Upload
tala
View
55
Download
5
Embed Size (px)
DESCRIPTION
1645 Nopeat tiedonsiirtoverkot. Luentomoniste syksy 2001. SisällysluetteloKalvonumero Johdanto3 Nopeutta vaativat/rajoittavat tekijät16 Nopeat lähiverkkotekniikat 38 Fast Ethernet60 Gigabit Ethernet 64 100VG-AnyLan77 HIPPI83 - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
1645 Nopeat tiedonsiirtoverkot
Luentomoniste
syksy 2001
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 2
• Sisällysluettelo Kalvonumero– Johdanto 3– Nopeutta vaativat/rajoittavat tekijät 16– Nopeat lähiverkkotekniikat 38
• Fast Ethernet 60• Gigabit Ethernet 64• 100VG-AnyLan 77• HIPPI 83
– Optinen tiedonsiirto 92• FC 98• Kanavointitekniikat 106• SDH/SONET 119• FDDI 125• FTTH 131
– Nopeat runkoverkot 138– ATM 149
• Referenssimalli 170• Lähiverkot 235
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 3
KAIKKI TIET VIEVÄT KOTIISI • Tiedon valtatien liikenne kasvaa nopeasti. • Käyttäjille rakennetaan yhä nopeampia ja
laajakaistaisempia kulkureittejä.• Matkustavaisille on tarjolla koko ajan kasvava
valikoima pysähdyspaikkoja, joissa voi tehdä työtä, tankata tietoa tai vaikka vaihtaa viihteelle.
• Tiedon valtatien ytimen muodostavat nopeat runkoverkot.
• Valtatiehen liitytään hitaammilla yhteyksillä, ja tien tarjoamista antimista nautitaan mikrotietokoneella.
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 4
TIEDON VALTATIEN RAKENNEOSAT
• Siirtopalvelut eli tiedon valtaväylien moottoritieosuus
• Liityntäpalvelut eli moottoritien liittymät, rampit
• Päätelaitteet eli ajoneuvot
• Tiedon valtatien varrelta löytyy erilaisia palveluja, jotka voivat olla yleisiä, kuten sähköposti tai eri alueille erikoistuneita tieto-, asiointi- tai viihdepalveluja
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 5
Siirtopalvelut• Nopea laajan alueen kaksisuuntainen verkko• Vaaditaan suurten käyttäjämäärien vuoksi
laajakaistaisuutta – Laajakaistaiset yleiskäyttöiset verkot kuten ATM
muodostavatkin valtatien keskeisen osan
• Eri ominaisuuksilla varustetut siirtotiet palvelevat : – Puhelinkäyttäjiä (älyverkot, puhelinverkko)
– Liikkuvia käyttäjiä (mobiiliverkot)
– Tietokoneisiin liittyvää liikennettä (datasiirtoverkot)
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 6
Liityntäpalvelut• Liityntäpalvelu tarjoaa yksikölle (yritys, toimisto,
koti, yksittäinen päätelaite) pääsyn palveluihin
• Liityntäpalvelu voi olla siirtopalvelua oleellisesti hitaampi ja tietylle palvelulle sovitettu
• Liityntätapa voi olla – Optimoitu datansiirtoon– Puhelinverkon osa – Etupäässä viihdekäyttöön tarkoitettu– Samaa tekniikkaa kuin siirtoverkossa
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 7
Päätelaitteet
• Päätelaitteissa on nähtävissä sama kohtalo kuin muilla tietoliikennejärjestelmän osilla:– Päätelaitteesta tulee monimuotoviestin ja
erilliset toiminnot integroituvat samaan laitteeseen
• Tietokoneet saavat TV:n ja videon ominaisuuksia, televisioon tulee tietokoneen ominaisuuksia
• Kännykkä ja kannettava tietokone muodostavat liikkuvan toimiston ja tavallisissakin toimistoissa puhelin on ehkä jatkossa vain mikron ohjelmisto.
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 8
Palvelut• Tiedon valtatien kautta käyttäjä saa haluamansa tiedot ja
palvelut :• Sanomalehdet, musiikki, elokuvat, kirjat, oppaat, esitteet,
muistiot, erilaiset tietokannat, …
• Käyttäjien välinen viestintä ja kaupankäynti, kuluttajan ostokset, viranomaisten kanssa asiointi, poliittiseen keskusteluun ja päätöksentekoon osallistuminen, opiskelu sekä työnteko (etätyö) tapahtuvat yhä useammin tietoverkoissa
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 9
Nopeat tiedonsiirtoverkot• Miten ?
– Kaikki edellä luetellut osa-alueet pitää olla kunnossa, jotta koko yhteyden palveluntarjoajalta käyttäjälle voidaan katsoa olevan nopean
– Yhdenkin osa-tekijän hitaus heijastuu välittömästi palvelun hidastumisena
• Miksi ?– Päätelaitteet nopeutuneet– Käyttäjämäärät kasvaneet– Käyttäjien vaatimukset kasvaneet– Sovellukset vaativat lisää siirtokapasiteettiä– Reaaliaikaiset sovellukset lisääntyneet
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 10
Nopeat tiedonsiirtoverkot
• Dataverkot– Kiinteät– Mobiilit
• Televerkot– Kiinteät– Mobiilit
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 11
Kiinteät dataverkot
• Ethernet : 10 Mbit/s– Fast Ethernet 100 Mbit/s– Gigabit Ethernet 1000Mbit/s– …
• ATM : 155 Mbit/s, 622 Mbit/s, …, 2.5Gbit/s
• FDDI : 100 Mbit/s
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 12
Mobiilit dataverkot
• IrDA : 9.5 kbit/s – 4 Mbit/s
• Bluetooth : 1Mbit/s, 2Mbit/s• Symmetrinen 432,6 kbit/s datakanava
• Epäsymmetrinen 721 kbit/s datakanava, jonka nopeus paluusuuntaan on 56,6 kbit/s
• WLAN : 2 Mbit/s, 11 Mbit/s, 54 Mbit/s
• HIPERLAN : 10-25 Mbit/s
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 13
Kiinteät televerkot
• Modeemit : max 56kbit/s
• ISDN : 64/128 kbit/s
• xDSL-tekniikat : – ADSL : uplink < 768 kbit/s, downlink < 8 Mbit/s– HDSL : 128 kbit/s – 2 Mbit/s– VDSL : jopa 53 Mbit/s
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 14
Mobiilit televerkot
GSM Data 14,4 kbit/s
Multislot
GPRS
EDGE
UMTS
1998 1999 2000 2001 2002 2003
MBS
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 15
Mobiilit televerkot
• GSM : Piirikytkentäinen 9600 bit/s • HSCSD : Piirikytkentäinen, aikavälin siirtonopeus 9,6
kbit/s -> 14,4 kbit/s (115,2 kbit/s = 14,4 kbit/s * 8 aikaväliä)
• GPRS : Pakettikytkentäinen 14.4 kbit/s • EDGE : Piirikytkettynä max 64 kbit/s, Pakettikytkettynä
max 473 kbit/s • UMTS : Pakettikytkentäinen 8kbit/s - 2Mbit/s• MBS : yli 2Mbit/s
1645 Nopeat tiedonsiirtoverkot
Nopeutta vaativat tekijät
Nopeutta rajoittavat tekijät
Tarvitaanko nopeutta lisää ?
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 17
Nopeutta vaativat tekijät
• Tekninen kehitys tuo jatkuvasti uusia nopeampia verkkoarkkitehtuureita markkinoille
• Tietyt sovellukset kuluttavat helposti kaiken tarjolla olevan kaistan ja siten hyötyvät uusista nopeista verkoista muita enemmän– Ei pyritäkään minimoimaan resurssien
kulutusta
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 18
Nopeutta vaativat tekijät• Paljon käyttäjiä
– Internetin laajeneminen on tuonut useille verkkopalveluille valtavat käyttäjäjoukot
– Käyttäjämäärien jatkuva kasvu luo yhä suurempia nopeusvaatimuksia sille verkon osalle, jossa palvelimet sijaitsevat
– Mikäli käyttäjät sijaitsevat ympäri maailmaa, liikenne hajaantuu pikkuhiljaa eri suuntiin ja eri verkkosegmenteille kauemmas mentäessä
– Palvelimien verkkosegmentin täytyy pystyä limittämään ja kuljettamaan vastaus kaikkiin pyyntöihin reitittimille, joista vastaukset hajaantuvat maailmalle
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 19
Nopeutta vaativat tekijät• Paljon käyttäjiä jatkuvasti
– Jos käyttäjäkunta on jakautunut hyvin laajalle ja palvelu ei sisällä mitään kovin aikasidonnaista informaatiota, eri puolilta tulevat pyynnöt jakautuvat ajallisesti jossain määrin tasaisesti
– Esimerkki tällaisesta maantieteellisesti ja aikavyöhykkeellisesti laajaa käyttäjäkuntaa kiinnostavasta palvelusta, kansainvälisen uutistoimiston WWW-palvelin
– Palvelimelta odotetaan löytyvän kuvamateriaalia ja tarkkoja reaaliaikaisia uutisia, joten siirrettävää dataa on paljon ja palvelu kiinnostaa lähes koko maailmaa.
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 20
Nopeutta vaativat tekijät• Paljon käyttäjiä tietyllä ajan hetkellä
– Jos palvelu on luonteeltaan hyvin aikasidonnainen, palvelimelle saattaa tulla pyyntöjä ajallisesti hyvinkin keskittyneesti
– Tällöin tietysti palvelimelta ja sen ohjelmistolta vaaditaan paljon, mutta myös verkko joutuu kuljettamaan välillä satoja limitettyjä vastauksia samanaikaisesti
– Esimerkiksi Olympialaisten reaaliaikainen tulospalvelu
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 21
Nopeutta vaativat tekijät• Suuri määrä siirrettävää dataa
– Edellisistä hieman eroavat sovellukset, joiden käyttäjämäärät ovat hyvin rajattuja mutta jotka vaativat verkkoa kuljettamaan valtavia määriä dataa käyttäjilleen
• Etätyöskentely
• Sairaalaverkot
• …
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 22
Nopeutta vaativat tekijät
• Suuret datapaketit– Lääketiede on esimerkki, jossa syntyy valtavan
kokoisia tiedostoja, sillä lääketieteellisiä kuvia ei pakata hukkaavilla menetelmillä
– Vaatimuksena on, että kuvat säilyvät palvelimen levyllä ja ovat jatkuvasti spesialistien haettavissa alkuperäisen laatuisina
• Eräässä sairaalassa havaittiin, että verkolta vaadittiin n. 130 Mb/s nopeutta, jotta kyseisen kaltainen käyttö oli järkevää
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 23
Nopeutta vaativat tekijät
• Suuret datavirrat– Virtamuotoinen data kuljetetaan verkossa
pieninä paketteina, joiden pitää saapua kohdekoneeseen suhteellisen tasaisin väliajoin
• Tällöin päästä päähän viive ei voi vaihdella kovin paljoa eli muut paketit pitää limittää virtojen lomaan melko huolellisesti
– Videoneuvottelut
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 24
Nopeutta vaativat tekijät
• Reaaliaikaiset sovellukset– Laajaa kaistaa tärkeämpää on pieni päästä-
päähän viive– Kaksisuuntainen audio- tai videoyhteys
• Yhteyden laatu kärsii huomattavasti, jos päästä päähän viive kasvaa ja käyttäjät joutuvat odottamaan repliikkiensä perillemenoa ja vastausten tuloa liian kauan
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 25
Nopeutta vaativat tekijät• Paljon käyttäjiä, paljon dataa
– Kun sekä käyttäjiä on paljon, että heille siirretään suuria määriä dataa, verkko joutuu lujimmilleen
– Esitykset, joita voi seurata suorana videovirtana Webin välityksellä
• Tämäntyyppiset laajasti perinteisissä medioissa mainostetut sovellukset, jotka tarjoavat videovirtaa vain tietyllä hetkellä, kysyvät verkolta kapasiteettia
• Samanaikaisten käyttäjien määrä voi nousta ennalta arvaamattoman suureksi ja siedettävä videovirta vie kaistaa runsaasti per käyttäjä
• Kaistavaatimuksia pyritään toki pienentämään myös videokoodauksen tehokkuutta parantamalla
– MPEG-4 standardin mukaisella koodauksella 160x120 pikselin kokoinen kuva 5 kehystä/s tuottaa vain noin 20 kb/s
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 26
Nopeutta vaativat tekijät
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 27
Nopeutta rajoittavat tekijät
• Yksittäisissä kaapeleissa voidaan nykypäivänä siirtää dataa terabittien nopeudella
• Kuinka saadaan kyseinen nopeus mahdollisimman tehokkaasti hyödynnettyä käyttäjän näkökannalta ???
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 28
Nopeutta rajoittavat tekijät
• WWW-surffailua– Kun haluamme ladata WWW-sivun, joltain
palvelimelta jostain päin maailmaa data matkaa useinkin hyvin pitkän ja mutkikkaan reitin
– Ensin lähetämme www-palvelimelle pyynnön
– Palvelin käsittelee pyynnön ja lähettää dataa
– Matkalla palvelimelta kotikoneellemme data matkaa monen verkon ja verkkolaitteen kautta kohdaten matkalla monia nopeutta rajoittavia tekijöitä
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 29
Nopeutta rajoittavat tekijät
• Palvelin– Palvelimen teho– Liityntä palvelimen omaan lähiverkkoon
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 30
Nopeutta rajoittavat tekijät
• Palvelimen lähiverkko– Palomuurit turvallisuussyistä– Reititin
• Kytkee lähiverkon Internetiin
– ISP• Todennäköinen yhteyden nopeutta hidastava kohta
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 31
Nopeutta rajoittavat tekijät
• ISP -> runkoverkko– Data ISP:n verkosta pitää ohjata runkoverkkoon
• ISP:n oma runkoverkko
– Muiden runkoverkot• Rajoitetut kapasiteetit
• Reititys runkoverkkojen kautta
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 32
Nopeutta rajoittavat tekijät
• Runkoverkosta käyttäjän ISP:lle
• Käyttäjän ISP:ltä käyttäjän koneelle– Pääteyhteys
• kiinteä / mobiili
– Koneen tehokkuus
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 33
Nopeutta rajoittavat tekijät
• Laitteistot / Siirtotiet– Rahalla saa uutta nopeaa tekniikkaa– Matkalla saattaa kuitenkin aina joskus jossain
välissä olla joku pätkä vanhempaa hitaampaa teknologiaa
• ”Suurin nopeutta rajoittava tekijä = RAHA”
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 34
Tarvitaanko nopeutta lisää ??
• Teho irti nykyisistä yhteyksistä– Nykyisillä tietoliikennekaistoilla informaatio siirtyy
niin nopeasti, että voidaankin kysyä onko mahdollinen lisänopeus lainkaan tarpeen ?
– Mikäli halutaan nopeuttaa tietoliikennettä, on se mahdollista tehdä myös parantamalla nykyisten käytössä olevien kanavien hyötysuhdetta jalostamalla verkossa välitettävää materiaalia ja sen käsittelyä ja tallennusta vastaanottavassa koneessa
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 35
Tarvitaanko nopeutta lisää ??
• Nykyinen verkon käyttö on usein hyvinkin epäjärjestäytynyttä ja tehoa kuluttavaa – Kuvia, taustoja ja muuta käytännössä turhaa
informaatiota siirretään läjäpäin varsinaisen uuden tiedon jäädessä usein muutamaan riviin tekstiä
– Paljon dataa siirretään myös yhä uudestaan ja uudestaan sen järjestäytymättömyyden vuoksi
– Mikäli ilmaisumuotoja kehitettäisiin pystyttäisiin palveluja tehostamaan todella tuntuvasti
– Cachet / Proxyt tulisi hyödyntää tehokkaammin
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 36
Tarvitaanko nopeutta lisää ??• Internetin hitauteen kyllästyneet oppilaitokset ja tutkijat
ovat USA:ssa toteuttamassa Internet2 verkkoa – Tämä uusi verkko tarjoaa jopa satakertaista nopeutta
normaaleihin internet yhteyksiin verrattuna
– Tämä mahdollistaa yliopistojen välisen videokonferenssit, kokeiluja etäläsnäolosta ja virtuaalitodellisuudesta
– Verkko on suljettu ulkopuolisilta ja tarkoitettu vain hyötykäyttöön
• Ainakin tutkijat ovat siis sitä mieltä, että tietoverkkoihin tarvitaan lisää nopeutta, ja ratkaisut tähän ovat uusi tehokkaampi teknologia ja rajoitettu käyttö
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 37
Tarvitaanko nopeutta lisää ??
• Hitaus kuitenkin useinkin muualla kuin verkossa– Tehottomat päätelaitteet– Tehottomat ohjelmistot– Tehottomat käyttäjät– …
1645 Nopeat tiedonsiirtoverkot
Nopeat lähiverkkotekniikat
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 39
Nopeat lähiverkot
• Fast Ethernet
• Gigabit Ethernet
• 10 Gigabit Ethernet
• 100VG-AnyLAN
• HIPPI / Sarja HIPPI
• ATM LANE (Käsitellään myöhemmillä luennoilla ATM:n yhteydessä)
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 40
Nopeat lähiverkot
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 41
Nopeat lähiverkot• Lyhenteitä / Termistöä :
– RFC = Request For Comments– PNNI = Private Network-Network Interface– LANE = LAN Emulation– MPOA = Multiprotocol Over ATM– SVC = Switched Virtual Circuit – RSVP = Resource reservation protocol– IETF = Internet Engineerin Task Force– 802.1p = Priorisointi (3 bittiä, 8 tasoinen)– 802.1Q = Virtuaali-LAN:it– 802.1h = Translation bridging (mahdollistaa siirron eri
verkkojen välillä, tarpeelliset kehysmuutostekniikat)
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 42
Ethernet
• Ethernet on kaupallinen nimi, jota käytetään viitattaessa joukkoon lähiverkkojen toteutustapoja, jotka toteuttavat (likimain) ISO:n OSI-viitemallin kerrokset 1 ja 2 (Physical ja Data Link)
• Vaikka Ethernetit eroavat merkittävästi toisistaan, niin niillä on yhteinen tausta ja paljon yhteisiä mekanismeja
• Kaikki Ethernetit välittävät verkkoon liitettyjen koneiden välillä tietoa käyttäen kehyksiä
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 43
Ethernet (historiaa)
• Ethernetin kehitystyö käynnistyi vuonna 1972 Xerox's Palo Alto Research Centerissä
• Verkkoa alunperin kutsuttiin Alto Aloha netiksi ja sen nopeus oli 2.94 Mbit/s
• Nimi Ethernet tuli käyttöön toukokuussa 1973 ja verkon nopeus kasvoi lopulta arvoon 10Mbit/s
• Lukuisten kokeilujen jälkeen työryhmän jäsenet julkaisivat kehitystyön tulokset vuonna 1976
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 44
Ethernet (historiaa)• Samaan aikaan oli kehitteillä useita muitakin
lähiverkkoja• Ethernetin tärkeimpiä kilpailijoita oli IBM:n kehittämä
TokenRing • Saadakseen sekavaan tilanteeseen järjestystä IEEE
muodosti helmikuussa 1980 ryhmän 802 lähiverkkojen standardointia varten
• Kaupallisten paineiden puristuksessa IEEE:n ryhmän työ oli hyvin hidasta ja johti tulokseen vasta vuonna 1985, jolloin syntyi standardi IEEE 802.3.
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 45
Ethernet (historiaa)
• 1980 DIX-konsortio (Digital, Intel ja itse Xerox) julkaisi oman standardinsa, jota kutsutaan usein nimellä Version I
• Vuonna 1982 sama ryhmä julkaisi Version II, jota useimmat ihmiset tarkoittavat puhuessaan Ethernetistä
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 46
Ethernet (historiaa)
• 1990-luvun alussa nähtiin, että nopeasti yleistyvät ja suunnitteilla olevat nopeat verkot muodostavat kaupallisen uhan Ethernetille – Marraskuussa 1992 IEEE 802 otti käsittelyyn
nopeampien Ethernetien kehittelyn – Monien vaiheiden ja erilaisten kehitysehdotusten
jälkeen 100BaseT-Ethernetistä päästiin sopuun marraskuussa 1994
– Kaupallinen valmistus seurasi päätöstä lähes räjähdysmäisesti: maaliskuun 1995 loppuun mennessä markkinoille oli julkaistu yli 80 100BaseT-tuotetta
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 47
Ethernet (historiaa)
• Gigabitin Ethernetin standardi (IEEE 802.3z) hyväksyttiin kesäkuussa 1998
• Standardointia koordinoi 11 yrityksen toukokuussa 1996 perustama Gigabit Ethernet Alliance ja standardointityö valmistui varsin nopeasti
• Yritysten mielenkiintoa osoittaa se, että standardointityössä on ollut mukana allianssin jäsenenä yli 100 yritystä
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 48
Ethernet (historiaa)
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 49
Ethernet (historiaa)
• Lyhenteitä :– HSSG = Higher Speed Study Group– PAR = Project Authorization Request– LMSC = LAN/MAN Standards Comittee– Ballot = Äänestys (Hyväksyntä vaatii ¾
enemmistön)
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 50
Ethernet (historiaa)10 Gigabitin Ethernet
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 51
Ethernet• Miksi siis siirtyä nopeaan Ethernetiin, joka periaatteessa
on vain vanhan teknologian laajennus ? – Nopea Ethernet on halpa– Päivitys nopeaan Ethernetiin ei merkitse radikaalia uudistusta – Vanhoja Ethernet verkkolaitteita saattaa monissa tapauksissa
pystyä käyttämään rinnan uudempien kanssa – Ethernet on teknologiana hyvin tunnettu ja testattu– On jo olemassa laaja teollisuus, joka tukee ja valmistaa
Ethernet laitteistoa– Nopea Ethernet on tietyissä rajoissa taaksepäin yhteensopiva – Vanhat protokollat ja sovellusohjelmat toimivat sen kanssa– Ethernet on ylivoimaisesti käytetyin lähiverkkoteknologia
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 52
Ethernet
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 53
Ethernet
• Peruselementit Ethernetissä ovat :– Ethernet-kehykset– MAC
• CSMA/CD
– Siirtomedia• Kupari
• Kuitu
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 54
Ethernet• Kehykset :
Preamblea käytetään lähettäjän ja vastaanottajan synkronointiin
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 55
Ethernet
• MAC :– Kaikki terminaalit (segmentin sisällä) on kytketty
samaan siirtokanavaan – CSMA/CD toimii siten, että lähettävä asema kuuntelee
ensin hetken kanavaa– Jos mikään asema ei lähetä, ts. kanavalla ei ole
signaalia, on millä tahansa asemalla periaatteessa oikeus aloittaa lähetys
– Jos kaksi asemaa alkaa lähettää samanaikaisesti, havaitaan törmäys (collision) ja molemmat lopettavat lähettämisen
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 56
Ethernet
• MAC– Törmäyksen havaittuaan asema lopettaa
välittömästi lähetyksensä– Odotetaan satunnainen aika– Aloittaa lähetyksen alusta
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 57
Ethernet
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 58
Ethernet
CSMA/CD
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 59
Ethernet
802.3 Speed Mbit/s Segment (m) Cable
10BASE5 10 500 coaxial
10BASE2 10 185 coaxial
10BASE-F -single 10 kilometrejä optical fiber
10BASE-F -multiple 10 412- 2000 optical fiber
10BASE-T 10 90 twisted pair
100BASE-T 100 90 twisted pair
100BASE-FX -single 100 kilometrejä optical fiber
100BASE-FX -multiple 100 412-2000 optical fiber
BASE = baseband, which is used for the data transmission in the cableT = twisted pairF = fiber (optical fiber)
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 60
Fast Ethernet• Fast Ethernetin siirtotiet :
– 100BASE-T4• Cat 3 parikaapeli, jossa 4 johdinparia
– 100BASE- TX• Cat 5 parikaapeli jossa kaksi johdinparia
– 100BASE- FX• Kuitu
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 61
Fast Ethernet
• Käyttää CSMA/CD:ää yksisuuntaisessa half-duplex-moodissa
• Nopeutta voidaan lisätä käyttämällä kaksisuuntaista full-duplex liikennöintiä
• Verkko on yleensä tähtimallinen, jossa jokainen työasema on liitetty omalla kaapelilla keskittimeen
• Keskittimien lisäksi olevien kytkinten ansiosta kaikki tiedonsiirto ei näy joka paikkaan
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 62
Fast Ethernet• Käyttö
– Maailmasta löytyy 40 miljoonaa 10Base-Ethernetin käyttäjää
– Sen valtteina on edullinen ja yksinkertainen tekniikka, helppo asennus sekä eri laitevalmistajien tuotteiden hyvä yhteensopivuus
– Tämän päivän sovellutuksissa käsitellään paljon kuvia, suuria tiedostoja yms. mitkä vaativat suurta tiedonsiirtokapasiteettia
– Näin ollen 10Mbits siirtonopeus alkaakin olla varsin hidas
– 100Base-Ethernetissä siirtonopeus on kymmenkertainen ja samalla on säilytetty vanhan 10Base:n tekniikka pääasiallisesti
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 63
Fast Ethernet• Siirtyminen
– Siirtyminen nopeampaan tekniikkaan jo olemassa olevissa verkoissa voidaan tehdä melko pienillä investoinneilla
– Siirtymiseen vaaditaan usein uusi kaapelointi, sillä Fast Ethernet vaatii tähtimäiseen verkkoon keskittimen ja CAT5-luokan parikaapelin
– Nopeampaan tekniikkaan siirtymisen on tehty pikkuhiljaa käyttämällä tekniikkaa, joka toimii sekä 10Mbits että 100 Mbits nopeuksilla
– Näin voidaan nostaa esim. keskittimien välisten osuuksien nopeus 10-kertaiseksi säilyttäen edelleen työasemien ja keskittimien välisillä osuuksilla 10 Mbits nopeus
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 64
Gigabit Ethernet• Kaikki vanha joka on todettu hyväksi ja toimivaksi, on
pyritty käyttämään hyväksi– Yhteensopivuus vanhoihin 10 ja 100 Mbits Ethernet
verkkoihin haluttiin säilyttää– Ethernet-kehys samanlainen kuin ennenkin
• Uusille nopeuslukemille ollaan päästy käyttämällä – Siirtomediana full-duplexia välillä kytkin-kytkin ja kytkin-
pääteasema – Tiedon siirtoon joko valokaapelia tai parikaapelia – Full-duplex puolestaan mahdollistaa liikennöinnin kumpaankin
suuntaan itsenäisesti ja samanaikaisesti– Kun siirrossa käytetään half-duplex -moodia, tarvitaan
CSMA/CD access metodia
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 65
Gigabit Ethernet• Gigabit Ethernet toteutuksia on siis saatavilla sekä Half-
duplex -moodissa ja Full-duplex –moodissa• Half-duplex :
– Työasemat liitetään jaettuun mediaan ja lähetysvuoro määräytyy kilpavarauksella ja törmäykset tunnistetaan (CSMA/CD -menetelmä)
• Full-duplex : – Työasemat liitetään kytkimellä muodostettuun dedikoituun
mediaan – Tällöin törmäyksentunnistuksella varustettu
kilpavarausmenettely on tarpeeton, koska kytkin osaa hoitaa vuon hallinnan
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 66
Gigabit Ethernet• Jotta törmäykset havaittaisiin sinä aikana, jonka lähetin
käyttää Ethernet -kehyksen lähettämiseen, täytyy joko kaapeloinnin pituutta lyhentää tai kehyksen kokoa kasvattaa verrattuna 10Mbits ja 100Mbits Ethernet -verkkoihin verrattuna
• Gigabit Ethernet -standardia suunniteltaessa on tehty valinta, että mikäli kehyksen pituus jää alle 512 tavun, Ethernet -kehystä kasvatetaan täytetavuilla (Extension) kehyksen minimikoon jäädessä hyötykuorman osalta 64 tavuun
• Näin kehyksen lähetys kestää pidempään ja törmäykset pystytään tunnistamaan varmasti koko kaapeloinnin pituudelta
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 67
Gigabit Ethernet• Käyttöönotto
– Ensimmäisenä runkoverkko-osissa ja -kytkimissä joissa verkon kuormittuminen ensimmäisenä yleensä tulee näkyviin
– FastEthernet -tyyppiset kytkimet ja toistimet voidaan päivittää nopeampiin Gigabit Ethernet-tyyppisiin komponentteihin, joissa usein on mukana myös mahdollisuus liittää100Mbps -linkkejä mukaan
– Kytkinten ja palvelinten välinen osuus kannattaa myös päivittää, tämä tarkoittaa sitä, että palvelinten verkkokortit täytyy päivittää Gigabit Ethernetiä tukeviksi
– Näin saadaan nopea väylä sovellus- ja tiedostopalvelimiin
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 68
Gigabit Ethernet
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 69
Gigabit Ethernet• GMII (Gigabit Media Indipendent Interface)
– Tehtävä on ohjata MAC-kerroksen datavirta 125 megatavun nopeudella varsinaiselle siirtomediakohtaiselle koodausalikerrokselle
– Tarkoituksena on loogisesti erottaa siirtomediakohtainen elektroniikka kaikille toteutuksille yhteisestä siirtokerroksesta
• Näin ainakin periaatteessa voidaan valmistaa linjakortteja eri siirtomedioihin ainoastaan yhtä piiriä ja mahdollisesti liittimiä vaihtamalla
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 70
Gigabit Ethernet
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 71
Gigabit Ethernet• 8B/10B-koodaus : (Kuiduissa käytetty)
– Jokaista kahdeksaa lähetettävää bittiä kohti lisätään kaksi signalointibittiä
• Taulukossa 10 bitin koodisanat kaikille 8 bitin koodisanoille• 10 bitin koodisanat pyritty valitsemaan niin etteivät sekoittuisi
keskenään
– Koska alkuperäisessä Fiber Channelissä käytetyllä 1062 megabaudin signalointinopeudella ei tällöin päästy lähellekään tuhannen megabitin hyötydatanopeutta, kasvatettiin modulointinopeus Gigabitin Ethernetissä 1,25-kertaiseksi
• Muutoksesta seuraa, että vaikka alkuperäisenä ideana oli käyttää jo valmiina olevia komponentteja, joutuvat monet valmistajat suunnittelemaan piirinsä uudelleen 1,25-kertaista nopeudenlisäystä varten
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 72
Gigabit Ethernet
• 802.3ab – Luotiin perusteet 1000BASE-T peruskerrosstandardin
kehittämiselle, joka takaa 1 Gbps Ethernet-signaalin lähettämiseksi neljän CAT-5 UTP kuparikaapelin välityksellä sadan metrin maksimietäisyydelle tai läpimitaltaan kahdensadan metrin verkkoon
– Tämä standardi mahdollistaisi olemassa olevien UTP-kaapelien käytön Gigabitin Ethernetin verkkojen rakentamiseen
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 73
Gigabit Ethernet
• 1000BASE-CX– Etäisyydet lyhyiksi tai useita kaapeleita käyttöön– Yhdellä kaapelilla päästäisiin 50 m:n etäisyyksiin
käyttämällä kahta paria lähetykseen ja kahta vastaanottoon
• Näin yhteen pariin kohdistuva siirtonopeus olisi 500 Mbits
– Sadan metrin etäisyyksiin päästäisiin käyttämällä kahta kaapelia, joista kummastakin käytettäisiin kahta paria lähetykseen ja kahta vastaanottoon
• Tällöin yhteen pariin kohdistuva siirtovaatimus puolittuisi 250 Mbits tasolle
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 74
Gigabit Ethernet
1000BASE-CX
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 75
Gigabit Ethernet
• 2B/1Q-koodaus (1000Base-T/CX käytetty)– I00Base-T Fast Ethernetissä käytetään 4B/5B-
koodausta, jossa datavirtaan lisätään bittejä• Ei mahdollista hitaussyistä Gigabitin verkossa
– Käytetään 2B/1Q koodausta• Jokaista kahta bittiä kuvataan yhdellä
modulointisymbolilla, joten varsinaisia signaalitasoja on neljä (±450 mV ja ± 150 mV)
– Tähän koodaukseen lisätty nollatila (±0 mV) mahdollistaa kehysten lopun havaitsemisen
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 76
Gigabit Ethernet
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 77
100VG-AnyLAN
• IEEE 802.12-standardi• 100 Mbit/s verkko, jonka verkkosovittimet ovat
yhteensopivia myös perinteisen 10 Mbit/s Ethernetin kanssa
• 100VG-AnyLAN sisältää liikenteen priorisoinnin ja mekanismin, jolla tietylle sovellukselle neuvotellaan taattu palvelutaso
• 100VG-AnyLANiin nykyinen parikaapelointi käy sellaisenaan ja sillä voidaan toteuttaa suuremmat etäisyydet kuin esimerkiksi 100BASE-T:llä
• Topologialtaan tähtimäinen
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 78
100VG-AnyLAN• Demand Priority-kehysprotokolla :
– Perustuu solmujen ja keskittimien välisiin ohjaussignaaleihin, kahteen prioriteettitasoon ja keskittimien lähetyspyyntöjä tarkkailevaan hakukierrokseen, joiden perusteella siirtoyhteys muodostetaan
– Demand Priority mahdollistaa myös multimediapalveluja
– Poiketen muusta Ethernet-liikenteestä 100VG-AnyLAN käyttää osoitteellisia yhteyksiä, mikä lisää tietoturvallisuutta
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 79
100VG-AnyLAN• Yhteensopivuus :
– Sekä Ethernet- että Token Ring-verkoille– Yhteensopivuus mahdollistaa kytkeytymisen
nykyisiin Ethernet- ja Token Ring -verkkoihin siltojen välityksellä
– Reitittimillä voidaan olla yhteydessä muuallekin– 100VG-AnyLAN -tekniikka soveltuu sekä jaetun
median että kytkentäisen tekniikan verkkoihin
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 80
100VG-AnyLAN
• Kaapelointi :– 4-parinen CAT 3, 4 tai 5 UTP
• Max 200m
– Valokuitu• Max 2km
• Koodaus :– 5B/6B
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 81
100VG-AnyLAN
• Hyödyt :– Nopeus– Varausperiaate lähetyksessä– Prioriteetit, kaksi tasoa– Tuki Token Ring ja Ethernet verkoille– Tietoturva salakuunteluun ja verkkoon pääsyyn
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 82
100VG-AnyLAN
• Haitat :– Vanhat verkkoliitynnät eivät toimi, vaan kaikki
verkkoliitynnät vaativat päivityksen– Varausperiaate ei takaa lähetysvuoroa jollekin
yksittäiselle sovellukselle– 4-parisen kaapelin vaatimus– Vähäinen käyttäjäkunta
• Tekniikan tulevaisuus vaarassa
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 83
HIPPI & Sarja HIPPI
• HIPPI (HIgh-Performance Parallel Interface) on nopeaan tiedonsiirtoon suunniteltu yksinkertainen protokolla
• Serial HIPPI on tämän ANSI-standardin laajennus, joka mahdollistaa tiedonsiirron myös pidemmillä etäisyyksillä
• HIPPI-tietopaketteja on mahdollista lähettää myös muissa kuin HIPPI-verkoissa, mikä tekee HIPPIstä erittäin joustavan
• HIPPIä käytetään aina lähiverkoista runkoverkkoon asti
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 84
HIPPI & Sarja HIPPI
• Suunniteltiin alunperin suurten tietomäärien siirtoon erilaisten tiedonkäsittelylaitteiden välillä
• HIPPI on pyritty pitämään mahdollisimman yksinkertaisena ja näin ollen ominaisuudet ovat melko rajattuja
• HIPPIn (aikaisemmalta nimeltään HSC = High Speed Channel) kehitti ANSI Task Group X3T9.3 vuosina 1987-88 ja se standardoitiin 1991-93
• Standardi oli lajissaan ensimmäinen
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 85
HIPPI & Sarja HIPPI
• HIPPI:n siirtotie muodostuu 50 suojatusta kierretystä kuparikaapeliparista, joissa siirretään 32 bittiä rinnakkain 800 Mbits nopeudella
• Muu signalointi on hyvin pelkistettyä ja yksinkertaista, mikä mahdollistaa alle mikrosekunnin yhteyden muodostamisajan
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 86
HIPPI & Sarja HIPPI
• HIPPI-yhteys on yksisuuntainen (simplex), joten kaksisuuntaista (full-duplex) yhteyttä varten tarvitaan kaksi rinnakkaista erisuuntaista yhteyttä
• Tekniikka on suurten siirtonopeuksien mahdollistamiseksi piirikytkentäinen
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 87
Sarja HIPPI
• Sarja HIPPI käyttää erilaista fyysistä siirtotietä– HIPPI:n 50 kuparikaapeliparia on korvattu yhdellä
valokuituparilla, jota pitkin tieto siirretään sarjamuodossa 1.2 Gbaudin signalointitaajuudella
– Ainoa isompi ero on se, että tämä sama linkki voi toimia myös kaksisuuntaisena (full-duplex) ilman lisäkuituparia
– 1 600 Mbits nopeuteen käytetään kuitenkin kahta kuituparia.
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 88
HIPPI & Sarja HIPPI• Verkko :
– Kuparikaapelipareista koostuvan HIPPI-kaapelin maksimipituus on 50 metriä
– Sarja HIPPI:n pääasiallinen tarkoitus oli juuri pidentää kaapeloinnin maksimipituutta
– Sen kanssa voidaan käyttää joko monimuotokuitua, jolla päästään 300 metrin etäisyyksiin tai yksimuotokuitua, jolloin päästään 10 km kaapelipituuksiin
– Tämä helpottaa HIPPI-runkoverkkojen rakentamista ja mahdollistaa HIPPI-verkkojen rakentamisen esimerkiksi lähekkäin sijaitsevien laitosten välille
– Sarja HIPPI on käytännössä osoittautunut toimivaksi ja luotettavaksi tekniikaksi pitkilläkin siirtomatkoilla
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 89
HIPPI & Sarja HIPPI• Runkoverkkona :
– Yksittäinen HIPPI-runkoverkko ei tietenkään palvelisi samanlaista tarkoitusta kuin vaikkapa ATM-runkoverkko ellei sitä pystyttäisi tehokkaasti liittämään muilla tekniikoilla toteutettuihin runkoverkkoihin ja Internetiin
• HIPPI Link Encapsulation (HIPPI-LE) määrittelee miten HIPPI-verkossa siirretään IEEE 802.2 LLC-kehyksiä, joiden päällä mm. IP ja monet muut yleiset protokollat toimivat
• Lisäksi IETF määrittelee miten IP ja ARP toimivat HIPPI-verkossa
• Nämä määrittelyt mahdollistavat HIPPI-verkon liittämisen mihin tahansa TCP/IP-verkkoon IP-reitityksen kautta
– Piirikytkentäisyys haittana
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 90
HIPPI & Sarja HIPPI• Lähiverkkona :
– yleistynyt nopeasti kohteissa, joissa tarvitaan suurta siirtokapasiteettia pienellä alueella olevien laitteiden välille
• Supertietokoneet oheislaitteineen
• Suuret sovellukset työasemaverkoissa – 50 metrin kaapelointietäisyys aina välttämättä riitä
– Paksut 50-pariset kaapelit ovat hankalia käsitellä ja vaativat paljon tilaa sekä suuret liittimet
– Sarja HIPPI mahdollistaa pidemmän kaapeloinnin
– Piirikytkentäisyys haittana IP-liikenteelle
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 91
HIPPI & Sarja HIPPI• Tulevaisuus :
– Verkkosovelluksien tarvitsema siirtokapasiteetti kasvaa jatkuvasti
– Yksinkertainen ja luotettava, hinnaltaan kilpailukykyinen– Ainoa HIPPI:n heikkous on sen piirikytkentäisyys – Oman alansa sovelluksiin se on kuitenkin varteenotettava
vaihtoehto – Myös HIPPI:n uudet versiot kuten 6 400 Mbits
siirtonopeuksiin kykenevä GSN avaavat aivan uusia mahdollisuuksia
– Ainakin nopeiden lähiverkkojen erikoissovelluksissa HIPPI ja Sarja HIPPI tulevat tulevaisuudessakin olemaan käytettyjä protokollia
1645 Nopeat tiedonsiirtoverkot
Optinen tiedonsiirto
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 93
Optinen tiedonsiirto
• FC (Fiber Channel)
• Kanavoinnit (SCM, OTDM, OCDMA, WDM)
• SDH (Synchronous Digital Hierarchy)
• Sonet (Synchronous Optical Network)• FDDI (Fiber Distributed Data Interface)
• FTTH (Fiber To The Home)
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 94
Optinen tiedonsiirto (historiaa)
• Laser– Ensimmäiset 1958– Puolijohdelaser 1960-1970 vaihteessa
• Optinen kuitu– Idea 1850– Idea 1966 pieni hävikkisestä kuidusta– Kuitujen valmistustekniikat käyttökelpoisiksi 1975
paikkeilla – Yksimuotokuitu 1980-luvulla
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 95
Optinen tiedonsiirto (historiaa)
• Komponentit– 1987 WDM mahdollistui kuituvahvistimien tultua– Kuituvahvistimien tultua kuitutekniikat ovat
kehittynet räjähdysmäisesti– Siirtokyky kuiduissa kaksinkertaistunut vuosittain
• Nykyisin luokkaa 3Tbits/kuitu
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 96
Optinen tiedonsiirto
• Kuitutyypit– Monimuotokuidut
• Askelindeksi– Taitekerroin muuttuu ytimen ja päällysteen välillä yhtenä
hyppäyksenä
• Asteittaisindeksi– Taitekerroin muuttuu asteittaisesti
– Yksimuotokuidut• Kuidussa etenee vain yksi perusmuoto
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 97
Optinen tiedonsiirto
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 98
Fiber Channel• Fiber Channel eli kuitukanava on kokoelma ANSI:n
(American National Standards Institute) ja ISO:n (International Standards Organization) standardeja, jotka määrittelevät yhtenäisen tavan siirtää tietoa niin tietokoneiden kuin myös niihin liitettyjen oheislaitteiden välillä
• Laitteistotasolla toimivan kanavan tehtävänä on siirtää tietoa virheettömästi mahdollisimman nopeasti paikasta toiseen ilman pitkiä viiveitä ja toisaalta ilman taukoja
• Fiber Channel on kanavan ja verkon välimuoto ja tekee mahdolliseksi usean pisteen väliset laitteistotasolla toteutetut nopeat yhteydet
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 99
Fiber Channel
• Topologiat– Kahden pisteen välinen (point-to-point-) yhteys– Rengas
• Max 126 laitetta, jokainen lähettää vuorollaan
– 'kudos' (Fabric)• Toisiinsa liitettyjen Fibre Channel -kytkinten
muodostama verkko
– Kaikissa topologioissa tietokehyksiä ohjataan niiden sisältämien porttiosoitteiden perusteella
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 100
Fiber Channel
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 101
Fiber Channel
• Palveluluokat– Luokka 1
• Piirikytkentäinen yhteys kahden pisteen välillä • Siirtokanavan koko kaistanleveys varataan pysyvästi yhteyden
ajaksi vain kahden laitteen käyttöön
– Luokka 2• Siirretään tietoa varaamatta kanavaa kokonaan, jolloin eri
laitteet voivat jakaa saman tiedonsiirtokanavan keskenään • Luokan 1 ja 2 palvelutasoilla kehysten virheetön vastaanotto
kuitataan, ja virhetilanteessa kehys lähetetään uudelleen • Toisin kuin luokassa 1, 2. luokassa kehykset eivät välttämättä
saavu perille samassa järjestyksessä, kuin ne on lähetetty
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 102
Fiber Channel
• Palveluluokat– Luokka 3
• Luokan 2 tavoin yhteydetön, mutta kehysten vastaanottoa ei kuitata
• Voidaan käyttää esimerkiksi haluttaessa lähettää tietoa samalla kertaa useille vastaanottajille
– Luokka 4• Yhteydellinen palvelu, jossa siirtokanavan kaistanleveydestä
varataan fyysisellä tasolla osa kahden pisteen väliseen tiedonsiirtoon
• Tämä palvelumuoto takaa yhteydelle vakiosiirtonopeuden ja -siirtoviiveet
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 103
Fiber Channel• FC-malli sisältää 5 kerrosta
– FC-0 (Fyysinen kerros)• Kaapelit, liittimet, nopeudet, …
– FC-1• Tiedon koodaustavat, merkkikohtaisen virheenvalvonta ja
synkronointi
– FC-2 (Kuljetuskerros)• Yhteydenmuodostus, vuonvalvonta, virheenkorjaus
– FC-3 (palvelukerros)• Point-to-Multipoint palvelut
– FC-4 (Sovelluskerros)• Rajapinta sovelluksille
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 104
Fiber Channel
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 105
Fiber Channel
• Käyttö– Kuitukanava tiedonsiirrossa kaksi kertaa niin nopea
kuin esimerkiksi HIPPI-kanavat, koska tietoa voidaan kuitukanavaa pitkin siirtää kaksisuuntaisesti
– Tietokoneiden keskinäinen tiedonsiirto voidaan toteuttaa usean rinnakkaisen kuitukanavan avulla
– Kuitukanava ei kuitenkaan korvaa muuta, kuitukanavan verkkokäyttösovellukset rajoittuvat lähinnä LAN:eihin
– Parhaiten kuitukanava soveltuu suuria tietomääriä, kuten grafiikkaa ja liikkuvaa kuvaa käyttäviin sovelluksiin
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 106
Kaistanjakomenetelmät
• Myös optisissa verkoissa on mahdollista jakaa käytettävissä olevaa kaistaa useiden käyttäjien kesken, eli kanavoida
• Perustekniikoita on neljä :– WDM (Wavelength Division Multiplexing)– SCM (Subcarrier Multiplexing)– OTDM (Optical Time Division Multiplexing)– OCDMA (Optical code Division Multiple Access)
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 107
Kaistanjakomenetelmät (SCM)• Subcarrier Multiplexing
– Perustuu kaapeli-TV tekniikkaan
– Hyödynnetään sähköisiä mikroaaltokomponentteja
– Kanavat erotellaan ero radiotaajuisilla kantoaalloilla
– Kanavat summataan toisiinsa ja syntyneellä signaalilla moduloidaan laseria
– Vastaanotettaessa optisen vastaanottimella voidaan signaali taas muuntaa takaisin radioaalloksi
– Edut : Voidaan hyödyntää kaapeliTV-verkkoa
– Haitat : Pieni kapasiteetti, vaatii laajan alueen omaavan laserin
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 108
Kaistanjakomenetelmät (SCM)
SUM
Optical Modulator
Laser
Data Mixer
Data Mixer
Cos(2fsc1 t)
Cos(2fsc2 t)
Carrier
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 109
Kaistanjakomenetelmät (OTDM)
• Optical Time Division Multiplexing– Muistuttaa perinteistä sähköistä TDMA:ta
– Täysin optinen
– Multiplekseri pystyy optisen kellosignaalin avulla lisäämään ja poistamaan ko. kellosignaalin kohdalla olevan bitin ohikulkevasta bittivirrasta
– Mahdollistaa kahdeksan 10Gbits signaalin multipleksauksen 80Gbits:ksi
– Haittana erittäin kalliit multiplekseri-laitteet
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 110
Kaistanjakomenetelmät (OCDMA)• Optical Code Division Multiple Access
– Muistuttaa perinteistä CDMA:ta– Kullakin yhteydellä oma avain, jolla signaali koodataan– Mahdollistaa yksinkertaisten optisten komponenttien
käytön monimutkaisissa signaalienkäsittelyoperaatioissa– Ongelmana suuri herkkyys vaihe- ja
polarisaatiovaihteluille– Perustuu koodeihin, jotka vaativat hyvin suuret
avainpituudet pienilläkin käyttäjämäärillä
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 111
Kaistanjakomenetelmät (WDM)
• WDM (Wavelength Division Multiplexing)– Hyödyntää paremmin kuidun kaistanleveyden– WDM:ä käytettäessä sama siirtotie eli valokuitu
annetaan yhtä aikaa usean käyttäjän käyttöön niin, että jokaiselle rinnakkaiselle käyttäjälle annetaan oma aallonpituus käyttöön
– Näin useita signaaleja voidaan lähettää yhtä aikaa siirtotielle, ilman että ne häiritsevät toisiaan
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 112
Kaistanjakomenetelmät (WDM)
• Tekniikka– Useimmat optiset kuituverkot perustuvat ATM ja TDM
tekniikoihin, joita käytetään SDH:n (Synchronous Digital Hierarchy) tai SONET:n (Synchronous Optical Networks) päällä
– OTDM järjestelmät tarjoavat nykyään parhaimmillaan noin 80 Gbit/s nopeuden
• Hyvin kallista tekniikkaa johtuen todella kalliista lähetin vastaanottimista
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 113
Kaistanjakomenetelmät (WDM)
• Tekniikka– Kapasiteetin kasvattaminen point-to-point yhteyksillä
• WDM-lähetinvastaanottimet yksimuotokuitujen päihin
• Multipleksoidaan kuidulle useita rinnakkaisia yhteyksiä eri aallonpituusalueilla
• Näin on mahdollista ajaa esimerkiksi 4 tai 16 rinnakkaista signaalia yhdellä yksimuotokuituyhteydellä
• WDM:n etuna on se että ei tarvitse yrittää toimia muuta kuin ”normaali” nopeudella jokaisella rinnakkaisella kanavalla ja ei siten tarvitse yrittää murtaa rajoja rakentamalla huippunopeaa liityntäelektroniikkaa
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 114
Kaistanjakomenetelmät (WDM)
• WDM- Laitteet :– WDM-multiplekseri
• Yhdistää WDM-kanavat yhteen kuituun
– WDM-demultiplekseri• Jakaa kanavat omiin ulosmenoportteihin
– WDM-add-multiplekseri• Lisää yhden kanavan kuituun
– WDM-drop-multiplekseri• Poistaa yhden kanavan kuidusta
– WDM-add/drop-multiplekseri• Lisää ja poistaa samanaikaisesti kanavan
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 115
Kaistanjakomenetelmät (WDM)
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 116
Kaistanjakomenetelmät (WDM)• Verkot
– Soveltuu käytännössä ainoastaan point-to-point yhteyksille
• Kuuluu OSI-mallin fyysiselle tasolle
• Jokainen aallonpituus toimii omana kanavanaan ja jokainen kanava voidaan asettaa halutunlaisen liikenteen käyttöön
• Kanavien tiedonsiirtonopeudet voivat olla eri suuruiset
– Voidaan laajentaa verkoiksi (add/drop-laitteilla), mutta aiheuttaa lukuisia ongelmia
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 117
Kaistanjakomenetelmät (WDM)• WDM:n avulla on teoriassa mahdollista siirtää
yhdessä kuidussa jopa 25 - 50 Tbit/s • Optisen reitityksessä ja tietoturvallisuudessa
optisissa verkoissa on vielä nykyisellään paljon selvittämättömiä asioita – Jatkossa tullee markkinoille erityyppisiä WDM:ää
käyttäviä optisia kytkimiä ja reitittimiä joiden avulla voidaan rakentaa monenvälisiä WDM-yhteyksiä
• Kyetään paremmin hyödyntämään WDM tarjoamaa suurempaa kaistanleveyttä
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 118
Kaistanjakomenetelmät (WDM)• WDM-teknologian hinta tulee tulevien vuosien aikana
putoamaan huomattavasti, ja rinnakkain voidaan todennäköisesti siirtää jopa 50 eri aallonpituuskaistaa
• Hintojen laskiessa on todennäköistä että WDM tunkeutuu myös lähiverkkoratkaisuihin– Nykyhinnoilla kannattavampaa käyttää lyhyillä etäisyyksillä
rinnakkaisia kuituja
• WDM on sitä edullisempi mitä lyhyemmillä yhteyksillä sitä käytetään – Voidaan käyttää halvempia ja heikkolaatuisempia lasereita
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 119
SDH / SONET• SONET ja SDH ovat kuituverkoissa
tapahtuvan synkronoidun datasiirron standardeja– SONET (Synchronous Optical NETwork)
• Yhdysvaltojen versio ANSIn julkaisemasta standardista
– SDH (Synchronous Digital Hierarchy) • Saman standardin kansainvälinen versio,
jonka on julkaissut Kansainvälinen televiestintäliitto (ITU)
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 120
SDH / SONET• Poiketen WDM:stä suunniteltu alusta asti hyvin
hallittavaksi• Tarjoaa tavan multipleksoida aikajakoisesti useita eri
nopeuksisia yhteyksiä yhdeksi nopeaksi bittivirraksi– Eri yhteyksiä voi lisätä/poistaa muun bittivirran häiriintymättä
• Hitaampia SDH-yhteyksiä voidaan myös koota nopeammaksi SDH-yhteydeksi – (155Mbit/s, 622Mbit/s…40Gbit/s)
• Käytetään myös nopeiden point-to-point linkkien toteutukseen
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 121
SDH / SONET
• SDH-kehys 125s välein
• Kehyksessä : – SOH (Section OverHead) –kenttä
• Osoittaa kehyksen alun
• Hallintainformaatiota
• Osoitin virtuaalipiiriin
– AU (Administrative Unit) –kenttä• Varsinainen tiedonsiirtokapasiteetti
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 122
SDH / SONET• Verkkolaitteet
– Toistimet• Signaalin uudelleenmuodostus
– Multiplekserit• Yhdistää siirrettävät eri signaalit
– Add/Drop-multiplekserit
• Verkkorakenteet– Point-to-Point– Point-to-Multipoint– Mesh-verkkoja– Rengasverkkoja
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 123
SDH / SONET
• SDH-yhteydet ovat kiinteänopeuksisia
• Reititys vaatii tarvittavan määrän vapaita aikaslotteja yhteyden päätepisteiden välillä
• SDH:n tulevaisuus ei näytä uhatulta
• SONET laitteiden myynti on kasvanut räjähdysmäisesti USA:ssa
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 124
Optical Transport Network (OTN)
• SDH:n ongelmaksi tullee kapasiteetin riittävyys ruuhkaisimmilla yhteyksillä
• WDM-verkot eivät tarjoa suuremmin hallittavuutta eikä luotettavuutta
• Ratkaisuna näiden yhdistäminen optiseksi siirtoverkoksi OTN:ksi– Tulee olemaan monisiirtopalveluverkko joka tukee
• SDH:n signaaleja• ATM-soluja• Muuttuvan mittaisia paketteja (esim. 10 Gigabitin Ethernet)
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 125
FDDI
• FDDI (Fiber Distributed Data Interface) kuitupohjainen tiedonsiirtoverkko 100Mbits– Perustuu Token Ring tyyppiseen valtuudenvälitykseen
• Eroaa fyysisen tiedonsiirtomedian kohdalta
– Kuituyhteys tuo mukanaan merkittäviä etuja• Mahdollistaa suuren tiedonsiirtonopeuden
• Häiriösietoisuus sähkömagneettisille ilmiöille
• CDDI (Copper Distributed Data Interface)– FDDI, jossa siirtotienä parikaapeli
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 126
FDDI• High Speed Token Ring (HSTR)
– 100Mbit/s nopeuksinen TR-verkko, pohjautuu perinteiseen TR-teknologiaan
– Sama kehysrakenne ja pakettikoko– Kaapelointi samaa vanhaa tekniikkaa sekin
• STP, IBM tyyppi 1 100 m • UTP, cat 5 100 m • MMF valokuitu n. 2 km
– Tavoitteena oli saada aikaan myös 1Gbit/s TR
• TR:ien kehitystyö lopetettu
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 127
FDDI
• FDDI suunniteltiin ennen kaikkea kahden tai useamman sitä hitaamman Ethernet verkon yhdistäjäksi
• FDDI suunniteltiin pääasiassa toimivaksi runkoverkkona tai kahden supertietokoneen välisenä point-to-point yhteytenä
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 128
FDDI
• Topologia– Looginen kaksoisrengas
• Renkaan muodostaa kaksi optista rengasta, joissa sama tieto kulkee vastakkaisiin suuntiin
• Toinen renkaista on primary ring, toisen ollessa secondary ring
• Normaalissa tilanteessa secondary ringissä liikkuva tieto on vain varmistuksena
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 129
FDDI• Vahvuudet
– Stabiili kuormituksen kasvaessa suureksi, jolloin tiedonsiirron katkoksilta tulisi välttyä mahdollisimman tehokkaasti
– perustuu pääasiassa kahdennettuun siirtotiehen
• Heikkoudet– Verkon rakenne ja hierarkia on tiukasti rajattu
• monimutkainen ja kallis verkkorakenne
– Stabiiliusvaatimus• Kaikkien mahdollisten vikatilanteiden huomioiminen tekee verkon
hallinnan monimutkaiseksi ja vaikeaksi hallita
– FDDI:n kehittely ja laitevalmistus lakkautettu muutama vuosi sitten, ei koskaan saavuttanut kovinkaan suurta suosiota
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 130
FDDI• FDDI-II
– Perusmuodossaan toimii kuten FDDI – Suurimpana erona on mahdollisuus ajaa FDDI-II:sta
hybridimuodossa• Paketit kulkevat piirikytkentäisesti
• Tarvitaan kun dataverkossa halutaan siirtää ääntä tai videota– Tällöin tulee pystyä takaamaan tietty jatkuva kaistanleveys
aikayksikköä kohden
– FDDI-II ei saavuttanut suosiota– FDDI-II jäi standardiksi jota ei juurikaan käytetty
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 131
FTTH (Fiber To The Home)
• Tavoitteena tarjota tilaajaliityntä kuitutekniikalla
• Monet Internetin palvelut vaativat suurta tiedonsiirtokapasiteettiä
• VOD
• Kaksisuuntainen DigiTV-yhteys kuidun kautta kuluttajalle
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 132
FTTH (Fiber To The Home)• 1970 luvulta lähtien Televerkkojen kuparikaapeleita on
korvattu kuituteknologialla• Televerkon kehittyessä kuitu tulee koko ajan
lähemmäksi tilaajaa:– tilaajakeskuksista edelleen lähelle käyttäjää jakokaappiin
(FTTC, Fiber to the Curb) – Viimeinen lenkki on vielä pitkään parikaapeli (puhelinverkko)
tai koaksiaalikaapeli (TV-verkko)
• Tavoitteena tarjota kuluttajalle laajakaistainen kaksisuuntainen kuituyhteys koko matkalle palveluntarjoajalta kotikoneelle, eli FTTH
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 133
FTTH (Fiber To The Home)• FTTC
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 134
FTTH (Fiber To The Home)• FTTC:ssä tieto siirretään palvelimelta kuitua pitkin
asiakkaan kodin välittömään läheisyyteen asti– Omakotitalo -> kadun/korttelin laita– Kerros/rivitalo -> Taloon / Taloyhtiöön
• Viimeiset kymmenet metrit siirtotienä perinteinen kuparikaapeli
• Mitä lyhyempi valokuiduton osuus on, sitä suurempaan nopeuteen päästään varsinaisessa liitynnässä
• Nopeuksiin vaikuttavat myös kompressiotekniikoiden kehittyminen
• Televerkon kehittymisen myötä kuitu tulee kuitenkin lopulta kotitalouksiin asti
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 135
FTTH (Fiber To The Home)• FTTH
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 136
• Koko yhteys palveluntarjoajalta asiakkaan päätelaitteelle kuitua pitkin– Hyvin suuret tiedonsiirtonopeudet– Pienet häiriöt / hävikit
– Parempi palvelunlaatu
FTTH (Fiber To The Home)
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 137
FTTH (Fiber To The Home)
• FTTH ei liityntäratkaisuna tunnu todennäköiseltä lähitulevaisuudessa
• Suomessa teleinfrastruktuuri on varsin kattava, eikä nykyisten parikaapeleiden korvaaminen lähitulevaisuudessa mittavassa määrin kuidulla tunnu todennäköiseltä
1645 Nopeat tiedonsiirtoverkot
Nopeat runkoverkot
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 139
Nopeat runkoverkot
Valtakunnallisten runkoverkkojen siirtokapasiteetin kehitys 1950-2005
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 140
Nopeat runkoverkot• Funet (the Finnish university and research network)
– CSC:n (CSC - Tieteellinen laskenta Oy) ylläpitämä suomalaisten yliopistojen, korkeakoulujen ja tutkimuslaitosten yhteinen tietoliikenneverkko, jonka kautta liikennöi noin 90 asiakasorganisaatiota
– Funetin välittämät tietoliikennemäärät ovat kasvaneet noin 150% vuodessa useamman vuoden ajan
– Liikenteen suuri kasvu johtuu tiedeyhteisön ja opiskelijoiden lisääntyvästä aktiivisesta verkonkäytöstä ja siitä, että uudet verkkopalvelut ja tekniikat tulevat aikaisessa vaiheessa käyttöön Funet-verkossa
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 141
Nopeat runkoverkot
• Funet – Uusi Funet2001-verkko jakautuu rakenteeltaan
kahteen osaan, runkoverkkoon ja liitäntäverkkoihin
– Verkon luotettavuutta parannetaan lisäämällä varayhteyksiä, joilla pyritään vähentämään vakavien katkojen riskiä
– Verkon valvonta ja ylläpito muuttuvat ympärivuorokautiseksi
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 142
Nopeat runkoverkot
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 143
Nopeat runkoverkot
• Asiakkaat voivat liittyä FUNET:in verkkoon PoS (Packet over Sonet)-, ATM-, tai Ethernet-tekniikalla
• Tärkeimmät liitynnät STM-16 tekniikkaan perustuvia (2.5 Gbit/s)
• Liitynnän nopeus sovitaan tarpeen mukaan• Tällä hetkellä LTKK:n liityntä STM-1 tekniikalla
(155Mbit/s)– Nopeus voidaan tarvittaessa nostaa 622Mbit/s, STM-4:n
avulla
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 144
Nopeat runkoverkot
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 145
Nopeat runkoverkot
• Suomen runkoverkkotilanne
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 146
Nopeat runkoverkot• NORDUnet
– Pohjoismaat ovat hyvin aktiivisessa yhteistyössä järjestäessään verkkopalveluja korkeakoulu- ja tiedeyhteisölle
– Kansainvälisten verkkoyhteyksien järjestämiseksi perustettiin Tanskaan osakeyhtiö NORDUnet A/S, jonka osakkaina ovat viiden Pohjoismaan tutkimusverkko-organisaatiot:
• DENet Tanska, Funet Suomi, RHnet Islanti, SUNET Ruotsi ja UNINETT Norja
– NORDUnet huolehtii kaikkien Pohjoismaiden välisestä tiedonsiirtoverkosta ja yhteyksistä muihin Euroopan maihin, Yhdysvaltoihin ja muualle Internet-verkkoon
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 147
Nopeat runkoverkot
Yhteydet Suomesta ulkomaille
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 148
Nopeat runkoverkot
• Nykypäivänä valtaosa runkoverkoista on toteutettu ATM-tekniikalla
• Jonkin verran Gigabitin nopeudella toimivia Ethernet-runkoverkkoja
• Lukuisilla erilaisilla tekniikoilla toteutettuja runkoyhteyksiä, joita ei oikein voi runkoverkkoihin lukea kuuluviksi
1645 Nopeat tiedonsiirtoverkot
ATM
(Asynchronous Transfer Mode)
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 150
ATM• ATM (Yleisesti)
• ATM-Referenssimalli
• ATM-Lähiverkot (yms.)– ATM-LANE– MPOA– Frame Relay– IP-Over-ATM– MPLS
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 151
ATM• ATM:n suuren suosion syitä :
– 1. ATM on syntynyt tarpeesta luoda kansainvälinen standardi, jolla voidaan yhdistää sekä erityyppisiä laitteita että eri liikennelajeja. ATM:n tavoitteena on yksi yhtenäinen ja kattava standardi.
– 2. Perinteisesti yritysten sisäisissä lähiverkoissa ja lähiverkkoja yhdistävissä alueverkoissa on käytetty eri tekniikoita. ATM on tarkoitettu käytettäväksi niin lähi- kuin alueverkoissa.
– 3. ATM:n myötä ei tarvita enää erillisiä verkkoja vaan eri liikennelajit (puhe, datan ja videokuvan siirto) voidaan integroida yhteen verkkoon.
– 4. ATM-teknologia skaalautuu helposti eri tarpeisiin, koska se on käytettävissä useille eri nopeuksille megabiteistä gigabitteihin.
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 152
ATM
• Verkko– Muodostuu ATM-kytkimistä ja niitä
yhdistävistä ATM-linkeistä – Kytkimien perustoiminta on hyvin
yksinkertaista• Vastaanottaa datapaketteja tai ATM-terminologian
mukaisia ATM-soluja yhdestä liitännästään ja lähettää ne eteenpäin toista liityntää pitkin kytkimen sisäisten kytkentätaulujen mukaisesti
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 153
ATM
• Solu– Siirrettävä data jaetaan kiinteän mittaisiin
paketteihin, soluihin (5+48 tavua)– Kiinteän mittainen solu – nopeuttaa käsittelyä– Lyhyt solu – Soveltuu hyvin reaaliaikaisiin
interaktiivisiin palveluihin– Asynkronisuus – Solut voidaan siirtää missä
järjestyksessä tahansa
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 154
ATM
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 155
ATM
• Päätelaitteet – ATM-verkon datan ensisijaisia lähteitä – Voivat olla työasemia, palvelimia tai mitä
tahansa laitteita, jotka kytkeytyvät verkkoon aidolla ATM-liitännällä
• Tämä liitäntä on nimeltään User Network Interface (UNI)
• ATM-kytkimien välistä liitäntää kutsutaan puolestaan Network Node Interfaceksi (NNI)
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 156
ATM
Verkon rakenne
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 157
ATM
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 158
ATM
• Kytkentäisyys – Ennen datan lähettämistä on muodostettava virtuaaliyhteys
verkon yli lähettäjältä vastaanottajalle – Koska ATM-verkoissa kanavoidaan useista lähteistä tulevaa
liikennettä, sen on tarjottava mekanismit erottaa yhteydet toisistaan
– ATM-verkoissa tämä toteutetaan seuraavan kolmiportaisen hierarkian avulla:
• ATM-linkit, jotka yhdistävät kytkimet toisiinsa • Virtuaalipolut, jotka erotellaan toisistaan virtuaalipolkutunnuksen (VPI)
avulla • Virtuaalikanavat, jotka osoitetaan virtuaalikanavatunnuksilla (VCI)
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 159
ATM
• Datansiirto tapahtuu virtuaaliyhteyksiä (VCC, Virtual Channel Connection) pitkin– Päästä päähän yhteyksiä lähettäjältä vastaanottajalle
– Koska VCC on yksisuuntainen, se toimii aina parina (yksi molempiin suuntiin)
– Jokaisessa siirrettävässä solussa on kaksi tunnusta VPI ja VCI,• Identifioivat virtuaaliyhteyden, jolle solut kuuluvat
• Soluissa ei ole osoitetta, koska se veisi liian suuren osuuden solun 53 tavusta
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 160
ATM
• VCC:t on ryhmitelty virtuaalipoluiksi – Ryhmittelyn tarkoituksena on helpottaa
verkonhallintaa esimerkiksi virhetilanteissa – Jos esimerkiksi ATM-linkki kahden kytkimen
väliltä vikaantuu, kaikki linkin kautta kulkevat virtuaaliyhteydet voidaan kytkeä uudelleen vaihtoehtoista reittiä kytkemällä ainoastaan virtuaalipolut sen sijaan että yhteydet kytkettäisiin yksi kerrallaan
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 161
ATM
• Solujärjestys säilyy– Kaikki samaan virtuaaliyhteyteen kuuluvat
solut siirretään lähettäjältä vastaanottajalle samaan reittiä
• Tämän seurauksena solut saapuvat perille aina samassa järjestyksessä kuin missä ne on lähetetty
• Ylemmän kerroksen protokollien ei tarvitse huolehtia oikean järjestyksen palauttamisesta
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 162
ATM
• Kytkentä1. Kytkin vastaanottaa solun
2. Se katsoo VPI-kentän arvon mukaan oikean VCI-taulun kyseisen liitännän VPI-taulukosta
3. VCI-kentän avulla kytkin hakee vastaavat ulos lähtevät linkit, virtuaalipolun ja virtuaalikanavan
4. Kytkin sijoittaa oikeat arvot kyseiseen soluun ja lähettää sen eteenpäin
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 163
ATM
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 164
ATM• Kytkimen toiminta näyttää yksinkertaiselta, tapauksessa
joissa kytkentätaulukoiden arvot on valmiiksi olemassa– Nämä kytkentätiedot voidaan antaa kahdella eri tavalla, jotka
määrittelevät myös ATM-yhteyksien perustyypit1. Kiinteät virtuaaliyhteydet (PVC)
• Muodostetaan jollain ulkoisella mekanismilla kuten verkonhallinnan toimesta
• Verkon operaattorit kirjoittavat kunkin virtuaaliyhteyden vaatimat kytkennät kaikkiin kytkimiin
2. Kytkentäiset virtuaaliyhteydet (SVC)• verkko muodostaa automaattisesti itsestään
• ATM-verkon signalointi huolehtii tarvittavien kytkentätietojen siirtymisestä kaikille yhteydellä oleville kytkimille
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 165
ATM
Kytkimen toiminnot
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 166
ATM• Kytkentäelementti on kytkimen perusosanen
– Sisältää yleensä sisääntulo- ja ulosmeno- ohjaimet, sekä niitä yhdistävän verkon
• Saapuvan solun reititystiedot tarkistetaan ja niiden perusteella ohjataan solu oikeasta tuloportista oikeaan lähtöporttiin
• Usein sama linjakortti sisältää ja ohjaa sekä sisään-, että ulosmenoa
• Kaikki kytkimet vaativat puskurointia, tulo-, lähtö-, tai molemmilla porteilla
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 167
ATM
• Erityyppisiä kytkimiä :– Ristikytkentämatriisi
• Voidaan kytkeä mikä tahansa vapaa tulo/meno-pari
– Keskusmuistipohjainen• Vaatii nopean muistijärjestelmän
– Väyläpohjainen• Rinnakkainen, yleensä aikajakoinen
– Rengaspohjainen• Vastaava toimintaperiaatteiltaan kuin väyläpohjainen
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 168
ATM
Kytkentämatriisikytkin Keskusmuistipohjainen kytkin
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 169
ATM
Väyläpohjainen kytkin Rengaspohjainen kytkin
1645 Nopeat tiedonsiirtoverkot
ATM Referenssimalli
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 171
ATM• ATM-standardit pohjautuvat hyvinkin suoraan
aikaisempiin ISDN-standardeihin• Out-of-band-tyyppinen signalointi• Palvelun laatua ja verkon suorituskykyä valvotaan
jatkuvasti– Solujen häviötodennäköisyydet– Virhesuhteet– Viiveet– Viiveen vaihtelut– …
• Tarjoaa useille eri palveluille monia siirtopalveluita• Verkonhallinta hyvin kattavaa
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 172
ATM protokollat• Jakautuvat kahteen pääryhmään
– Signalointi• Yhteyden muodostus, hallinta, purku
• Luonteeltaan yhteyskohtaisia, hyvinkin monimutkaisia
– Siirtotaso• Tiedonsiirtopalvelut
• Käsitellään PDU:ita ja soluja
• Luonteeltaan hyvinkin yksinkertaisia (nopeusvaatimukset)
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 173
ATM:n PRM
• Toiminnat jaettu kerroksiin
• Kerrosten toiminnat ja niiden väliset suhteet kuvataan PRM:llä
• ATM:ssä käytetään B-ISDN mallia, joka pohjautuu jossain määrin OSI-malliin– kerrokset eivät täysin riippumattomia toisistaan
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 174
B-ISDN PRM• Kolme tasoa
– Käyttäjätaso• Siirtopalvelut datalle
– Vuon ohjaus, virheistä toipuminen, …
– Ohjaustaso• Signalointipalvelut yhteyksille
– Muodostus, ylläpito, purku
– Hallintataso• Kerroshallinta
– Kerrosten toimintojen resurssien hallinta
• Tasohallinta– Koko järjestelmän hallinta, mukaan lukien eri tasojen hallinnan
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 175
B-ISDN PRM
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 176
Kerrokset• Termejä :
– Solu • Kiinteän mittainen, yksilöidään ATM kerroksella tunnisteella
– Idle cell• Solu, jonka fyysinen kerros lisää poistaa sovittaakseen ATM-tason ja
siirtotien nopeudet
– Valid cell• Solu, jonka otsikko ei ole virheellinen
– Invalid cell• Solu, jonka otsikko on virheellinen
– Assigned cell• Solu, joka tarjoaa palvelun ATM-kerrosta käyttävälle sovellukselle
– Unassigned cell• Solu, joka ei ole edeltävää tyyppiä
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 177
Kerrokset• Fyysinen-kerros (Jaettu kahteen alikerrokseen)
– Fyysinen media (PM)– Lähetyskonvergenssi (TC)
• Siirtonopeuden sovitus, kehystys, ajoitus
• Vain Assigned/unassigned solut välitetään ATM-kerrokselle
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 178
Kerrokset• ATM-Kerros
– Solujen kanavointi– VPI ja VCI muunnos– Soluotsikoiden muodostus ja käsittely– GFC (Generic Flow Control) vuonohjaus
• AAL-Kerros (sovituskerros)– Segmentation and Reassembly, SAR-alikerros
• Jakaa lähetyspäässä CS-PDU:t 48-tavun lohkoihin
– Konvergenssialikerros, CS• Tarjoaa erilaisia palveluita eri sovelluksille (sovittaa
siirtopalvelut sovelluksille sopiviksi)
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 179
Kerrokset
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 180
Kerrokset
• Kaikkien kerrosten hallintatoiminnot ovat täysin riippumattomia toisten tasojen hallinnoista
• Kaikilla kerroksilla on hallintatoiminnot laatu- ja tilatietojen saamiseksi– Välitetään tarvittaessa seuraavalle ylemmälle
tasolle, tai kerroshallinnalle
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 181
Käyttäjän verkkorajapinta (UNI)• Siirtomuoto
– Siirtotien tarjoama hyötykuormakapasiteetti on jaettu soluihin
• Hyötykuorma = siirtokapasiteetti-liittymän toiminnan vaatima osuus
– Rajapinnassa ei ole kiinteästi määriteltyjä soluja• Määrittelyt voivat muuttua dynaamisesti
– Eri tyyppisiä liikenteitä voidaan yhdistää vapaasti• Kunhan kokonaiskapasiteetti ei ylity
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 182
Käyttäjän verkkorajapinta (UNI)
• Yhteydenmuodostus– Käytetään ns. one-pass –menetelmää (UNI-
signaloinnin välityksellä)• Yhteydenmuodostuspyyntö välitetään ensin lähettäjältä
vastaanottajalle.• Vastaanottaja voi joko hyväksyä tai hylätä tämän
yhteydenmuodostuspyynnön• Jos vastaanottaja ilmoittaa yhteydenmuodostuspyynnön
lähettäjälle, että yhteydenmuodostus hyväksytään, kuittaa lähettäjä vielä yhteyden
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 183
Käyttäjän verkkorajapinta (UNI)
Yhteydenmuodostusprosessi
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 184
Käyttäjän verkkorajapinta (UNI)• Yhteydenmuodostus
– UNI-signalointia varten verkossa käytetään ATM-osoitteita• UNI vaatii toimiakseen mekanismin, jolla voidaan osoittaa mikä tahansa
verkon laite– ATM- verkossa on käytössä erilaisia osoitteita
• ITU-T:n mallissa käytetään julkisia E.164-osoitteita– Tämän takia ne ovat myös usein suhteettoman kalliita, jolloin niitä ei voida
käyttää esimerkiksi yritysten sisäisissä verkoissa– Yksinkertaisuudessaan 20-tavuinen E.164-osoite muodostuu maa-, alue-, ja
päätelaitekoodista, jolloin osoitetta voidaan käyttää suoraan solujen reitittämiseen
• ATM Forum määritellyt oman osoiterakenteen yksityisille verkoille– Nämä 20-tavuiset osoitteet ovat NSAP-osoitteita (Networks Service
Access Point address) ja jakaantuvat kahteen osaan: » Initial Domain Part:iin, joka määrittelee käytettävän osoitesyntaksin» Domain SpecificPart:iin, joka määrittelee itse osoitteen
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 185
Käyttäjän verkkorajapinta (UNI)
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 186
Käyttäjän verkkorajapinta (UNI)• Kytkin valitsee oikean reitin
yhteydenmuodostussanomalle• Hierarkkisella verkkorakenteella pyritään
minimoimaan yksittäisten kytkimien reititystaulujen suuruutta sekä liikennekuormaa, joka aiheutuu reititystaulujen vaihdosta
• Yhteydenmuodostusprosessin jälkeinen liikennöinti ohjataan samaa reittiä pitkin, ATM-osoitteet korvataan jokaisella linkkiyhteydellä yhteyden käyttöön allokoidulla VPI/VCI-parilla
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 187
Käyttäjän verkkorajapinta (UNI)• Siirtonopeudet
– B-ISDN-perusnopeudet ovat n. 155Mbit/s & 600Mbit/s– Fyysisen kerroksen nopeudet ovat 155.520Mbit/s ja
622.080Mbit/s• Perustuvat SDH:n nopeuksiin (STM-1 & STM-4)
– 2.5Gbit/s liityntä• Tarjoaa noin 2.4Gbit/s siirtonopeuden ATM-tasolle
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 188
Käyttäjän verkkorajapinta (UNI)• Liittymän rakenne
– SDH tarjoaa joustavuutta • Voidaan yhdistää vanhoja ISDN- ja ATM-laitteita
– Rajapinnassa SDH-kehyksen hukkaama kapasiteetti (n.3.7%) hyödynnetään alimpien kerrosten hallinnassa
• Siirretään vapaalla 3.7%-kapasiteetilla hallintainformaatiota
– SDH:ssa voidaan kanavoida siirtotielle useita erinopeuksisia liittymiä hierarkkisesti
• Kapasiteetti voidaan jakaa neljään osaan, jotka edelleen voidaan jakaa neljään osaan
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 189
155/622Mbit/s liitynnät• Fyysisen tason konvergenssikerroksella
– 155.52Mbit/s yhteydellä soluvirta sijoitetaan C-4 (9*260 tavua) kehykseen, joka taas sijoitetaan VC-4 kehykseen (9*261 tavua) ja siihen lisätään VC-4 POH (9*1 tavua). VC-4 sijoitetaan STM-1 kehykseen (9*270 tavua)
– SDH-kehykset toistuvat 125 s välein• STM-1 nopeus 9*270*8bittiä/125 s = 155.52 Mbit/s
– Nopeuksia voidaan kasvattaa• STM-1, STM-4, STM-16, …
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 190
SDH-Kehys
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 191
155/622Mbit/s liitynnät• Siirtotie
– ITU-T:n optinen määritys nopeudelle 155.52Mbit/s :
• Monimuotokuitu – Siirtoetäisyydet muutamia kilometrejä
• Yksimuotokuitu– Siirtoetäisyydet useita satoja kilometrejä
• SDH-toistimilla saavutetaan teoriassa rajaton siirtoetäisyys
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 192
ATM-Kerros
• Solun formaatti– 5 tavua otsikkotietoa + 48 tavua hyötykuormaa
– Oktetit lähetetään kasvavassa järjestyksessä– Bitit lähetetään laskevassa järjestyksessä– Kaikissa kentissä ensimmäinen bitti on
merkitsevin
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 193
ATM-Kerros
• Solun otsikkokenttä– UNI- ja NNI-rajapintoihin erilaiset
otsikkomäärittelyt• 4 ensimmäistä bittiä NNI:ssä VPI:n osana
• 4 ensimmäistä bittiä UNI:ssa GFC-kenttä– GFC-kenttää käytetään hyvin harvoin, mahdollistaa
vuonvalvonnan Point-To-Point-yhteyksillä
» Voidaan esim. rajoittaa liittymien/virtuaaliyhteyksien nopeutta alle fyysisten nopeuksien
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 194
ATM-Kerros
UNI-Solu NNI-Solu
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 195
ATM-Kerros• VPI (Virtual Path Identifier)
– Määrittelee virtuaalipolkutunnisteen– NNI:ssä 12 bittiä, UNI:ssa 8 bittiä
• VCI (Virtual Channel Identifier)– Määrittelee virtuaalikanavatunnisteen
• PT (Payload Type)– Käytetään mm. OAM-solujen tunnistamiseen, ATM-layer-user-
to-ATM-layer-user (AUU) signalointiin, ruuhkautumisen ja resurssien hallintaan
• HEC (Header Error Control)– Mahdollistaa virheiden havainnoinnin ja korjaamisen
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 196
ATM-Kerroksen yhteydet
• VPI erottelee VP-yhteydet toisistaan• VCI erottelee VC-yhteydet
– Kuitenkin niin, että VCI-arvot voivat olla samat eri VPC:ihin kuuluvissa yhteyksissä
• VCC:hen kuuluvat osittain pysyvät- tai pysyvät yhteydet, meta-signaloidut-, kytketyt (SVC), tai VPC:en sisällä muodostetut yhteydet
• VPC:hen kuuluvat osittain pysyvät- tai pysyvät yhteydet, signaloidut- ja verkonhallinnan avulla muodostetut yhteydet
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 197
ATM-Kerroksen yhteydet
ATM-Kerroksen yhteydet ja ATM-yhteydet
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 198
ATM-Kerroksen yhteydet• VCL, Virtuaalikanavalinkki muodostuu linkistä,
jonka sisällä VPI- ja VCI-arvot pysyvät samoina
• VCC, Virtuaalikanavayhteys muodostuu joukosta VCL:iä
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 199
ATM-Kerroksen yhteydet
• ATM-kytkimet toimivat ATM-tasolla– Tunnistavat VPI/VCI-kentästä mihin yhteyteen
mikäkin solu kuuluu ja korvaavat sen arvot uusilla– Tiedot VPI/VCI:stä talletetaan ATM-kytkimiin
yhteydenmuodostusvaiheessa
• VPL (Virtuaalipolkulinkki) muodostuu vastaavasti linkistä jonka sisällä VPI-arvo pysyy samana – VCI-arvolla ei ole merkitystä, kaikki saman VPI-arvon
omaavat solut kulkevat yhdessä– VPI-arvoja käsitellään VPL:län päätepisteissä
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 200
ATM-Kerroksen yhteydet• VPC (virtuaalipolkuyhteys) muodostuu useista VPL:istä • ATM-kytkin voi olla myös vain VP-kytkin
– Käsittelee vain VP-arvoja, samoin kuin VC-kytkin käsittelee VPI/VCI-arvoja
– Usein voivat toimia sekä VC-, että VP-kytkiminä
• VPC:iden käyttö vähentää laitteiden kuormitusta VCC:itä muodostettaessa– Signalointia tarvitaan vain VPC:iden päätepisteissä
• VC-tasolla kukin VPC näkyy yhtenä VCL:nä – VCL:n päätepisteet ovat samat kuin VPC:n
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 201
ATM-Kerroksen yhteydet
Kaksi kahden VCL:n VPC:tä. VCC muodostuu kahdesta VPL:ien sisällä kulkevasta VCL:stä
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 202
AAL-Kerros
• ATM-sovituskerros (ATM-Adaptation-Layer)– SAR (Segmentation and Reassembly)
• Vastaa lähetyksessä ylemmän kerroksen pakettien jakamisesta soluihin ja vastaanotettaessa solujen kokoamisesta taas paketeiksi
– CS (Convergence Sublayer)• Sovittaa ATM-kerroksen siirtopalvelut erilaisten
sovellusten käyttöön
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 203
AAL-Kerros
• ITU-T on määritellyt AAL tasolle seuraavat tehtävät:
1. Siirtovirheiden hallinta
2. Tietokokonaisuuksien pilkkominen ja yhdistäminen
3. Toipuminen tilanteista, missä soluja on kadonnut tai lähetty väärin
4. Vuonohjaus ja ajastuksen hallinta
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 204
AAL-Kerros
• Erilaisia AAL-tyyppejä määritelty eri tyyppisille palveluille– Kaikilla AAL-tyypeille omat SAR- ja CS-alitasot
• Yksittäinen AAL voi sisältää useita erilaisia CS-alitasoja, mutta kuitenkin saman tyyppistä palvelua varten
– AAL-toiminnot on toteutettu rautatasolla ATM-liityntäkorteissa (tehokkuuden takaamiseksi)
– ATM-kytkimet toteuttavat AAL-toiminnot vain signaloinnin osalta
• Hyötykuorma ohittaa kytkimet ATM-tasolla
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 205
AAL-Kerros
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 206
AAL-Kerros
• AAL:n palveluluokat : – Luokka A : Vakionopeuksinen palvelu, joka
emuloi kiinteään yhteyttä – Luokka B : Vaihtelevanopeuksinen palvelu,
joka on tarkoitettu multimediasovelluksille – Luokka C : Yhteydellinen palvelu, joka on
tarkoitettu yhteydelliseen datasiirtoon – Luokka D : Yhteydetön palvelu, joka on
tarkoitettu yhteydettömään datasiirtoon
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 207
AAL-Kerros (palveluluokat)
• Jokaisella luokalla on yksi AAL-tyyppi– Joilla voi olla useita CS-tyyppejä eri palveluille
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 208
AAL-Kerros (palveluluokat)
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 209
AAL-Kerros (palveluluokat)• Palvelut voidaan jakaa siirtovaatimusten
perusteella eri liikenneluokkiin
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 210
AAL-Kerros (palveluluokat)
ATM-Forumin liikenneluokat
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 211
AAL-Kerros (palveluluokat)• Luokat lyhyesti :
– AAL-0 • Mitään sovitusta ei tehdä vaan solut siirretään läpinäkyvästi mitään
muuttamatta sovellukselta toiselle
– AAL-1 • Vakionopeuksisessa palvelussa ja kiinteän yhteyden emuloinnissa
tarvittavat toiminnat
– AAL-2 • Palveluluokka B:n tarpeisiin tarjoamalla vaihtelevan nopeuden palvelua
– AAL 3/4 • Perustuu frame relay -palveluun ja tarjoaa mm. virheiden havaitsemisen
ja puskurikoon hallintapalveluita
– AAL-5 • Yksinkertaistettu versio AAL3/4:stä ja tällä hetkellä yleisin AAL-luokka
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 212
AAL-Kerros (palveluluokat)
Taulukossa muutamia sovelluksia ja niiden käyttämiä AAL-luokkia
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 213
AAL-Kerros (palveluluokat)
• AAL0– Epävirallinen AAL-tyyppi– Käytetään tarkoittamaan AAL-tyyppiä jonka
SAR- ja CS-alitasot ovat tyhjiä– Kaikki ATM-kerroksella vastaanotetut solut
välitetään muuntumattomina ylemmälle kerrokselle
• Käyttäjä suoraan kontrolloi solujen hyötykuormaa
– Käyttö rajoittuu yleensä erikoissovelluksiin
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 214
AAL-Kerros (palveluluokat)• AAL1
– CBR-palvelut (luokka A) käyttävät usein• Tarjoaa kiinteän bittinopeuden ja huolehtii synkronoinnista lähettäjän ja
vastaanottajan välillä
– Toimintoja• SAR
• Solujen viiveen vaihtelun hallinta
• Solun paketointiviiveen hallinta
• Hukattujen ja väärien solujen hallinta
• Lähettäjän kellosignaalin regenerointi vastaanottopäässä
• Datarakenteen generointi
• Bittivirheiden havainnointi ja hallinta
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 215
AAL-Kerros (palveluluokat)• AAL1 SAR
– SAR-PDU sisältää yksitavuisen PCI:n (Protocol Control Information) ja 47 tavua hyötykuormaa
– PCI• 4 bittinen SN (Sequence Number)
– Mahdollistaa hävinneiden ja väärässä järjestyksessä olevien solujen havaitsemisen
• 4 bittinen SNP (Sequence Number Protection)– Mahdollistaa yhden bitin virheen korjauksen ja usean bitin virheiden
havaitsemisen
• AAL1 CS– Toiminnot riippuvat täysin käytetystä palvelusta
• Esim. solujen viivevaihtelua voidaan hallita puskuroinnilla ja virheitä FEC:lla
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 216
AAL-Kerros (palveluluokat)
AAL1 SAR-kehysrakenne
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 217
AAL-Kerros (palveluluokat)• AAL2
– Alun perin suunniteltiin VBR-rt käyttöön• Määrittely ei koskaan valmistunut
– AAL-CU (Composite User) määrittely nimitettiin AAL2:ksi • Mahdollistaa useiden käyttäjien kanavoinnin yhteen VCC:hen
– Käytetään eniten mobiiliverkkojen puheluiden kuljettamiseen • Paketointiviive huomattava ongelma
– Voidaan käyttää myös lankapuhelinliikenteessä• Hyödynnetään tehokkaasti mm. puheenkompressiota• Signalointikuorma vähenee merkittävästi, kun yhteen yhteyteen on
kanavoitu useita puheluita• Puhelujen kytkemiseen voidaan käyttää erillisiä AAL2-kytkimiä
– Toimivat AAL-kerroksella ja pystyvät kytkemään puhelinyhteyksiä AAL2-yhteyksien välillä
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 218
AAL-Kerros (palveluluokat)• AAL2
– Jaettu kahteen osaan • CPS (Common Part Sublayer)
– Tarjoaa useiden lähteiden multipleksauksen
• SSCS (Service-Specific Convergence Sublayer)– Tarjoaa palvelukohtaiset toiminnat
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 219
AAL-Kerros (palveluluokat)
• CPS-paketti – Kolmen oktetin otsikko ja 1-45/64 octettia
hyötykuormaa• CID (Channel Identifier)• LI (Length Indicator), Hyötykuorman pituus• UUI (User-to-User Indicator), SSCS-osan vertaisolioiden
kommunikointiin, tai hallintaan• HEC (Header Error Control)
• CPS-PDU– Otsikko + yksi tai useampi CPS-paketti
• OSF (Offset Field), SN (Sequence Number), P (Pariteetti)
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 220
AAL-Kerros (palveluluokat)
CPS-Paketti CPS-PDU
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 221
AAL-Kerros (palveluluokat)
• SAR– CPS-PDU jaetaan 47-oketetin osiin, alkuihin
lisätään SF (Start Field, 6-bittinen OSF & 1 bittiset SN ja P)
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 222
AAL-Kerros (palveluluokat)• AAL3/4
– Alun perin suunniteltiin palveluluokille C ja D omat AAL tyypit, mutta myöhemmin ne yhdistettiin
– AAL3/4-CS jakautuu kahteen osaan• CPCS (Common Part CS)• SSCS (Service Specific CS)
– AAL3/4:ää käyttäviä palveluita mm.• CBDS (Connectionless Broadband Data Services)• SMDS (Switched Multi-megabit Data Services)
– AAL3/4:lle määritelty kaksi toimintatapaa • MM (Message Mode) (Pakettimuotoiseen tiedonsiirtoon)
– Siirretään kerrallaan yksi AAL-SDU yhdessä tai useammassa CS-PDU:ssa
• SM (Streaming Mode) (Pieni viive, hitaampi bittinopeus)– Yksi tai useampi AAL-SDU yhdessä CS-PDU:sta
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 223
AAL-Kerros (palveluluokat)
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 224
AAL-Kerros (palveluluokat)• AAL3/4
– Molemmissa toimintatavoissa kaksi operointitapaa• Assured Operation
– Vialliset/Hävinneet AAL-SDU:t uudelleenlähetetään
» Vaatii vuonvalvontaa ja rajoittuu Point-To-Point-yhteyksiin
• Non-Assured Operation– Ei uudelleenlähetyksiä
– Viallinen AAL-SDU välitetään (tarpeen mukaan) käyttäjälle
» Vuonvalvonnan käyttö mahdollista Point-To-Point-yhteyksillä
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 225
AAL-Kerros (palveluluokat)
• AAL3/4 SAR– Muodostaa soluja jakamalla CS-PDU:t 44
oktetin pätkiin ja lisäämällä SAR-PDU-otsikot ja -loppuosat
• Otsikko koostuu ST:stä (Segment Type), SN:stä (Sequence Number) ja MID:iin (Multiplexing Identifier)
• Loppuosa koostuu LI:stä (Length Indicator) ja CRC:stä
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 226
AAL-Kerros (palveluluokat)• SAR-PDU-Kehys
– ST• Neljä arvoa
– BOM/COM/EOM (Begining/Continuation/End Of Message)– SSM (Single Segment Message)
– SN• Kadonneiden/väärässä järjestyksessä saapuneiden solujen havainnointi • Uudelleenlähetykset
– MID• Mahdollistaa 1024 AAL-yhteyden kanavoinnin yhteen VCC:hen
– LI • SAR-PDU:n hyötykuorman pituus
– CRC• Virheiden havainnointi
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 227
AAL-Kerros (palveluluokat)
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 228
AAL-Kerros (palveluluokat)• AAL3/4 CPCS-kehys
– Tarjoaa siirtopalvelun 1-65535 tavun paketeille– Jakaantuu otsikkoon ja loppuosaan sekä
hyötykuormaan
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 229
AAL-Kerros (palveluluokat)• AAL3/4 CPCS-kehys
– CPI• Ilmaisee kuinka seuraavat kentät on tulkittava
– Btag/Etag• Osataan yhdistää samaan CPCS:aan kuuluvat otsikko ja loppuosa
– BASize• PDU:n vastaanotossa puskurikoon tarve
– AL• Käyttämätön täytetavu
– Length• PDU:n pituuden ilmaisuun
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 230
AAL-Kerros (palveluluokat)
• AAL5– Tarjoaa vastaavan kaltaisia palveluita kuin
AAL3/4• Tavoitteena parempi hyötysuhde• SM & MM operaatiot vastaavat kuin AAL3/4:sessa• Kanavointi puuttuu
– Käyttö suurelta osin signalointiin (S-AAL) ja datansiirtoon (IP over ATM)
– CS jaetaan vastaavasti SSCS & CPCS osiin
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 231
AAL-Kerros (palveluluokat)
• AAL5 SAR– Kelpuuttaa SDU:n joka on pituudeltaan
jaollinen 48:lla– Ei lisätä mitään kenttiä– Lopun tunnistus solun otsikossa PT-kentässä
olevan AUU-parametrin avulla
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 232
AAL-Kerros (palveluluokat)
• AAL5 CPCS– Tarjoaa siirron 1-65535 tavun paketeille– Kehyksen loppuosa (8 tavua) sisältää
• UU (User-to-User indication)– CPCS käyttäjien kommunikointiin
• CPI (Common Part Indication) – Samanlainen kuin AAL3/4:ssä
• CRC– 32-bittinen tarkistussumma
– Kehyksessä lisäksi pituutta ilmaiseva Length-kenttä ja täyte-kenttä
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 233
AAL-Kerros (palveluluokat)
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 234
AAL-Kerros (palveluluokat)
• AAL5 toimii kunhan solut eivät katoile, eivätkä virheellisty– Muulloin suorituskyky kärsii rajusti– Yksittäisten solujen uudelleenlähetyksen sijasta
joudutaan koko paketti uudelleenlähettämään– Paketin viimeisen solun kadotessa peräkkäiset
paketit sekoittuvat keskenään• Pakettirajojen tunnistus mahdotonta
1645 Nopeat tiedonsiirtoverkot
ATM-Lähiverkot
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 236
ATM-Lähiverkot
• Ominaisuusvaatimukset– Standardoitu ratkaisumalli– Yhteensopivuus ja toimivuus (LAN/WAN)– Suuret siirtokapasiteetit tarjolla– Skaalattavuus tarpeen mukaan– Reaaliaikaisen multimedialiikenteen
siirtomahdollisuus
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 237
ATM-Lähiverkot• ATM-LANE
– ATM-lähiverkon rakentaminen sellaisenaan ei nykypäivänä kannattavampaa
• Kalliimpaa/hankalampaa kuin nopeiden Ethernetien toteuttaminen
– Kehitystyöstä vastaa ATM-Forum – Olemassa olevien LAN-teknologioiden yhdistäminen
ATM-verkkoon • ATM voidaan tuoda pikkuhiljaa lähiverkkoihin
– LANE toiminnot voivat olla LAN-kytkimissä, reitittimissä, silloissa, tai ATM-päätelaitteissa
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 238
ATM-Lähiverkot
• ATM-LANE– Korvaa MAC-kerroksen
• ATM Point-To-Point VCC:t saadaan näyttämään ylemmille kerroksille jaetulta siirtotieltä
– Ei vaadi muutoksia ATM-kytkimiin, vaan kaikki toiminnot käyttävät standardi signalointeja
– Perustoiminto on Point-To-Point-yhteyden muodostus kahden LANE-käyttäjän välille
• Tarvitaan menetelmä jolla MAC-osoitteet esitetään ATM-osoitteina
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 239
ATM-Lähiverkot
ATM-LANE:n toimintaperiaate
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 240
ATM-Lähiverkot• ATM-LANE:n toiminnalliset osat
– LEC (LEN Emulation Client)• Jokaisella LEC:llä on yksi ATM- ja vähintään yksi MAC-osoite
– ELAN (Emulated LAN) LANE-aliverkko– LUNI (LANE UNI-rajapinta)
• LEC:n ja verkon välillä
– LES (LAN Emulation Server)• MAC-ATM-osoitteiden mappaus
– LECS (LAN Emulation Configuration Server)• Allokoi LEC:it oikeaan ELAN:iin
– BUS (Broadcast and Unknown Server) • Multicast, Broadcast, Tuntemattoman liikenteen välitys
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 241
ATM-Lähiverkot
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 242
ATM-Lähiverkot
• Laitteen (LEC) liittyminen ELAN:iin1. LEC muodostaa Yhteyden LES:iin (osoite
LECS:Ltä)
2. LEC rekisteröi LES:iin MAC- ja ATM-osoitteensa
3. LES liittää LEC:in kontrolli-VCC:hen
4. LEC pyytää LES:ltä BUS:in ATM-osoitteen
5. LEC muodostaa BUS:iin multicast-yhteyden
6. BUS lisää LEC:in multicast forward-yhteyteen
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 243
ATM-Lähiverkot• Tiedonsiirto
– LEC muodostaa LAN-paketista LANE-paketin• Siirretään AAL5sen yli
• Sisältää LAN-otsikko-osan ja datakentän
LAN-Kehys
LANE-Kehys
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 244
ATM-Lähiverkot• Tiedonsiirron kulku
– Lähettävä LEC lähettää LES:ille osoitetiedostelun vastaanottajan ATM-osoitteesta
– Odotellessa suoraa osoitetta käytetään sillä välin BUS-palvelinta, joka broadcastaa paketit kaikille
– Osoitteen saatuaan LEC muodostaa Point-To-Point-yhteyden VCC:n vastaanottajaan
– Lähettäjä lähettää ensin BUS:in kautta flush-viestin, joka vastaanottajan on kuitattava, ennen VCC:n käyttöönottoa
– Flush-viestin kuittauksen jälkeen normaali tiedonsiirto voidaan aloittaa VCC:n kautta
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 245
ATM-Lähiverkot
• ATM-LANE – Edut
• Nopeasti vanhoissa verkoissa käyttöönotettava ATM-runkoverkko
• VLAN:ien muodostus on helppoa• Sovelluksiin ei tarvitse tehdä ATM:n ominaisuuksia
– Haitat• ATM:n hyvät ominaisuudet saattavat jäädä käyttämättä• Tuottaa herkästi runsaasti broadcast-liikennettä• BUS ja LES voivat muodostua pullonkaulakohdiksi• Eri ELAN:ien välinen liikennöinti vaatii reitittimen käyttöä
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 246
ATM-Lähiverkot
• MPOA (Multi-Protocol Over ATM)– Pyrkii ratkaisemaan ATM-LANE:n ongelman
eri aliverkkojen välisessä liikennöinnissä• Mahdollistaa suoran yhteyden usean aliverkon läpi
– Suunniteltu kuljettaman mitä tahansa 3.kerroksen protokollaa ATM-verkon välityksellä
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 247
ATM-Lähiverkot
• Tiedonsiirto– ELAN:in alueella kuten LANE:ssa– Toisen aliverkon alueelle siirrettäessä MPC
(MPOA Client) lähettää datan MPS:lle (MPOA Server), joka toimii kuten reititin
• Jos datapaketteja useita (datavirta), muodostaa suoran yhteyden MPC:iden välille
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 248
ATM-Lähiverkot
MPOA Tiedonsiirron periaate
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 249
Frame Relay (FR)
• Kehitettiin nopeaksi tavaksi yhdistää LAN:eja, muistuttaa paljolti ATM:ää– Virtuaaliyhteyksiin perustuva, yhteydellinen
– Tilastollinen kanavointi
– Pakettipohjainen kehys-tiedonsiirto
– Ei uudelleenlähetystä, eikä virheenkorjausta
– Yhteydet erotellaan DLCI:llä (Data Link Connection Identifier), toimii kuten VCI/VPI
– OAM-tarpeisiin omat kehykset
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 250
Frame Relay (FR)• Suurin ero ATM:ään kehysten vaihtelevassa pituudessa
(hyötykuorma useimmiten 1-260 tavua)• FR ei sovellu reaaliaikaiseen liikennöintiin niin hyvin
kuin ATM• Yhteyksien resurssienhallintaparametrit :
– CIR (Committed Information Rate)• Normaaliolosuhteiden verkon takaama siirtonopeus
– Bc (Committed Burst size)• Suurin sallittu purskeen nopeus
– Be (Excess Burst size)• Suurin sallittu hetkellinen Bc:n ylitys
– Tc (Committed rate measurement interval) • Purskeparametrien mittaukseen kulunut aika
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 251
Frame Relay (FR)
• FR:n ja ATM:n yhteistoiminta– Verkkojen yhteistoiminta
• ATM-verkko siirtää liikennettä läpinäkyvästi FR-verkkojen välillä
• FR-verkkoon liikennöivän ATM-laitteen on toteutettava itse tarvittava FR-emulointi
– Palvelujen yhteistoiminta• Sovitin ATM/FR-verkkojen välillä
– Mahdollistaa tiedonsiirron suoraan eri verkkojen välillä
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 252
Frame Relay (FR)
ATM- ja FR-verkkojen välinen yhteistoiminta
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 253
IP Over ATM
• TCP/IP on ylivoimaisesti yleisin käytetyistä datansiirron tiedonsiirtoprotokollista
• Puhtaat ATM-sovellukset eivät, vaikka voisivatkin, ole Internetin käytössä merkittävässä osassa
• ATM:n tulee kyetä tukemaan TCP/IP-liikennettä
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 254
IP Over ATM
• IP ominaisuuksia :– Yhteydetön pakettiliikenne– Paketeissa lähde- ja kohdeosoitteet– ARP (Address Resolution Protocol)– Best Effort-tyyppinen palvelu– Epävarmalähetystapa paketeille– TCP
• Yhteydellinen, luotettava lähetys
– UDP• Yhteydetön, epäluotettava lähetys
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 255
IP Over ATM• Perustuu IETF:n määrityksiin
– RFC 1483 : Multiprotocol encapsulation over ATM adaptation layer 5
– RFC 1577 : Classical IP and ARP Over ATM– RFC 1626 : Default IP MTU for use over ATM AAL5– RFC 1755 : ATM signaling support for IP over ATM– RFC 1932 : IP over ATM : A Framework Document– RFC 2020 : Support for multicast over UNI 3.0/3.1 based
ATM networks– RFC 2226 : IP broadcast over ATM– RFC 2331 : ATM signaling support for IP aver ATM-UNI
signaling 4.0– …
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 256
IP Over ATM
• Classical IP over ATM– Muodostaa ATM:n yli siirtolinjan ylemmälle
kerrokselle
– Määrittelee IP-pakettien lähettämisen, kapseloinnin soluihin ja ATM-ARP:n
– IP-aliverkot muodostavat loogisia aliverkkoja (LIS), joiden välinen liikennöinti reitittimien kautta
• Eivät ole riippuvaisia ATM-verkon rakenteesta
• Liikennöinti LIS:ien sisällä VCC:iden kautta
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 257
IP Over ATM
• Kapselointi (encapsulate) (kolme tapaa)– LLC/SNAP (Subnetwork Attachment Point)
• Yleisesti käytetty, helppoutensa/nopeutensa ansiosta, hyvä keino yhteistoimintaan vanhojen verkkojen kanssa
– VC Multiplexing• Ei linkkitasoa Oma VCC kaikille eri protokollille
– TULIP/TUNIC (TCP and UDP over Lightweight IP / TCP and UDP over non-existent IP conenction)
• Pyrkii vähentämään turhaa kuormaa, ei IP:tä, ei linkkitasoa, oma VCC joka porttiparin välille
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 258
IP Over ATM
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 259
IP Over ATM• Osoitteet
– Yleisin tapa selvittää osoite ATM-ARP:n avulla• Päätelaitteen liittyessä verkkoon, ottaa se yhteyden ATM-ARP-
palvelimeen
• Päätelaite antaa palvelimelle oman ATM- ja IP-osoitteensa– Talletetaan tiedot palvelimelle
• Halutessaan selvittää jonkin IP:tä vastaavan ATM-osoitteen lähetetään kyselypyyntö palvelimelle
• Vastauksen saatuaan voi päätelaite ottaa yhteyden kohteeseen
• Vanhat yhteydet säilytetään ”idle”-tilassa 15min
• IP-ATM-osoiteparit poistetaan palvelimelta 20min kuluttua
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 260
IP Over ATM
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 261
MPLS (MultiProtocol Label Switching)
• Reunareitittimet liittävät paketteihin tunnuksen (label) jonka mukaan MPLS-verkko kytkee paketin
• Pyrkii käyttämään mahdollisimman paljon olemassa olevia järjestelmiä (IP, ATM, …)
• Rakentuu kahdenlaisista LSR (Label Switch Router)-laitteista, normaaleista ja reunalaitteista (yhteys ulkomaailmaan)
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 262
MPLS
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 263
MPLS
• Toiminta– Reuna-LSR päättää tunnuspolun, jota pitkin
paketti reititetään, sisä-LSR:t vain kytkevät tunnuksen perusteella paketit oikeille reiteilleen
– Tunnuksen rakenne• Arvo (Label Value)• Palveluluokka (Class of Service, CoS)• Pinon loppumerkki (S)• TTL
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 264
MPLS
• Useilla tunnuksilla mahdollistetaan liikennöinti useiden MPLS-aliverkkojen läpi
• Jokaisen aliverkon rajalla poistetaan aina ensimmäinen tunnus
MPLS-paketti
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 265
MPLS
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 266
Wireless ATM
• Langaton ATM on uusi verkkoteknologia, joka yhdistää ATM-verkon monipalvelu- ja multimedia ominaisuudet käyttäjien liikkuvuuteen ja langattomaan liityntään
• Loppukäyttäjien ja verkko-operaattoreiden langattomalle ATM:lle asettamista vaatimuksista voidaan päätellä, että langaton ATM tulisi integroida osaksi kiinteää ATM-verkkoa
• Onko langaton ATM teknis-taloudellisesti mahdollinen, tai missään mielessä järkevä– Nykyisin näyttäisi järkevämmältä kehittää jo vankan
markkinaosuuden saanutta suoraan IP-yhteensopivaa WLAN-tekniikkaa entistä kilpailukykyisemmäksi
2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH 267
Wireless ATM