, poczta elektroniczna,
bazy danych, polecenia systemu operacyjnego
Warstwa 6 - Prezentacji - interpretacja danych, (de)kompresja,
emulacja terminali.
Warstwa 5 - Sesji - połączenie logiczne pomiędzy komputerami
(początek, koniec, synchronizacja). Aplikacje sieciowe korzystają z
usług tej warstwy. Np. NetBIOS ...
Warstwa 4 - Transportowa - przekazywanie danych pomiędzy
połączonymi systemami. Np. TCP/IP
Warstwa 3 - Sieciowa Przekazywanie danych przez sieć (lub sieci) od
nadawcy do adresata. Dane warstw 1-3 przetwarzane są w porcjach
zwanych pakietami
Warstwa 2 - Łącza danych Dane z warstwy 3 przygotowane są do
przesłania w formie ramki. Kontrola niezawodność przesyłanych danych
pomiędzy węzłami sieci. (np. protokoły Ethernet, Token Ring)
Warstwa 1 - Fizyczna. Transmisja danych. Okablowanie, napięcia,
poziomy sygnału, kodowanie, itd.
(c) Sergiusz Patela 1998-2001
Sieci światłowodowe - wprowadzenie
12
Warstwa fizyczna - 1
Ustala się
•Poziomy napięć i mocy optycznych
•przebiegi czasowe (czasy narastania i opadania)
•typ kabla i interfejsu
•zasady potwierdzania odbioru danych przez medium fizyczne
Elementy i podwarstwy:
MDI - Media Independent Interface
PCS - Physical Coding Sublayer
PMA - Physical Medium Attachment
PDM - Physical Medium Dependent
Fizyczne medium sieci opisują np. standardy RS 232, RS 449, Ethernet i inne
(c) Sergiusz Patela 1998-2001
Sieci światłowodowe - wprowadzenie
13
Warstwa łącza danych - 2
Zadania:
• Tworzenie i transmisja ramek
• Korekcja błędów
Podwarstwy
• MAC (Media Access Control) podwarstwa dolna - kontroluje dostęp do
nośnika. Tworzy część adresową nagłówka pakietu w protokołach
komunikacyjnych zawierających adres nadawcy i odbiorcy.
• LLC (Logical Link Control) podwarstwa górna - steruje łączem
logicznym. Określa sposób połączenia między stacjami
(bezpołączeniowe - np. datagramowe, połączeniowe z potwierdzeniami,
bezpołączeniowe z potwierdzeniami - np. automatyka przemysłowa)
(c) Sergiusz Patela 1998-2001
Sieci światłowodowe - wprowadzenie
14
Warstwa sieciowa - 3.
Zadania:
• ustalenie protokołu transmisji pakietów
• ustalenie priorytetów
• kontrola ruchu w sieci
• wybór kanału transmisji
• przełączanie i rutowanie kanałów komunikacyjnych
(c) Sergiusz Patela 1998-2001
Sieci światłowodowe - wprowadzenie
15
Użytkow
nik sieci
Model OSI - przykład
MODEL OSI
(c) Sergiusz Patela 1998-2001
TCP / IP
7
Warstwa aplikacji
Typ komunikacji: E-mail, transfer zbiorów, clientserver
6
Warstwa prezentacji Kodowanie , konversja
danych: ASCII na EBCDIC, BCD na binarne, itd.
5
Warstwa sesji
Rozpoczęcie i zakończenie sesji.
Nadzór i kontrola priorytetów.
4
Warstwa transportowa
Zapewnia dostarczenie całych zbiorów lub
wiadomości.
TCP,
UDP
3
Warstwa sieciowa
Routing do różnych sieci LAN i WANs, na podstawie
adresu sieciowego.
IP (ICMP,
ARP,
RARP)
2
Warstwa łącza danych
Adres MAC. Transmisja pakietów od węzła do węzła
na podstawie adresu MAC.
1
Warstwa Fizychna
Sygnały elektryczne, optyczne i okablowanie.
Sieci światłowodowe - wprowadzenie
FTP,
SMTP,
DNS,
Telnet
16
Technologie sieci LAN
1. Ethernet (IEEE 802.3)
2. Token Ring (IEEE 802.5)
3. FDDI (Ansi X3T12,
ISO-IEC 9314)
4. Fibre Channel,
ATM...
(c) Sergiusz Patela 1998-2001
Sieci światłowodowe - wprowadzenie
17
Technologie sieci
Technologia sieci: zespół czynników takich jak protokół, standard,
nośnik czy topologia, definiujących realizowany system transmisji.
Technologie sieciowe podlegają ciągłej ewolucji.
Typ sieci
Technologia
WAN
SONET- SDH, PDH
MAN
FDDI
LAN
Ethernet, TokenRing
SAN
Fibre Channel
Local Optical Bus
MOST, 1394
(c) Sergiusz Patela 1998-2001
Sieci światłowodowe - wprowadzenie
18
Kodowanie sygnału
Kodowanie sygnału ma zadanie zwiększyć odporność transmisji na szum.
Przakłady:
FDDI stosuje kodowanie 4b/5b NRZI (Non-Return to Zero Invert on ones) o
szybkości modulacji 125 Mb/s (bodów) dla osiągnięcia szybkości transmisji
danych100 Mb/s.
Ethernet stosuje kodowanie Manchester o szybkości modulacji 20 Mb/s (bodów) dla
osiągnięcia szybkości transmisji danych 10 Mb/s.
Clock
time
High
Low
0
0
0
1
0
0
1
1
0
1
1
1
NRZ - used by PC
Binary 1 = high
Binary 0 = low
NRZ - used in combination with 4b/5b by FDDI
Binary 1 = transition
Binary 0 = no transition
Manchester - used by Ethernet
Binary 1 = high to low transition
Binary 0 = low to high transition
(c) Sergiusz Patela 1998-2001
Sieci światłowodowe - wprowadzenie
19
Współdzielenie medium transmisji
TDM (TDMA) Komutacja czasowa lub zwielokrotnianie z podziałem.
czasowym. metoda przełączania kanałów komunikacyjnych, w której
wykorzystuje się przegródki czasu (slot) do przenoszenia porcji informacji.
FDM (FDMA) Komutacja częstotliwościowa. Często FDM stosowane jest w
połączeniu z TDM
CDMA Komutacja kodowa. Umożliwia transmisję wielu wielu sygnałów na
jednej częstotliwości i w jednej szczelinie czasowej. Wykorzystuje technikę
spektrum rozproszonego (spread spectrum).
λ-switching – Wykorzystanie techniki WDM (wiele długości fali
optycznych) w sieci łączności. Sterowanie ruchem za pomocą protokołów
klasy MPLS
(c) Sergiusz Patela 1998-2001
Sieci światłowodowe - wprowadzenie
20
Kontrola dostępu do medium
Jeżeli łączymy dwa komputery (węzły, stacje) mamy do czynienia z
protokołem klasy punkt-punkt (point to point)
Jeżeli łączy się więcej niż dwa komputery:
CSMA/CD - Carrier sense multiple access with collision detection
CSMA/CA - Carrier sense multiple access with collision avoidance
(c) Sergiusz Patela 1998-2001
Sieci światłowodowe - wprowadzenie
21
Topologie sieci
Tx
Rx
Tx
Star
coupler
Tx
Rx
Tx
Rx
Rx
szyna (magistrala)
gwiazda
Tx
Tx
Tx
Tx
Rx
Rx
Rx
Rx
drzewo
(c) Sergiusz Patela 1998-2001
Sieci światłowodowe - wprowadzenie
22
Światłowodowa sieć pasywna (PON)
Unicast
Multicast
Stacja
robocza
(c) Sergiusz Patela 1998-2001
Rozgałęziacz
pasywny
Sieci światłowodowe - wprowadzenie
23
Sieci światłowodowe - zalecenia konfiguracji
elementów optoelektroniki (1)
Zastosowanie
10BaseF
Baud
Rate
Mbaud
20
Poziome
< 100 M
Media TX
MM
S
Budynek
< 300 m
Media TX
MM
S
Campus
< 2,000 m
Media TX
MM
S
Token Ring
32
MM
S
MM
S
MM
S
100VGAnyLAN
100BaseF
120
MM
S
MM
S
MM
LE
125
MM
S
MM
S
MM
LE
1000Base-SX
1250
MM
SL
MM
SL
1000Base-LX
1250
MM
LL
MM
LL
SM
LL
FDDI
125
S
MM
S
MM
LE
MM
S – 850nm LED, SL – 850nm LD, LE – 1300nm LED; LL – 1300nm LD
By Fiber Optics LAN Section (FOLS) of the Telecommunications Industry Association (TIA)
(c) Sergiusz Patela 1998-2001
Sieci światłowodowe - wprowadzenie
24
Sieci światłowodowe - zalecenia konfiguracji
elementów optoelektroniki (2)
Baud
Rate
Mbaud
Poziome
< 100 M
Media TX
Budynek
< 300 m
Media TX
Campus
< 2,000 m
Media TX
Fibre
Channel
133
266
532
1062
MM
S
MM SL/LE
MM SL/LE
MM
SL
MM
S
MM SL/LE
MM SL/LE
MM
SL
MM
SM
SM
SM
SDH/Sonet/A
TM
52
155
622
1244
2488
MM
S
MM SL/LE
MM SL/LE
MM
SL
MM
SL
MM
S
MM SL/LE
MM SL/LE
MM
SL
MM
SL
MM
LE
MM SL/LE
SM
LL
SM
LL
SM
LL
Zastosowanie
LE
LL
LL
LL
S – 850nm LED, SL – 850nm LD, LE – 1300nm LED; LL – 1300nm LD
By Fiber Optics LAN Section (FOLS) of the Telecommunications Industry Association (TIA)
(c) Sergiusz Patela 1998-2001
Sieci światłowodowe - wprowadzenie
25
Przykład projektu sieci - Ethernet
Rysunek zaprezentowany przez jednego z wynalazców sieci Ethernet, dra Roberta
M. Metcalfa (czerwiec 1976, National Computer Conference)
(c) Sergiusz Patela 1998-2001
Sieci światłowodowe - wprowadzenie
26