SYSTEMY I SIECI TELEKOMUNIKACYJNE Krzysztof Wajda Systemy i sieci telekomunikacyjne

Transkrypt

SYSTEMY I SIECI
TELEKOMUNIKACYJNE
Krzysztof Wajda
Systemy i sieci telekomunikacyjne
1
Integracja sieci
Rozwój koncepcji sieci
szerokopasmowej
Krzysztof Wajda
2
Plan (KT)
• Ewolucja systemów telekomunikacyjnych
w kierunku sieci szerokopasmowych
• N-ISDN
• Podstawowe informacje o standardzie ATM
• Rozwój sieci IP
• MPLS
• GMPLS
• Perspektywy rozwoju sieci szerokopasmowych
Krzysztof Wajda
3
Literatura
• Dokumenty standaryzacyjne ATM Forum
• Rekomendacje ITU
• D. Ginsburg, „ATM. Solutions for enterprise
networking”, Addison-Wesley, 1999
• K. Nowicki, J. Woźniak, „Sieci LAN, MAN,
WAN”, Wydawnictwo Fundacji Postępu
Telekomunikacji
• Materiały wykładowe:
http://kt.agh.edu.pl/~wajda/students/
• Artykuły z IEEE Communication Magazine
Krzysztof Wajda
4
Zakres wykładu
Podstawowe koncepcje sieciowe (szkieletowe,
„core”):
• ATM
• MPLS
• GMPLS
+ podstawowe aspekty realizacji usług
Krzysztof Wajda
5
System telekomunikacyjny
Urządzenia
użytkownika
CPE
Łącza
lokalne
Local
Loop
Systemy
komutacyjne
Switching
Systems
Systemy
komutacyjne
Switching
Systems
Systemy
transmisyjne
Interoffice
Trunks
sieć
abonencka
Łącza
lokalne
Local
Loop
systemy komutacji
międzymiastowej
System
nośny
system
satelitarny
centrala
lokalna
PBX
centrala
tandem.
centrala
tandem.
centrala
lokalna
system
mikrofalowy
modem
łącza
międzycentralowe
FAX
modem
system światłowodowy
centrala
lokalna
linia dzierżawiona
Multiplexer
modem
Local
Area
Network
modem lub inny system transmisyjny
gateway
Krzysztof Wajda
6
System telekomunikacyjny
Urządzenia
użytkownika
CPE
Łącza
lokalne
Local
Loop
Systemy
komutacyjne
Switching
Systems
Systemy
komutacyjne
Switching
Systems
Systemy
transmisyjne
Interoffice
Trunks
sieć
abonencka
Łącza
lokalne
Local
Loop
systemy komutacji
międzymiastowej
System
nośny
system
satelitarny
PBX
modem
sieć dostępowa
FAX
modem
centrala
lokalna
centrala
tandem.
centrala
tandem.
centrala
lokalna
system
mikrofalowy
obszar
telełącza
przełączania
transmisja
międzycentralowe system
światłowodowy
centrala
lokalna
linia dzierżawiona
Multiplexer
modem
Local
Area
Network
modem lub inny system transmisyjny
gateway
Krzysztof Wajda
7
Usługi telekomunikacyjne
Broadband ISDN
ISDN
EDI (Electronic Data
Interchange)
packet switching
DATA
transmisja
danych
electronic mail
circuits switching
telemetry
telex
telegrafia
teletex
teleshoppping
videotex
color facsimile
mobile facsimile
Voice Conferencing
Voice-to-text
Text-to-voice
Satellite Communication Voice Storage
Hifi Telephony
Stereo Sound
CD-quality Music
facsimile
telefonia
Radio
Television
Color Television
grafika
GRAPHICS
usługi
VOICE głosowe
AUDIO
dźwięk
Videotelephony
High Definition TV
Videoconferencing
Cable TV
Satellite News Gathering
Stereo Television
Video on Demend
mobile telephony
celular telephony digital mobile telephony
paging systems
alphanumeric paging
nationwide paging systems
global paging systems
wireless digital telephony
mobile data transmission
wideo
VIDEO
MOBILE
SERVICES
usługi
mobilne
1850 1880 1920 1930 1960 1970 1980 1990 2000
Krzysztof Wajda
8
Zasoby dyskowe i sieciowe - trendy
Source: http://www.mkomo.com/cost-per-gigabyte
Koszty pamięci maleją szybciej
niż koszty sieciowe (Gbit/s)
Krzysztof Wajda
9
Dystrybucja ruchu (godz.szczytu) w Europie
Dostęp
przewodowy
Krzysztof Wajda
Dostęp mobilny
Systemy
i sieci
telekomunikacyjne
*Sandvine,
“Global
Internet Phenomena Report: 1H 2014”
10
Użytkownicy
Top 10 aplikacji w Europie
przewodowi
Krzysztof Wajda
Użytkownicy
mobilni*Sandvine, “Global Internet Phenomena Report: 1H 2014”
11
Podstawowe trendy
Dążenie do stosowania docelowo tylko
jednej sieci,
usługi multimedialne,
usługi “inteligentne”,
duża przepływność do użytkownika
końcowego,
ochrona istniejących inwestycji,
„softwarization” (SDN/NFV).
Krzysztof Wajda
12
Komutacja kanałów i komutacja pakietów (1)
Komutacja kanałów
• połączenie jest identyfikowane przy pomocy
indeksu pozycji kanału w ramce
• transfer informacji jest poprzedzony fazą
zestawiania połączenia (realizowany przez
sygnalizację)
• istnieje potrzeba synchronizacji strumienia danych
ze źrodła w ramce czasowej
Komutacja pakietów
• połączenie jest identyfikowane przez etykietę
(label)
• generowanie i wysylanie komórek przez źródla jest
niezależne od sieci (stąd nazwa Asynchronous
Transfer Mode)
Krzysztof Wajda
13
TDM vs multipleksacja etykietowana
multipleksacja etykietowana
pakiet ATM
ATM
pole informacyjne
nagłówek
multipleksacja z podziałem czasu
początek ramki
szczelina czasowa
pole informacyjne
TDM
kanał 1
Krzysztof Wajda
kanał 2
kanał 3
kanał n
14
Komutacja kanałów i komutacja pakietów (2)
Komutacja kanałów
zalety: transparentność sieci, niezależność od protokołów,
nie wystepuje jitter
wady: brak możliwości dostosowania wielkości
wykorzystanego pasma do intensywności przenoszenia
informacji
Komutacja pakietów
zalety: realizowana optymalizacja wykorzystania zasobów
łączy, pasmo dostępne “na żądanie”, technika dostosowana
do ruchu “porowatego” (bursty)
wady: silna zależność od stosowanych protokołów, zmienne
i mało przewidywalne opóźnienie transmisji pakietów
technika ATM implementuje pozytywne cechy
obu technik
Krzysztof Wajda
15
N-ISDN
Informacje podstawowe
Krzysztof Wajda
16
... początek
Alexander Graham Bell (1876)
Krzysztof Wajda
17
ISDN - wąskopasmowa cyfrowa sieć
zorientowana usługowo
ISDN - Integrated Services Digital Network
interfejsy - dostęp:
– podstawowy (BRA - Basic Rate Access): dwa
–
Krzysztof Wajda
kanały B po 64 kbit/s plus kanał D 16 kbit/s
pierwotny (PRA - Primary Rate Access): 30
kanałów B po 64 kbit/s plus sygnalizacyjny kanał
pakietowy D 64 kbit/s plus szczelina nr 0
(niedostępna dla abonenta)
18
ISDN - oferowane usługi
Usługi przenoszenia (bearer services),
zwane także bazowymi,
teleusługi (teleservices)
Krzysztof Wajda
19
ISDN - usługi bazowe
Mowa: przenoszenie cyfrowego sygnału
fonicznego kodowanego zgodnie z G.711,
możliwość korzystania z konwerterów A/µ,
tłumików echa, układów (odcinków analogowych),
3,1kHz, akustyczne: rozszerzony typ sygnału
względem usługi mowy (modemy, telefaksy grupy
1,2 i 3 oraz typowe połączenia telefoniczne)
64 kbit/s, nieograniczone:w pełni przezroczysty
kanał cyfrowy PCM, bez modyfikacji pomiędzy
nadawcą a odbiorcą
Krzysztof Wajda
20
ISDN - teleusługi (1)
telefonia - przenoszenie sygnału akustycznego
zakodowanego cyfrowo
teleteks - transmisja tekstu
telefaks - transmisja tekstu i grafiki po analizie
kolejnych punktów obrazu
wideoteks - podobnie jak teleteks ale obraz jest
prezentowany na ekranie monitora
poczta elektroniczna - umieszczenie informacji
w postaci tekstu, mowy lub grafiki w systemie
sieciowym („skrzynka elektroniczna”)
transmisja danych - realizacja połączeń pomiędzy
komputerami lub sieciami (także dostęp do sieci)
Krzysztof Wajda
21
ISDN - teleusługi (2)
wideofonia - jednoczesna transmisja fonii i obrazu
telewizja - transmisja cyfrowego sygnału telewizyjnego
teleakcja - przekazywanie krótkich komunikatów,
nie wymagających dużego pasma
telealarm - przekazywanie informacji o alarmie
z czujników abonenta
telealert - podobnie jak telealarm ale w kierunku
od centrum do abonenta
telekomenda - usługa zdalnego sterowania
urządzeniami zainstalowanymi u abonenta
telemetria - zdalne odczytywanie liczników i mierników
Krzysztof Wajda
22
ATM
Krzysztof Wajda
23
Krzysztof Wajda
24
ATM
Krzysztof Wajda
25
Podstawowe cechy ATM (motywacja)
• przenoszenie informacji w krótkich pakietach
(komórkach)
• tryb połączeniowy – stosowanie kanałów
wirtualnych
• stosowanie wersji multipleksacji zwanej
„asynchronous time division multiplexing”
• rozbudowane metody wspierania QoS
Krzysztof Wajda
26
Protoplaści ATM
Circuits
Switching
BERKOM
Germany
Packet
Switching
1980
ATD
FPS
Asynchronous Time Division
France - CNET
AT&T
Bellcore
IBM
High Speed Data
Voice
Television
Voice
Television
stałe kanały
krótkie, stałe pakiety
STM
Synchronous
Transfer Mode
Fast Packet Switching
pakiety zmiennej długości
ATM
Asynchronous
Transfer Mode
1985
1989
era 53 bajtów
?
Krzysztof Wajda
27
Dlaczego stosować krótkie pakiety?
Wiadomość o długości
100
10
0 bajtów
bajtów
45 Mbit/s
Mbit/s
999 innych połączeń
•
•
•
Duży narzut nagłówka komórki
12
10
Maks.
Maks. 8
opóźnienie 6
4
(ms)
2
0
Oczekiw
Oczeki
wanie na inne komórki
Opóźnienie i
zmienność opóźnienia
niewielkie dla krótkich
wiadomości, np.
próbek głosowych
wiadomość w jednej komórce -
1
50
100
150
200
250
300
Payload (B
(B)
Krzysztof Wajda
28
Dlaczego wybrano rozmiar 53 bajtów ?
64 + 5
32 + 4
48 + 5
Krzysztof Wajda
29
ATM (Asynchronous Transfer Mode)
• powszechnie akceptowana uniwersalna technika
telekomunikacyjna dla sieci szerokopasmowej
• informacja jest przesyłana w postaci krótkich pakietów
(53 bajty) w trybie połączeniowym (tworzony jest
kanał wirtualny)
• pierwsza i podstawowa technika telekomunikacyjna
dla sieci szerokopasmowej
• intensywnie standaryzowana od 1989 roku
• aktualnie istniejące liczne instalacje
• opracowane standardy umożliwiają realizację
powszechnej sieci ATM (technika ATM w każdym
obszarze sieci)
Krzysztof Wajda
30
Aspekty jakościowe stosowania sieci ATM
1) W sieci ATM jest możliwe specyfikowanie różnych
jakości obsługi w warstwie pakietowej - QOS
• parametr straty pakietu: CLR - Cell Loss Ratio
• parametry czasowe:
CTD - Cell Transfer Delay
CDV - Cell Delay Variation
2) Kanał wirtualny jest określony przy pomocy
następujących parametrów:
PCR - Peak Cell Rate
SCR - Sustainable Cell Rate
parametry warstwy “burst”
Krzysztof Wajda
31
Klasy usług w sieci ATM
CBR - Constant Bit Rate - emulacja kanału
VBR - Variable Bit Rate - usługi wideo, audio
z kompresją
ABR - Available Bit Rate - usługi dopuszczające
zmiany dostępnego pasma
UBR - Unspecified Bit Rate - podobnie jak ABR
ale o niższej jakości z powodu usuwania
nadmiarowych komórek z sieci
GFR – Guaranteed Frame Rate, gwarancje
jakościowe na poziomie komórki i ramki
Krzysztof Wajda
32
ATM - warstwowa struktura sieci ATM
komputery
sieci LAN
obszar dostępu
sieć szkieletowa
(backbone)
komutator
ATM
Token
Ring
komutator
dostępu
karta ATM
(access
ATM switch)
FDDI
kamera
wideo
adapter
sieciowy
Ethernet
Krzysztof Wajda
33
ATM w sieciach LAN
• Początkowo największa nadzieja na szerokie zastosowanie ATM
• Sieć ATM jako realizująca usługi w trybie połączeniowym musi
mieć zaimplementowane specjalne mechanizmy pozwalające
na pracę w trybie bezpołączeniowym (np. emulacja sieci LAN
LANE - LAN Emulation)
• Protokół LANE zapewniał dostęp do sieci ATM
z poziomu takich popularnych protokołów jak IP, Appletalk,
NetBIOS czy APPN
• Usługa typu best effort w sieci LAN jest dobrze odzwierciedlona
w usłudzie typu ABR (Available Bit Rate) w sieci ATM
Krzysztof Wajda
34
ATM w Europie
Instalacje pilotowe istnieją we wszystkich krajach Europy
Zachodniej od 1993 roku
komercyjne usługi ATM dostępne w początkowo w Finlandii,
Niemczech i Francji (1995)
Wyniki ankiety ATM Forum przeprowadzonej w 1995 roku
wśród 350 znaczących firm europejskich:
30 % decydentów wykazywało brak znajomości techniki ATM
80 % deklarowało zainstalowanie ATMu najpóźniej w 1996 roku
Kraje o najwyższej świadomości w dziedzinie ATMu: Dania
i Holandia (ponad 85% )
Najbardziej zainteresowany sektor: wydawnictwa, drukarnie,
przemysł lotniczy i kosmiczny
Najbardziej popularne zastosowanie ATM: LAN interconnection
Krzysztof Wajda
35
Technika ATM w świecie
• dynamiczny rozwój w USA
• “hermetyczny” rozwój w Japonii
• “stateczny” rozwój w Europie
• około 80 producentów sprzętu ATM w 1996 roku,
obecnie tylko kilku znaczących
• historia rynku przełączników sieci
szkieletowej:
Europa: 13 (1994), 47 (1995), 155 (1996), 5220
(2000)
USA: 88 (1994), 326 (1995), 991 (1996), 17600
(2000)
Krzysztof Wajda
36
Osiągnięcia
Co zostało zrobione:
• Specyfikacja architektury protokołu i formatu komórki,
• definicja zbioru kategorii ruchowych,
• definicja podstawowego zestawu usług
szerokopasmowych i ich mapowanie na ATM,
• określenie standardu ATM jako techniki transportowej
i zasad jego współpracy z technologiami łącza
fizycznego (PON, ADSL, VDSL, FITL, HFC),
• promocja standardu i jego implementacja w sprzęcie,
• dopasowanie ATMu do większości zastosowań
sieciowych,
Krzysztof Wajda
37
Podsumowanie
Technika ATM NIE jest obecnie traktowana jako
docelowa technika dla sieci szerokopasmowej
- komplet przygotowanych standardów.
Sprzęt ATM jest dość powszechnie stosowany i wciąż
instalowany i jest to związane z:
•rozpowszechnieniem usług wymagających
dużych przepływności,
• rozsądną (chociaż wysoką) ceną sprzętu i nowych
instalacji (relacja cena/QoS jest wciąż atrakcyjna).
• dostępne prognozy sugerują stosowanie ATM w
sieciach operatorskich przez następne 5 lat
Krzysztof Wajda
38
Co dalej?
Do niedawna uważano, że przyszłościowym
rozwiązaniem będzie wspólne zastosowanie
techniki ATM i sieci SDH w każdym obszarze
sieci.
Obserwujemy dynamiczny rozwój systemów
WDM i DWDM - i w konsekwencji łatwy dostęp
do znacznie większych przepustowości.
Renesans koncepcji sieci IP - w wersji z QoS.
Rozwój MPLS (Multiprotocol Label Switching)
– następcy ATM.
Krzysztof Wajda
39
ATM Forum
Krzysztof Wajda
40
Plan wykładu
• Organizacje standaryzacyjne normujące
technikę ATM
• Rola ATM Forum
• Terminale
• Podstawowe koncepcje, architektura
protokołu
• Kanał wirtualny
• Ścieżka wirtualna
Krzysztof Wajda
41
Normalizacja w zakresie sieci ATM
ITU-T - ogólne aspekty sieci szerokopasmowych, aspekty
administracyjne, definicja usług,
ATM Forum - wszystkie aspekty techniki ATM i definicja
usług
ETSI - ogólna architektura, specyfikacja styków
szerokopasmowych, standard dostępu (np. VDSL),
DAVIC (Digital Audio-Video Council) - multimedialne usługi
szerokopasmowe,
FSAN (Full Services Access Network) - zdefiniowanie
wymagań na sieć dostępową opartą o ATM,
ADSL-Forum - technika transportu,
IETF - Internet Engineering Task Force - aspekty współpracy
IP/ATM
Krzysztof Wajda
42
ATM Forum
Organizacja producentów i użytkowników
sprzętu ATM
utworzona w 1991 roku przez CISCO,
NET/Adaptive, Northern Telecom i US Sprint,
W okresienajwiększej aktywności zrzeszało
1000 instytucji,
cele: definiowanie standardów przemysłowych
dla techniki ATM
ATM Forum faktycznie przejęło inicjatywę
standaryzacyjną w zakresie ATMu,
ściśle współpracuje z ITU-T, IETF, ADSL Forum,
Frame Relay Forum itp. w celu zapewnienia
zgodności standardów.
Środowisko Openstack:
w latach 2010-14 (lipiec)
Rozwój do 374 jednostek
Krzysztof Wajda
43
Anchorage Accord
kwiecień 1996
odpowiedź na krytykę niestabilności standardu ATM
deklaruje stan dojrzałości techniki ATM
specyfikacje:
• podstawowa (foundation) - niezmienna przez 18
miesięcy, np. UNI, PNNI, B-ICI, TM, interfejsy
fizyczne
• rozszerzona (extended feature) - oparta na
specyfikacji podstawowej
Rezultat:
203 podstawowe dokumenty standaryzacyjne
Krzysztof Wajda
44
Wnioski i dalsze zamierzenia
2005 –
Połączenie ATM Forum z MPLS Forum i Frame
Relay Forum
Powstało MFA Forum
Krzysztof Wajda
45
Terminale
typy, opis procesu generacji ruchu
Krzysztof Wajda
46
Nowoczesna usługa szerokopasmowa
Wymaganie na pasmo do pojedynczego
abonenta powyżej 2 Mbit/s usługa:
• niesymetryczna,
• interaktywna,
• mutlimedialna
Krzysztof Wajda
47
Cechy usług szerokopasmowych (1)
Usługi wymagające transmisji w jednym lub w dwu
kierunkach (unidirectional or bidirectional services),
dla których kanał zwrotnej transmisji może być
wymagany lub nie;
usługi typu symetrycznego lub niesymetrycznego
(symmetric or asymmetric services);
usługi wąsko- i szerokopasmowe (narrowband and
broadband services);
usługi o stałej i zmiennej szybkości strumienia bitów
(Constant Bit Rate - CBR - and Variable Bit Rate VBR);
Krzysztof Wajda
48
Cechy usług szerokopasmowych (1)
Usługi zorientowane na połączenie
i bezpołączeniowe (Connection-oriented - CO - and
Connectionless - CL - services);
usługi topologicznie dedykowane (międzypunktowe)
lub typu rozgłoszeniowego (point-to-point and pointto-multipoint services);
usługi mobilne lub niemobilne (mobile and nonmobile services);
usługi wymagające przetwarzania danych wewnątrz
sieci (services with data processing).
Krzysztof Wajda
49
Parametry opisujące zgłoszenie
Wybrane parametry muszą spełniać następujące
warunki:
mieć istotny wpływ na opis działania multipleksera jako podstawowego elementu funkcjonalnego ATM,
muszą być użyteczne zarówno dla sterowania
przyjęciem zgłoszenia w czasie rzeczywistym jak
również w procesie wymiarowania sieci,
łatwość do przewidzenia jak również kontroli (czyli
zarówno dla CAC jak i UPC).
Krzysztof Wajda
50
Parametry opisujące zgłoszenie
Chwilowy ruch generowany przez aktywne
zgłoszenie może być reprezentowane przy
pomocy obwiedni “ON-OFF”, tzn.:
– maksymalnej szybkości transmisji źródła Ri,
– średniej szybkości transmisji źródła Ai,
lub przy pomocy obwiedni typu normalnego
(gaussowskiego), tzn.:
– średniej szybkości transmisji źródła Ai,
– odchylenia standardowego szybkości transmisji
źródła σi.
W praktyce przyjęto zbiór parametrów związany z
modelem ON-OFF
Krzysztof Wajda
51
Klasyfikacja źródeł ruchu
Źródła typu ON-OFF, dla których
charakterystyczne jest naprzemienne
występowanie okresów aktywności i “ciszy”,
źródła o zmiennej szybkości generowania
danych (VBR- Variable Bit Rate), dla których
proces wyjściowy jest skomplikowany i trudny do
dokładnego modelowania,
źródła o stałej szybkości generowania danych
(CBR - Constant Bit Rate), proste do opisu oraz
nie dające wielkiego zysku z multipleksacji
statystycznej.
Krzysztof Wajda
52
Reprezentacja strumienia ruchu
poziom zgłoszeń
odstęp między
zgłoszeniami
zgłoszenie
poziom „bursts”
„burst”
„cisza”
poziom pakietów
pakiety
odstęp między
pakietami
czas trwania
pakietów
Krzysztof Wajda
53
ATM – podstawy
VC, VP
Krzysztof Wajda
54
Podstawowe pojęcia techniki ATM
kanał wirtualny
ścieżka wirtualna
multipleksacja statystyczna
QoS, GoS, ich wzajemne zależności
Krzysztof Wajda
55
Punkty odniesienia w B-ISDN
B-TE1
SB
B-NT2
TB
B-NT1
UB
Pętla abonencka
TE2 /
B-TE2
Krzysztof Wajda
R
B-TA
SB
TA - adapter terminala (Terminal Adaptor)
TE - terminal (Terminal Equipment)
NT - zakończenie sieci (Network Termination)
56
Koncepcja kanału wirtualnego
Kanał wirtualny: ciąg łączy i węzłów
46
VCL 46
567
33
75
VCL 75
VCL 567
VCL 41
41
46
VCL 33
567
33
VCL - Virtual Channel Link
- User End System
- Network Node
Krzysztof Wajda
57
Virtual channel set-up
Virtual channel: sequence of links and nodes
46
VCL 46
567
33
75
VCL 75
VCL 567
VCL 41
41
46
VCL 33
567
33
VCL - Virtual Channel Link
- User End System
- Network Node
Krzysztof Wajda
58
Koncepcja ścieżki wirtualnej
(36,338)
VPC 36, VCL 338
(0,75)
VCL 75
VCL 41
(0,41)
(36,338)
VPC
- Virtual Path Connection
VCL
- Virtual Channel Link
- User End System
- Network Node
Krzysztof Wajda
59
Łącze fizyczne, kanały wirtualne,
ścieżki wirtualne
VC
VP
VC
VP
VC
VP
Krzysztof Wajda
Łącze ATM
(medium transmisyjne)
VP
VC
VP
VC
VP
VC
60
Topologie logiczne ścieżek wirtualnych
tworzone w sieci o prostej strukturze fizycznej
(a) VP na łącze
(b) VP typu end-to-end
(c) VP na łącze i dla usługi
(d) VP dla usługi i typu end-to-end
Krzysztof Wajda
61
Transformacja struktury fizycznej w logiczną
dzięki zastosowaniu ścieżek wirtualnych
VP typu end-to-end
Krzysztof Wajda
62
Struktura sterowania ruchem
pojemności łączy
i komutatorów
zarządzanie
poziom sieci
przydział pasma
scieżkom wirtualnym
parametry
ścieżki
zgłoszenia
obciążenie
ścieżek
poziom zgłoszeñ
przydział pasma zgłoszeniom
parametry
zgłoszeñ
bieżący ruch
informacja
o natłoku
poziom pakietów
egzekwowanie pasma zgłoszeń
(i ścieżek) POLICING
Krzysztof Wajda
63
Zastosowanie ścieżek wirtualnych:
• upraszcza zarządzanie siecią,
• umożliwia realizację różnych wymagań
jakościowych w oparciu o te same
zasoby sieciowe,
• upraszcza realizację dostępu do sieci,
• upraszcza realizację doboru trasy
(choć może być w związku z tym
nieefektywne).
Krzysztof Wajda
64
Komutator typu VP oraz VC/VP
Komutator VC
(VC Switch)
VCI 1
VCI 2
VCI 3
VCI 4
Punkt koñcowy
VPC
VPI 1'
VPI 3'
VCI 1
VPI 2'
VPI 2
VCI 4
VPI 3
VCI 3
VPI 1
VCI 2
VCI 1
VCI 1
VPI 4
VPI 5
VCI 2
VCI 2
Komutator VP
(VP Switch)
VCI 3
VCI 1
VPI 1
VPI 4
VCI 4
VCI 2
VCI 3
VCI 5
VPI 2
VPI 5
VCI 4
VCI 4
VCI 5
VCI 1
VPI 6
VPI 3
VCI 2
VCI 4
Komutator VP
(VP Switch)
Krzysztof Wajda
65
ATM
budowa pakietu, architektura protokołu
Krzysztof Wajda
66
Plan
• Budowa pakietu (komórki)
• Architektura protokołu ATM
• Funkcje realizowane w poszczególnych
warstwach protokołu ATM
Krzysztof Wajda
67
Pakiet w standardzie ATM
Długość pakietu ATM (komórki) jest kompromisem
pomiędzy następującymi przeciwstawnymi
czynnikami:
–
–
–
–
–
Krzysztof Wajda
specyficznymi potrzebami aplikacji (usług), np.
charakterystyczna długość ramki,
opóźnieniem pakietyzacji,
wielkością nagłówka niezbędnego z powodów
transmisyjnych (priorytety, adresowanie),
narzutem związanym z zabezpieczeniem nagłówka,
stopniem skomplikowania realizacji sprzętowej
(hardware).
68
Ogólny format pakietu
Bity
8
7
6
5
4
3
2
1
Nagłówek
5 oktetów
Pole informacyjne
48 oktetów
1
..
..
5
6
..
..
..
Pakiet
53 oktety
53
Krzysztof Wajda
69
Format pakietu ATM
UNI
NNI
GFC
VPI
Octet 0
VPI
VCI
Octet 1
Header
VCI
VPI
VCI
VCI
Octet 2
PT
VCI
VPI
HEC
CLP
Octet 3
PT
VCI
Octet 4
CLP
HEC
Octet 5
Information
field
(48 octets)
(48 octets)
Octet 52
GFC:
VPI:
VCI:
PTI:
CLP:
HEC:
Krzysztof Wajda
Generic Flow Control
Virtual Path Identifier
Virtual Channel Identifier
Payload Type Identifier
Cell Loss Priority
Header Error Control
4-0 bits
8-12 bits
16 bits
3 bits
1 bit
8 bits
70
Budowa pakietu (1)
Pole GFC (Generic Flow Control) - 4 bity,
występuje tylko w interfejsie UNI, bez ściśle
sprecyzowanej roli,
Pole VCI (Virtual Channel Identifier) - 16 bitów
(możliwe utworzenie 65536 kanałów wirtualnych
w każdej ścieżce wirtualnej),
Pole VPI (Virtual Path Identifier) - w styku UNI 8
bitów, w styku NNI 12 bitów (4096 ścieżek),
Pole PT (Payload Type) - określa typ komórki,
Krzysztof Wajda
71
Budowa pakietu (2)
Pole CLP (Cell Loss Priority) - określa priorytet
pakietu; gdy CLP=1 pakiet może być usunięty
w sytuacji natłoku,
Pole HEC (Header Error Control) - użyte w celu
wykrywania błędów transmisji,
Pole informacyjne - 48 bajtów przeznaczone do
przenoszenia informacji użytkownika, zawiera
także informację sterującą warstwy AAL.
Krzysztof Wajda
72
Predefiniowane VPI/VCI
Funkcja
VPI
VCI
Unassigned and idle
0
0
Meta-signalling
0
1
F4 flow (segment data)
X
3
F4 flow (end to end data)
X
4
Signalling
0
5
SMDS
0
15
ILMI
0
16
X – F4 flow ma taką samą wartość jak VPC użytkownika
Krzysztof Wajda
73
Architektura protokołu
Budowa warstwowa:
warstwa adaptacji ATM (ATM Adaptation Layer),
warstwa ATM (ATM layer),
warstwa fizyczna (Physical layer).
Krzysztof Wajda
74
Architektura protokołu (2)
Uproszczenie budowy w stosunku do
tradycyjnego modelu OSI/ISO
model trójwymiarowy zamiast dwuwymiarowego
(dla ISDN) lub jednowymiarowego (tradycyjne
sieci pakietowe),
Trzy warstwy dla ATM równoważne 2 warstwom
dla klasycznych sieci pakietowych
Krzysztof Wajda
75
Architektura protokołu
Management plane
Control Plane
Higher Layers
User Plane
Higher Layers
ATM Adaptation Layer
ATM Layer
L
a
y
e
r
M
a
n
a
g
e
m
e
n
t
P
l
a
n
e
M
a
n
a
g
e
m
e
n
t
Physical Layer
Krzysztof Wajda
76
Funkcje warstw w protokole ATM
Funkcje wyższych warstw
Z
a
r
z
ą
d
z
a
n
i
e
w
a
r
s
t
w
a
m
i
Podwarstwa zbieżności
C
S
Podwarstwa segmentacji i składania
S
A
R
Generic flow control
Generacja i wydzielanie nagłówka
Translacja pól VCI/VPI
Multipleksacja i demultipleksacja pakietów
Dopasowywanie szybkości transmisji pakietów
Generacja i weryfikacja nagłówka pakietu
Wydzielanie pakietów ze strumienia bitów
Adaptacja ramki transmisyjnej
Generacja i odtwarzanie ramki transmisyjnej
A
A
L
A
T
M
T
C
Realizacja podstawy czasu
Funkcja łącza fizycznego
Krzysztof Wajda
Wyższe warstwy
P
M
W
a
r
s
t
w
a
f
i
z
y
c
z
n
a
77
Warstwa AAL
Krzysztof Wajda
78
Plan
• Rola warstwy AAL
• Klasy usług
• Podwarstwa zbieżności (CS)
• Podwarstwa segmentacji i składania (SAR)
• Wersje AAL1 – AAL5
Krzysztof Wajda
79
Warstwa AAL
Stanowi warstwę pośrednią pomiędzy warstwami
wyższymi protokołu ATM a warstwą ATM,
realizuje takie funkcje jak: wykrywanie i reakcja
na błędy transmisji, rozpoznawanie zagubionych
lub niesekwencyjnych pakietów, sterowanie
przepływem, kontrola podstawy czasu
w systemie.
Krzysztof Wajda
80
Klasy usług
Klasa A
Klasa B
wymagana
Synchroniza
cja mi ędzy
terminalami
Szybko ść sta ła
bitowa
Klasa C
Nie wymagana
zmienna
Tryb
po łączeniowy
po łączenia
Typ AAL
Krzysztof Wajda
1
2
Klasa D
bezpo łącze
niowy
3/4 i 5
typ 5
81
Funkcje podwarstwy CS
Dopasowanie wielkości i cech jednostek danych
aplikacji do sposobu ich przenoszenia w sieci ATM,
Korekcja błędów,
Realizacja synchronizacji.
Krzysztof Wajda
82
Funkcje podwarstwy SAR
Transformacja jednostek PDU wyższych warstw
(aplikacji) na jednostki SDU (pola informacyjne komórki)
oraz odwrotnie,
PDUn+1
warstwa n+1
PCIn
+
SDUn
warstwa n
PDUn
warstwa n-1
Krzysztof Wajda
SDUn-1
83
AAL1
Przesyłanie danych w trybie CBR (usługa transferu
jednostek SDU ze stałą szybkością),
Zmniejszanie wpływu zmiennego opóźnienia komórek,
Reagowanie na stratę komórek lub zmianę kolejności,
Odtwarzanie częstotliwości zegara w odbiorniku,
Monitorowanie i obsługa błędów pola kontrolnego AAL
(SNP).
Krzysztof Wajda
84
Format SAR-PDU dla AAL1
cell header
SN
SNP
SAR-PDU payload
SAR-PDU header
SAR-PDU
SN
SNP
Krzysztof Wajda
= Sequence Number
(4 bits)
= Sequence Number Protection (4 bits)
85
Nagłówek SAR-PDU
Najbardziej znaczący bit pola SN może być
wykorzystany do specjalnych celów,
3 mniej znaczące bity zliczają komórki modulo 8,
Pole SNP chroni cały nagłówek SAR-PDU,
Krzysztof Wajda
86
Nagłówek SAR-PDU dla AAL1
SN-field
Special
Purpose
Indication
Krzysztof Wajda
SNP-field
Sequence Number
Count
CRC
Parity
Bit
(Even)
87
Warstwa AAL1 - podsumowanie
Warstwy wyższe
Pojedyncze bity lub bajty
47 bajtów
SN
SNP
48 bajtów
ATM header
SN
SNP
Podwarstwa zbieżności
konsolidacji (CS)
Podwarstwa segmentacji i
składania (SAR)
Warstwa ATM
53 bajty
Krzysztof Wajda
88
AAL2
Przygotowana pod kątem realizacji usług VBR wraz z
zachowaną synchronizacją odbiornika i nadajnika,
Jednostki CS-PDU o różnej długości,
Przez długi czas brak było ustaleń dotyczących
stosowania AAL2,
Duże zainteresowanie realizacją usług głosowych, w
tym dla telefonii komórkowej,
Krzysztof Wajda
89
Funkcje podwarstwy CS dla AAL2
Korekcja błędów dla usług audio i wideo,
Realizacja synchronizacji terminali przez przesyłanie
znaczników czasu (time stamps),
Obsługa zagubionych i niesekwencyjnych komórek.
Krzysztof Wajda
90
cell header
SN
IT
SAR-PDU payload
SAR-PDU header
LI
CRC
SAR-PDU trailer
SAR-PDU
SN
IT
LI
CRC
Krzysztof Wajda
= Sequence number
= Information Type
= Length Indicator
= Cyclic Redundancy Check
91
AAL3
Przesyłanie danych w trybie VBR (usługa real-time w
trybie połączeniowym),
Synchronizacja pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem
nie jest wymagana,
Dwa tryby pracy:
– przesyłanie danych ramkowanych (framed mode, message mode),
– typu strumieniowego (streaming mode),
Monitorowanie i obsługa błędów AAL (pole CRC w
SAR-PDU).
Krzysztof Wajda
92
Warstwa AAL3/4 – podsumowanie
Krzysztof Wajda
93
Warstwa AAL – wersje 1-4, podsumowanie
SN
SAR-PDU
Informacja użyteczna
SNP
nagłówek
47 bajtów
1-bajtowy
a) Struktura danych podwarstwy SAR dla AAL typ
ST
SAR-PDU
IT
nagłówek
45 bajtów
1-bajtowy
b) Struktura danych podwarstwy SAR dla AAL
ST
SN
Res
nagłówek
2-bajtowy
SN
LI
typ 2
SAR-PDU
44 bajty
c) Struktura danych podwarstwy SAR dla
ST
1
MID
CRC
zakończenie
2-bajtowe
LI
CRC
zakończenie
2-bajtowe
AAL typ 3
SAR-PDU
nagłówek
44 bajty
1-bajtowy
d) Struktura danych podwarstwy SAR dla AAL typ
LI
CRC
zakończenie
2-bajtowe
4
SN (Sequence Number - 4 bity) - numer kolejny
SNP (Sequence Number Protection - 4 bity) - ochrona SN
IT (Information Type - 4 bity) - typ informacji
LI (Length Indicator - 6 bitów) - wskaźnik, długości
CRC (Cyclic-Redundancy-Check - 10 bitów) - ciąg kontrolny kodu cyklicznego
ST (Segment Type - 2 bity) typ segmentu
Res (Reserved - 10 bitów) - rezerwa
MID (Multiplexing IDentification - 10 bitów) -identyfikator multipleksowania
Krzysztof Wajda
94
AAL5
Uniwersalna wersja AAL, pokrywa funkcje realizowane
przez AAL3 i AAL4, Przesyłanie danych w trybie VBR,
połączeniowym, bez synchronizacji,
Brak numeracji kolejnych komórek,
Brak mechanizmu retransmisji,
SEAL (Simple and Efficient Adaptation Layer),
Krzysztof Wajda
95
ATM cell header
SAR-PDU payload
SAR-PDU
Krzysztof Wajda
96
Podział CS-PDU na komórki ATM
CS-PDU
podwarstwa CS
CS-PDU trailer
User data
PAD
CF
LF
CRC
podwarstwa SAR
PT
ATM cell
(AAL5)
ATM cell
(AAL5)
ATM cell
(AAL5)
ATM cell
(AAL5)
PAD = Pad field
CF = Control Field
LF = Length Field
CRC = Cyclic Redundancy Check
Krzysztof Wajda
(0 to 47 bytes)
(2 bytes)
(2 bytes)
(4 bytes)
97
ATM - interfejsy
Krzysztof Wajda
98
Plan
• Przegląd interfejsów
• UNI
• (P)NNI
• inne
Krzysztof Wajda
99
Interfejsy warstwy fizycznej wg ATM Forum
Światłowód wielomodowy
» 100 Mbit/s, kodowanie 4B/5B
» 155 Mbit/s, SONET STS -3c (SDH)
Światłowód jednomodowy
» 155 Mbit/s, SONET STS-3c (SDH),
» 622 Mbit/s,
» 2,488 Gbit/s
Skrętka ekranowana (shielded twisted pair)
Kabel koncentryczny
» 6.132 Mbit/s, J-2
» 45 Mbit/s, DS3
Skrętka nieekranowana (unshielded twisted pair)
» 52 Mbit/s, skrętka nieekranowana kategorii 3
» 155 Mbit/s, skrętka nieekranowana kategorii 5
» 1.5 Mbit/s, DS1
Krzysztof Wajda
100
Interfejsy warstwy fizycznej wg ATM Forum
Krzysztof Wajda
Nazwa
Szybkość bitowa (Mbps)
Efektywna szybkość
bitowa (Mbps)
SONET STS-1
SONET STS-3c
SONET STS-12c
SDH STM1
SDH STM4
DS-1
DS-2
DS-3
E1
E3
E4
Światłowód
wielomodowy
(FDDI)
STP
Łącze
światłowodowe
UTP
51.84
155.52
622.08
155.52
622.08
1.544
6.312
44.736
2.048
34.368
139.264
100
49.536
149.76
594.432
149.76
594.432
1.536
6.176
40.704
1.92
155.52
155.52
149.536
51.84
25.60
12.96
100
149.536
23.18
101
Interfejsy w ATMie (podstawowe)
terminal
interfejs
UNI
interfejs
NNI
Sieć
ATM
dostęp
do sieci
UNI - User Network Interface
NNI - Network Node Interface
Krzysztof Wajda
102
Interfejsy w technice ATM (zgodnie z ATM Forum)
Publiczny
UNI
DXI
DTE
(router)
DCE
(ATM DSU)
Publiczna
sieć ATM
B-ICI
Publiczny
UNI
Prywatna
sieć ATM
Prywatny
UNI
B-ICI
Publiczna
sieć ATM
Prywatny
NNI
Publiczna
sieć ATM
Publiczny
UNI
Użytkownik
ATM
Użytkownik
ATM
Prywatna
sieć ATM
Krzysztof Wajda
103
Specyfikacja UNI
•specyfikacja UNI 2.0 (czerwiec 1992, znaczenie formalne),
•specyfikacja UNI 3.0 (wrzesień 1993, pierwsza stabilna wersja),
•specyfikacja UNI 3.1 (wrzesień 1994),
•specyfikacja UNI 4.0 (lipiec 1996, realizowana praktycznie),
•specyfikacja UNI 4.1 (kwiecień 2002)
• określa standardy dla protokołów w warstwie fizycznej i warstwie ATM, aby mogły
ze sobą współpracować różne urządzenia ATM, tj. użytkownik ATM i komutator
sieciowy, do którego jest przyłączony
Specyfikacja UNI obejmuje:
• interfejsy w warstwie fizycznej,
• funkcje warstwy ATM,
• interfejs do systemu zarządzania
• sygnalizację w UNI.
terminal
interfejs
UNI
interfejs
NNI
Sieć
ATM
dostęp
do sieci
UNI - User Network Interface
NNI - Network Node Interface
Krzysztof Wajda
104
P-NNI
• P-NNI: Private Network-Node Interface
• określa interfejs pomiędzy systemami komutacyjnymi
(SS - Switching Systems)
• sygnalizacja oparta na UNI
• dedykowane procedury zarządzania (P-NNI
Management) i zarządzania ruchem (P-NNI Traffic
Management)
• opracowany pod kątem skalowalnych sieci ATM
budowanych z urządzeń wielu producentów:
» dobór trasy
» adresowanie
Krzysztof Wajda
105
P-NNI
•specyfikacja PNNI 2.0 (kwiecień 2002),
•specyfikacja PNNI 1.1 (marzec 1996),
• prowadzi się prace nad przystosowaniem PNNI do
potrzeb nowoczesnych sieci optycznych (ASON, OTN),
chociaż szanse O-PNNI (Optical PNNI) są oceniane na
niższe niż CR-LDP lub RSVP.
Krzysztof Wajda
106
B-ICI
• B-ICI - Broadband Intercarrier Interface
• określa styk pomiędzy różnymi sieciami publicznymi
• szereg interfejsów fizycznych opartych na systemach
cyfrowych:
» 44.736 Mbit/s, DS3
» 155.52 Mbit/s, STS-3c
» 622.08 Mbit/s, STS-12c
• określa sposoby realizacji takich usług jak: SMDS,
Frame Relay, Cell Relay, emulacja łączy
• obecnie rozwijana koncepcja AINI (ATM
Internetworking Interface)
Krzysztof Wajda
107
Interfejs DXI
• DXI - Data Exchange Interface
• opracowany w celu łatwego podłączania
istniejących routerów do sieci ATM
• umieszczony pomiędzy DTE i DCE
• określa protokoły warstwy łącza danych
i fizycznej
• określa lokalny interfejs do zarządzania oraz
informacyjną bazę danych
Krzysztof Wajda
108
API dla ATM
• API - Application Programming Interface
• API - zestaw procedur przenoszących wymagania
aplikacji na ustalenia i parametry warstwy AAL
• API zawiera 3 interfejsy:
» sygnalizacji ATM-UNI
» warstwy adaptacji ATM-API poprzez wszystkie
warstwy AAL
» „pustą” warstwę adaptacji dla bezpośredniego
dostępu do warstwy ATM
• API to obecnie niezbyt intensywnie rozwijany temat
Krzysztof Wajda
109
Interfejs 155 Mbit/s
SDH STM1/SONET STS-3c
270 kolumn
9
w
i
e
r
s
z
y
...
Maintenance
and
operations
1 Synchronous
Payload Envelope
(1 column of overhead)
125 µsec
9 bajtów
bajtów
9 × 260 × 8/125 µsec = 149.76 Mbit/s „payload”
Krzysztof Wajda
110
Interfejs 2,048 Mbit/s
E1
32 bajtów
bajtów/125
/125 µs
...
0
1
2...
...
15
16
17...
31
bajty
Bajty „Framing
„Framing and Overhead”
Overhead”
Bajty informacyjne
32 x 8/125µs = 2.048 Mbit/s
Rozpoznawanie granicy komórki przy pomocy
mechanizmu HEC
Krzysztof Wajda
111
Interfejs 25,6 Mbit/s
UTP3
Oparty na specyfikacji łącza fizycznego IEEE 802.5 z
kodowaniem 4B/5B plus skrambling
32 Mbodów
Mbodów x 4/5 = 25.6 M
Mbit/
bit/s
s
Rozdzział komórek przy pomocy par symboli
Rozd
x x
Cell
Reset Scramble
Krzysztof Wajda
lub
x 4
Cell
No Scramble Reset
112
Zarządzanie ruchem w standardzie
ATM
(Traffic Management)
Krzysztof Wajda
113
Plan
• Zadania TM (TE)
• Klasy usług
• Kategorie ruchowe
• Parametry dla klas usług
• Mapowanie parametrów na kategorie ruchowe
• Kontrakt ruchowy
• CAC
• Koncepcja pasma wirtualnego
Krzysztof Wajda
114
Zarządzanie ruchem - zadania
• zapewnianie istniejącym połączeniom
uzgodnionej jakości (QoS)
• monitorowanie przepływów ruchu wewnątrz sieci
• rozpoznawanie i reagowanie na problemy
• obsługę nowych zgłoszeń
Krzysztof Wajda
115
Zarządzanie ruchem – funkcje (mechanizmy)
Sterowanie przyjęciem zgłoszenia (Connection Admission
Control - CAC),
Usage Parameter Control (UPC),
Sterowanie priorytetem komórki (Cell Loss Priority
Control),
Kształtowanie strumieni ruchu (Traffic shaping),
Sterowanie przepływem dla kategorii ABR (ABR Flow
Control),
Selektywne usuwanie komórek (Early Packet Discard),
Krzysztof Wajda
116
Klasy usług
Klasa A
Klasa B
wymagana
Synchroniza
cja mi ędzy
terminalami
Szybko ść sta ła
bitowa
Klasa C
Nie wymagana
zmienna
Tryb
po łączeniowy
po łączenia
Typ AAL
Krzysztof Wajda
1
2
Klasa D
bezpo łącze
niowy
3/4 i 5
typ 5
117
Zarządzanie ruchem - kategorie ruchowe
• CBR (Constant bit rate) - ścisłe gwarancje pasma
i opóźnień
• rt-VBR (Real-time Variable Bit Rate) - wideokonferencje
• nrt-VBR (Non-real time Variable Bit Rate) - transakcje
bankowe, dostęp do sieci Frame-Relay.
• ABR (Available Bit Rate) - możliwa negocjacja pasma
• UBR (Unspecified Bit Rate) - brak wymagań co do
transmisji
• GFR (Guaranteed Frame Rate) – gwarancje na poziomie
komórki i ramki
•dyskusja nad UBR+
Krzysztof Wajda
118
Deskryptory ruchu
• Peak Cell Rate (PCR): maksymalna liczba komórek, jaką
źródło transmituje w określonym przedziale czasu.
• Sustainable Cell Rate (SCR): maksymalna średnia
szybkość transmisji dla źródła ruchu typu burst.
• Maximum Burst Size (MBS): maksymalna liczba
komórek, jaka może zostać wysłana równocześnie
z wartością Peak Cell Rate.
• Minimum Cell Rate (MCR): minimalna liczba komórek,
jaką źródło transmituje w określonym przedziale czasu.
parametry połączenia: wszystkie powyższe + CDVT (Cell Delay
Variation Tolerance)
Krzysztof Wajda
119
Interpretacja PCR
1 komórka/szybkość
medium
Krzysztof Wajda
1 komórka
PCR
120
Interpretacja SCR i MBS
1 komórka/SCR
MBS/SCR
czas
1 komórka/szybkość
medium.
Krzysztof Wajda
1 komórka/PCR
121
Parametry jakości obsługi
• Maximum Cell Transfer Delay (Max CTD)
• Mean Cell Transfer Delay (Mean CTD)
• Cell Delay Variation (CDV)
• Cell Loss Ratio (CLR)
• Cell Error Ratio (CER)
• Severely Errored Cell Block Ratio (SECBR)
• Cell Misinsertion Rate (CMR)
Krzysztof Wajda
122
Rozkład gęstości prawdopodobieństwa dla
opóźnienia komórki
gęs
toś
ć
pra
wd.
f(t)
Prawd.(opóź.>Max-CTD)<α
opóźnienie
P2P-CDV
Min-CTD
Max-CTD
przy określaniu P2P-CDV nie uwzględnia
się stałych opóźnień występujących w
transmisji,
MaxCTD jest parametrem ustalanym przez
użytkownika i określa on wielkość „tail”
rozkładu gęstości
Krzysztof Wajda
123
Ilustracja CDV
1
1
1
1
1
1
1
1
Krzysztof Wajda
124
Wartości CLR and MaxCDV dla wybranych usług
dane
interaktywne
-6
CLR
10
10-8
10-10
interaktywne
wideo
0,001
Krzysztof Wajda
transfer plików
głos
10-4
0,01
obrazy
0,1
1
MaxCDV [s]
10
125
CLR – Cell Loss Ratio
Straty komórek mogą wystąpić w przypadku:
–
–
–
–
–
przepełnienia buforów,
awarii,
braku urządzeń redundantnych,
zbyt długiej reakcji na awarię,
po przekroczeniu dopuszczalnego opóźnienia.
liczba _ komórek _ straconych
CLR =
liczba _ komórek _ wytransmistowanych
„wszystkie komórki wytransmitowane” to komórki które zostały
wysłane w pewnym ustalonym czasie (standardy nie określają tego
czasu, generalnie przyjmuje się, że jest to czas trwania połączenia).
Krzysztof Wajda
126
Parametry opóźnieniowe
• Max-CTD (Maximum Cell Transfer Delay) - maksymalne
opóźnienie komórek
• P2P-CDV (Peak-to-Peak Cell Delay Variation) międzyszczytowa zmienność opóźnienia komórek
Krzysztof Wajda
127
Mapowanie parametrów na kategorie ruchowe (1)
Atrybut
CBR
PCR i CDVT
SCR, MBS, CDVT
n/a
rt-VBR
nrt-VBR
UBR
Może nie podlegać
CDVT jest parametrem nie
takprocedur
tak
działaniu
przekazywanym przez sygnalizację,
CAC imoże
UPC mieć lokalne znaczenie
tak
MCR
(per link)
n/a
ABR
tak
n/a
n/a
n/a
tak
Parametry QoS
p2pCDV
tak
nie
maxCTD
tak
nie
CLR
CLR powinno
takmieć małą
wartość dla źródeł stosujących się do
reguł sterowania ABR
nie
zależne od
kontraktu
(sieci)
Dodatkowe ustalenia
Sprzężenie zwrotne
nie
tak
Kategorie ruchowe i parametry
zgodne z TM4.0 (1996)
Krzysztof Wajda
128
Mapowanie parametrów na kategorie ruchowe (2)
CBR
rt-VBR
nrt_VBR
ABR
UBR
PCR
tak
tak
tak
tak
tak
SCR
n/a
tak
tak
n/a
n/a
MBS
n/a
tak
tak
n/a
n/a
MCR
nie
nie
nie
tak
nie
CDVT (PCR)
tak
tak
tak
tak
tak
CDVT (SCR)
n/a
tak
tak
n/a
n/a
Krzysztof Wajda
129
Kontrakt ruchowy
Ustawienie zasad realizacji połączenia:
–Kategoria ruchowa
–Wymagania QoS,
–Deskryptory ruchu,
–Definicja zgodności (poprawności) komórki –
conformance definition),
–Definicja poprawności połączenia (compliant
connection).
Krzysztof Wajda
130
Elementy kontraktu ruchowego
Kontrakt ruchowy
Deskryptor
połączenia
Deskryptor źródła
Tolerancja
zmienności
opóźnienia CDVt
Definicja
zgodności
połączenia
Definicja zgodności
komórek (GCRA)
Zmienność
opóźnienia
przesyłania
komórek P2P-CDV
Średnia szybkość
generowania
komórek SCR
Krzysztof Wajda
Stopa traconych
komórek CLR
Max opóźnienie
przesyłania
komórek Max-CTD
Max. szybkość
generowania
komórek PCR
Maksymalny
rozmiar paczki
komórek MBS
Jakość obsługi
połączenia QoS
Minimum Cell
Ratę (MCR)
131
Sterowanie przyjęciem zgłoszenia (CAC) - (1)
Kiedy nowe zgłoszenie pojawia się w węźle ATM,
użytkownik deklaruje zbiór parametrów ruchowych
i wymagany poziom jakości obsługi QoS - zwykle
określony jednoznacznie przez podanie rodzaju
usługi, do którego należy zgłoszenie.
Korzystając z tej informacji oraz znając stan elementów
sieci, jednostka realizująca CAC decyduje
o zaakceptowaniu lub odrzuceniu nowo
przybywającego zgloszenia
Krzysztof Wajda
132
Sterowanie przyjęciem zgłoszenia (CAC) - (2)
Decydującym kryterium musi być rezultat
predykcji spełnienia wymogów jakościowych
transmisji (QoS) w warstwie pakietowej po
akceptacji nowego zgłoszenia.
Decyzja o akceptacji lub odrzuceniu nowego
zgłoszenia jest jedną z najważniejszych
azarazem najtrudniejszych w sieci ATM.
QoS = QoS (C , n, Ri , Ai )
Krzysztof Wajda
133
Cechy charakterystyczne CAC (SPZ)
Algorytm CAC powinien być:
prosty - tzn. ze względnie niską złożonością
obliczeniową,
oparty na ograniczonej liczbie parametrów opisujących
zgłoszenie,
zachowawczy (pesymistyczny), tzn. raczej przesadnie
oceniać stan natłoku w sieci,
elastyczny, tzn. pozwalający na zmiany w zależności od
warunków ruchowych a także umożliwiający łatwą
adaptację w przypadku wprowadzenia nowych usług.
Krzysztof Wajda
134
Algorytmy CAC - klasyfikacja 1
Skala czasu, na której działają algorytmy CAC:
algorytmy czasu rzeczywistego (on-line),
spodziewane naruszenie parametrów jakościowych
dla istniejących połączeń po zaakceptowaniu nowo
przychodzącego zgłoszenia musi być realizowane
w czasie rzeczywistym,
algorytmy off-line, gdy odpowiednie modele są
wstępnie rozwiązywane a wyniki umieszczane
w specjalnych tablicach (look-up tables) zapisanych
w pamięci jednostek sterujących pracą węzła ATM.
Krzysztof Wajda
135
Algorytmy CAC - klasyfikacja 1
Na podstawie teoretycznych metod użytych do
rozwiązania modeli ruchowych, możemy podzielić
algorytmy CAC na nastepujące trzy grupy:
metody oparte na teorii masowej obsługi,
metody oparte na symulacji,
metody analityczne (uproszczone).
Krzysztof Wajda
136
Sterowanie przyjęciem zgłoszenia
(podstawowe relacje)
Rate Sharing (koncepcja dla dużych buforów)
X – zajętość bufora
P{ X > x} ≈ e − g (C ) x
P{ X > x} ≈ CLP
Rate Envelope Multiplexing (REM)
 n  Ai 
( k ⋅ Ri − C )  
∑
k  Ri 
k ⋅Ri >C

CLR =
n ⋅ Ai
Krzysztof Wajda
k

Ai 
1 − 
 Ri 
n −k
burstiness _ β =
Ai
137
Ri
przykład wykorzystania REM
(na podstawie REM – zależność CLR(Ri))
1
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
45000
50000
Switch with
buffer 200B uni
Switch with
buffer 200B exp
0,1
Switch with
buffer 10kBexp
0,01
Model ON OFF
0,001
0,0001
Krzysztof Wajda
138
Wzajemne relacje pomiędzy parametrami
jakościowymi i procedurami TM w ATM
Sieć ATM
Źródło
ruchu
Kontrola
parametrów
użytkownika
(UPC)
Sterowanie
przyjęciem
zgłoszenia
CAC
Model
ruchowy
QoS dla warstwy
pakietowej
Estymacja
QoS
Grade of Service
Quality of Service
Zarządzanie zasobami w sieci ATM należy rozumieć jako działanie
umowne: od przyjętych założeń zależy wynik działania procedur
TM,
Krzysztof Wajda
139
Koncepcja pasma wirtualnego
Efektywna metoda dla połączeń klasy VBR,
Połączenie reprezentowane przez 1 parametr,
pomysł polega na znalezieniu (dowolną metodą) maksymalnej
liczby połączeń przy zachowaniu wymaganych parametrów
jakościowych.
–
–
–
–
CVP - pasmo przydzielone ścieżce wirtualnej
nmax - maksymalna liczba zestawionych kanałów,
ACR - Average Cell Rate,
PCR - Peak Cell Rate.
ω =C /n
ACR ≤ ω ≤ PCR
VP
Krzysztof Wajda
max
140
Aspekty doboru trasy w ATM
Dobór trasy w sieci ATM jest skomplikowany.
Projektując algorytm doboru trasy należy rozważyć
wpływ:
struktury fizycznej sieci,
struktury logicznej sieci opartej na koncepcji ścieżek
wirtualnych, przydziału pasma dla scieżek i ich separacji,
multipleksacji statystycznej,
typu modelu ruchowego poziomu sieci,
wymagań jakościowych na transmisję QoS w odniesieniu
do zastosowanej separacji usług.
Krzysztof Wajda
141
Źródła opóźnień w sieci ATM
Terminal
docelowy
Terminal
źródłowy
TD1
PD
TD2
komutator
ATM
FSD1+QD1
komutator
ATM
FSDn+QDn
TDn
DD
PD - opóźnienie pakietyzacji (packetization delay)
TD - opóźnienie transmisji (transmission delay)
FSD - opóźnienie komutacji (fixed switching delay)
QD - opóźnienie kolejkowania (queueing delay)
DD - opóźnienie depakietyzacji (depacketization delay)
Krzysztof Wajda
142
Standard ATM w sieciach
operatorów
Krzysztof Wajda
143
Plan
• Tendencje rozwojowe
• Sieci operatorskie TDM
• Rola ATM w sieci operatorskiej
• Usługi w sieci ATM
Krzysztof Wajda
144
Tendencje rozwojowe
lata 60-te: sieci operatorskie TDM,
lata 80-te: komercyjnej oferta łączy klasy T w USA
(T-Carrier networks),
lata 80-te: specjalizowane sieci transmisji danych (PDN
– Packet Data Networks), oparte na protokole X.25,
lata 90-te: eksplozja Internetu
Krzysztof Wajda
145
Sieci operatorskie TDM
Pojawiły się w latach 80-tych,
zalety sieci operatorskich opartych na koncepcji TDM:
– dokładne przypisanie zasobów telekomunikacyjnych
użytkownikowi (np. 1 szczelina czasowa/użytkownika),
– stabilna i odporna na sytuacje awaryjne platforma sieciowa.
wady sieci operatorskich TDM (decydowały
o realizowanej migracji w stronę standardu ATM):
– nieefektywne użycie pasma (zwykle poniżej 50 %, jak
w przypadku klasycznej telefonii),
– nieelastyczność w przypadku ruchu o dużej niejednorodności
(bursty traffic), charakterystycznego dla usług multimedialnych
Krzysztof Wajda
146
Czynniki wpływające na zmianę koncepcji
sieci operatorskiej
Zmiany w technikach sieciowych,
rozwój oferty usług telekomunikacyjnych,
rozwój Internetu,
liberalizacja rynku telekomunikacyjnego,
globalizacja rynku telekomunikacyjnego.
Krzysztof Wajda
147
ATM - zalety dla operatora (1)
• pasmo jest dynamicznie przydzielane użytkownikom,
• istnieje możliwość definiowania i realizacji usług
z różnymi parametrami jakościowymi QoS,
• poprawne sterowanie ruchem daje większą
efektywność w przypadku dużych strumieni ruchu.
Krzysztof Wajda
148
ATM - zalety dla operatora (2)
• możliwość realizacji wszystkich potrzeb ruchowych
docelowo w jednolitej architekturze sieciowej co
przekłada się na koszty realizacji, utrzymania
i rozwoju sieci,
• skalowalność sieci,
• pojedynczy interfejs z użytkownikiem bez względu
na funkcjonalny typ styku (LAN, WAN, sieć
kampusowa).
Krzysztof Wajda
149
Usługi związane z dostępem do sieci
ATM operatora (faza 1)
• szeroki zakres szybkości w interfejsie fizycznym: od E1
(T1 w USA) do STM-1 (wkrótce STM-4),
• realizacja komutowanych połączeń VC (SVC –
Switched Virtual Connections),
• emulacja łączy E1 (lub T1),
• zapewnienie współpracy protokołów X.25, Frame
Relay, oraz IP,
• realizacja styku B – ICI,
• realizacja kategorii ruchowych CBR oraz VBR,
• multicast,
• wspieranie zarządzania sieci poprzez SNMP.
Krzysztof Wajda
150
Oferty operatorskiej dla ATM (faza 2)
:
• wprowadzenie dostępu z użyciem protokołu PNNI
(istotne w przypadku budowy rozległych sieci
prywatnych na bazie sieci operatorskich),
• udostępnienie kategorii ruchowej w dowolnej
relacji w sieci (end-to-end),
• wprowadzenie specyficznych dla ATM metod
billingu ruchu,
• rozbudowa sieci do szybkości STM-4,
• rozszerzenie możliwości zarządzania do zarówno
SNMP oraz CMIP.
Krzysztof Wajda
151
Schemat sieci operatorskiej
wykorzystującej ATM
Sieć Frame
Relay
Publiczna sieć
ATM
Multiplekser
E1
OC-3
Multiplekser
ATM
Publiczna sieć
ATM
nxE1
Sieć IP
OC-3
Sieć prywatna
ATM
Urządzenie dostępowe
ATM
nxE1
Multiplekser
ATM
E1
Multiplexer
Sieć kampusowa
ATM LANE
IP over ATM
Sieć prywatna
ATM
Wideo
Multiplekser
E1
Krzysztof Wajda
152
ATM w sieci dostępowej
• ATM + xDSL, PON, HFC, FITL,
• sprzęt (karty 25 Mbit/s praktycznie osiągalne),
• zarządzanie ruchem - trudne,
• adresowanie (przestrzeń adresowa i pożądana
kompatybilność z E.164) - brak ostatecznych
rozwiązań,
• sygnalizacja (lub decyzja o jej braku),
• kompatybilność sprzętu (np. przy szybkiej ewolucji
rozwiązań).
Krzysztof Wajda
153
Przyszłość
Ograniczona rola ATM (szkielet, ADSL w
dostępie)
intensywny rozwój IP ze wsparciem QoS
dostępność systemów WDM, DWDM
uniwersalna multipleksacja MPLS
rozwój GMPLS
Krzysztof Wajda
154
Podsumowanie techniki ATM
Krzysztof Wajda
155
Plan
• ATM – zalety
• ATM – wady
Krzysztof Wajda
156
Cechy techniki ATM
Dojrzała,
bardzo skomplikowana (liczba standardów
podstawowych w ATM Forum
– 138 w lutym 2000,152 w lutym 2001, 170 w
lutym 2002, 197 na dzień 15.12.2003),
akceptowana w większości obszarów sieci
i zastosowań,
obserwujemy wzrastające zainteresowanie
koncepcjami równoważnymi, np.
wielousługową siecią IP, MPLS.
Krzysztof Wajda
157
ATM - zalety
•
•
•
•
Krzysztof Wajda
w pełni skalowalna technika umożliwiająca realizacje
sieci o funkcjach LAN, MAN i WAN,
oferuje rzeczywistą fizyczną oraz funkcjonalną
integrację,
zapewnia możliwość realizacji usług poprzez jeden
interfejs,
elastyczny rodzaj komutacji i transmisji jest idealnym
rozwiązaniem dla usług o wysokiej
nieprzewidywalności parametrów transmisji.
158
ATM - wady
Narzut informacji nadmiarowej wynosi 5/53%,
ATM wprowadza opóźnienie pakietyzacji związane z faktem
składania informacji do komórki po stronie nadawczej i odwrotnej
funkcji po stronie odbiorczej,
opóźnienie przejścia komórek przez sieć jest losowe; wymaga to
stosowania dodatkowych mechanizmów niwelujących wpływ
niejednorodności opóźnień,
podstawową przyczyną straty pakietów jest zjawisko przepełnienia
buforów, istotne są metody wymiarowania buforów pod kątem
aplikacji,
w celu uniknięcia obniżenia jakości świadczonych usług
transmisyjnych dla wszystkich połączeń jest potrzebny ciągły nadzór
nad rzeczywistymi parametrami wszystkich aktywnych połączeń,
istnieje zjawisko wzmacniania się błędów w przypadku wystąpienia
przekłamań w nagłówkach komórek.
Krzysztof Wajda
159
Ewolucja sieci
szerokopasmowych
Krzysztof Wajda
160
Zapotrzebowanie na przepływność w
Europie oraz struktura przychodów
• Internet jest traktowany jako „tanie” medium
(zapotrzebowanie na pasmo 35 %, tylko 4 % przychodów)
• w krajach o niskim poziomie telekomunikacji powszechne jest
narzekanie na zbyt wysokie koszty dostępu do Internetu, wręcz
uważa się to za powód powstawania zapóźnień
cywilizacyjnych
Krzysztof Wajda
161
Zmiana architektury sieci
Warstwa
sieciowa
IP
IP
IP
IP
IP/ATM
Warstwa
łącza danych
ATM
ATM
Krzysztof Wajda
Warstwa
fizyczna
SDH
Warstwa
optyczna
WDM
WDM
SDH
SDH
WDM
WDM
WDM
162
Realizacja różnych usług sieciowych
– użytkownicy FR (np. obecny Polpak-T)
– dostęp do sieci IP poprzez sieć FR
– łącza dzierżawione (przezroczyste)
– dzierżawa łączy ATM (obecny Polpak-T):
- ścieżki wirtualne
- kanały wirtualne
– dostęp do sieci IP po łączach ATM
– VPN ATM
użytkownicy sieci X.25 (np.. obecny Polpak)
publiczna sieć IP / sieć Internet
starsze centrale telefoniczne,
sygnalizacja SS7
– PSTN/ISDN, łącza międzymiastowe
i międzyoperatorskie, SS7
– dzierżawa łączy SDH
dzierżawa łączy WDM
(pojedynczych nośnych)
FR
PDH
dzierżawa włókien
X.25
IP
ATM
SDH
WDM
Włókno światłowodowe
Krzysztof Wajda
163
Rozwój koncepcji G-MPLS (1)
warstwy wyższe
IP
IP/MPLS
IP/GMPLS
ATM
SDH
SDH
DWDM
Krzysztof Wajda
DWDM
+ OXC
DWDM
+ OXC
164
Rozwój koncepcji G-MPLS (2)
SDH1
SDH2
pakiety
SDH1
SDH2
λ1
IP/MPLS
λ2
SDH
λ3
IP/GMPLS
światłowód
DWDM
+ OXC
λ4
Krzysztof Wajda
165
Sterowanie siecią vs sterowanie węzłem
multipleksacja etykietowana
pakiet ATM
ATM
pole informacyjne
nagłówek
multipleksacja z podziałem czasu
początek ramki
szczelina czasowa
pole informacyjne
TDM
kanał 1
Krzysztof Wajda
kanał 2
kanał 3
kanał n
166
Dziękuj za uwagę !
Krzysztof Wajda
167

SYSTEMY I SIECI TELEKOMUNIKACYJNE Krzysztof Wajda Systemy i sieci telekomunikacyjne

Transkrypt

Podobne dokumenty