Gerinchálózatok Maliosz Markosz 9. elıadás 2008.03.10. Kisebb, helyi hálózatokat kötnek össze A hálózati hierarchia tetején helyezkednek el Két legfontosabb követelmény: Megbízható Csomópontok (redundáns berendezések, szünetmentes táp, stb.) Szakaszok topológia Skálázható: a hálózat továbbra is jól mőködik, ha a mérete növekszik (pl. nem romlik le a teljesítmény, ha egy új csp.-ot adunk hozzá) 1 2 Fa Csp. szám: n Élek száma: n-1 Csp. fokszám: változó; levélnek: 1 Csillag (ez is fa!) Csp. szám: n Élek száma: n-1 Csp. fokszám: központ: n-1; levelek: 1 Győrő Csp. szám: n Élek száma: n Csp. fokszám: 2 Szövevényes (mesh) Csp. szám: n n n-1 élek száma 2 1 Csp. Fokszám n-1 Topológia mérıszámok Csomópontok száma: n Élek száma: m Átlagos fokszám: 2m/n Fokszám eloszlás Összekötöttség Átmérı: a legrövidebb utak közül a leghosszabb Független utak száma 3 4
Csillag Központosított Viszonylag egyszerő Minden forgalom keresztülhalad a központon egyértelmő útvonalak Él meghibásodás csak az adott végpontot érinti Viszont: ha a központ hibásodik meg, akkor az egész hálózat megszőnik Győrő Elosztott Két lehetséges útvonal Kétszeresen összekötött: 1 él meghibásodást kivéd Sok másik csp.-on és élen áthalad két csp. forgalma: Kapacitás- és csp. processzálási igény Hosszú utak 5 6 Teljes szövevény Elosztott n(n-1)/2 él Több lehetséges útvonal, de a közvetlen élet használjuk alapértelmezésben: minden 1 ugrásra (hop) van Többszörösen összekötött: több él meghibásodást képes kivédeni Drága Katonai alkalmazásokban (Részleges) Szövevény: Több lehetséges útvonal Kell valamilyen útvonal-választási módszer Általában legalább kétszeresen összekötött a megbízhatóság miatt Speciális (részleges) szövevény: rács (grid) 7 8
teljes háló Topológia példa I. Nyilvános kapcsolt távbeszélı hálózat topológiája fa 8 MB/s 34 MB/s 64 kb/s 140 Mb/s : alternatív v. haránt összeköttetés szekunder központok primer központok helyi központok elıfizetık A feltüntetett sebességértékek csak példák, ettıl eltérı megvalósítás is elképzelhetı gerincháló. hozzáférı elsı i h. (az központig) törzshálózat Nagyvárosi topológia, PDH alkalmazásával 140 Mb/s 34 Mb/s : alternatív v. haránt összeköttetés 8 Mb/s Pl. Budapest: kb. 30 helyi központ 2 tandem központ kettıs csillag + győrő pont-pont összeköttetésekbıl (PDH!) + haránt összeköttetések 9 10 Példa földrajzi topológia PDH használata esetén Közcélú távbeszélı központok Magyarországon kb. 1300 kihelyezett fokozat kb. 400 helyi központ 54 primer központ 10 szekunder (5+5 a Duna két oldalán) központ 2 tandem központ 2 nemzetközi kp. primer körzet: saját körzetszám : alternatív v. haránt összeköttetés 11 12
T Magyarországi WDM gerinc topológia (T-Com, régi, nem teljes) Com Zvolen HBONE 2004. Bécs Pozsony 4/80 10/24 7/24 Salgótarján Miskolc 6/24 Nyíregyháza 6/24 13/24 5/80 13/24 10/24 Gyır Tatabánya Sopron Szombathely Veszprém 11/24 13/24 11/24 18/24 Székesfehérvár Budapest 12/24 Szolnok 8/24 Debrecen Zalaegerszeg 12/24 5/24 Keszthely 2/24 10/24 12/24 Kaposvár 6/24 Szeged Zagreb 3/24 Pécs Szabadka Temesvár Nagy WDM csomópont Kis WDM csomópont Zagreb Sombor Bõvítés 2004-ben WDM gerinchálózat kihasználtsága 2004. végén 4/24 Üzemelõ hullámhosszak száma jelenleg kiépített kapacitás Belföldi rendszer TGN Nemzetközi határátkelõ 13 2005.01.10 HR05OA01_0110 14 Topológia példa III. Topológiák SDH esetén egyszerősített ábrázolás: STM-n n = (1), 4,16, 64 STM-m (m<n) E2, E3, E4 Ez tiszta SDH: nincsenek kapcsolók : Add-Drop Multiplexer A győrő topológia sávszélesség pazarló, és bonyolultabb is, ezért nincs PDH-ban Öngyógyító győrő: hiba esetén egy dupla hosszú, egyirányú győrő lesz: BME gerinchálózat logikai vázlat 2005. október 15 16
SDH győrők rendszere (példa) digitális rendezı Vezérjeles sín és győrő (Token bus, token ring) SDH maghálózat: szállító (transzport) hálózat osztott közeg E3 STM-16 STM-1 Probléma: a CSMA/CD (Ethernet) nem korlátos válaszidejő vezérjel körbeadása, mindenki csak maximált ideig tarthatja vezérjeles sín: 1,5 v. 10 Mb/s vezérjeles győrő: 1,4 v. 16 Mb/s győrő interfész egyirányú győrő E2 17 De ezek valóban elérhetı sebességek, ellentétben a CSMA/CD rendszerekkel. Mőködött, de nem élt túl. (Az osztott közeg sem.) 18 sín FDDI DQDB Fiber Distributed Data Interface = fényszállal szétosztott adat-határfelület 100 Mb/s, max 200 km LAN-ra drága volt, MAN-ra is használták pl. egyetemközi FDDI győrő: 2003 elején még használták Topológia: kettıs győrő hibajavítás szakadás Distributed Queue Dual Bus, kettıs sín elosztott várakozási sorral MAN-ra tervezve: több száz állomás > 100 km 45, késıbb 155 Mb/s Kettıs sín, elosztott FIFO Vezérjeles győrőhöz hasonló közeghozzáférés 19 20
Internet Internet topológia tartomány/autonomous systems (AS) (egy adminisztratív egység) Peering = egyenrangú pár hosts/endsystems routers border routers tranzit tartomány exchange point Többszintő hierarchia Útválasztó (router) szintő modellezés A pontok az útválasztók Az élek közvetlen (one-hop) IP összeköttetések Tartomány (Domain/AS) szintő modellezés A pontok a tartományok (AS-ek) Az élek a tartományok közötti (peering) kapcsolatok Hozzáférési hálózatok Stub (csonk) tartományok 21 22 Gerinchálózatok kialakítása Koncentráló csp.-ok: összegyőjtik a forgalmat Pl. országos hálózatban: nagyobb városok A gerinchálózat a koncentráló csp.-okat köti össze Topológia modellek A valós topológiát modellezik Általában valószínőségekkel számol Alkalmazásuk: hálózati topológia generálás Pl. gerinchálózat tervezésnél a csp.-ok helye adott az összeköttetéseket létesítsük a modell adta valószínőségek alapján 23 24
Waxman modell (1988) Véletlen hálózat topológia generátor (1988) Számítógép-hálózat növekedését modellezi Csp.-ok: egyenletes eloszlás szerint elhelyezve a síkon Összekötés valószínősége: d: u és v távolsága L: a legnagyobb távolság Paraméterek: 0 < a,b 1 a növelésével nı az élek száma b növelésével hosszabb élek aránya nı d - bl P(u, v) = ae Power law (Hatvány törvény) Távolság függvényében Pl. négyzetes: P(u, v) = a ( d + 1) 2 25 26 Power law (Hatvány törvény) Fokszámra: (útválasztók táblázataiból statisztika alapján) 1. törvényszerőség: d v ~ r v R Csomópont: v Csomópont fokszáma: d v Csomópontokat csökkenı sorba rakjuk a fokszám alapján, ebben a sorban v sorszáma: r v Konstans: R (statisztika alapján -0,8) Power law (Hatvány törvény) 2. törvényszerőség: f d ~ d O Fokszám gyakoriság (hányszor fordul elı az adott fokszám): f d Fokszám: d Konstans: O (statisztika alapján -2,2) 27 28
BA-Modell (Barabási-Albert 1999) Tartomány szintő modell Fokszám és növekedés figyelembevétele Növekedés: a hálózat konstrukciójánál egyesével adja hozzá az új csomópontokat Elsıbbségi (preferencial) kapcsolódás: az új csomópontot nagyobb valószínőséggel kapcsoljuk magasabb fokszámú csomóponthoz i: új csp. j: már meglévı csp. d j : j fokszáma V: már a hálózatban lévı csp.-ok P(i, j) = d j k V d k Egyéb módszerek, elvek Fülbıvítés Új csomópontot a két hozzá legközelebbihez kötjük Feszítıfa kiegészítése védelemmel Kétszeresen összefüggıvé tesszük Bekeretezzük a fát A legközelebbi levelek összekötése 29 30 Egyéb módszerek, elvek Lefedés háromszögekkel (Triangulation) A legegyszerőbb 2D alakzat Körök a hálózatban Kétszeresen összekötött Elhagyhatóak élek 31