Távközlő hálózatok hallgatói előadásjegyzet v.4 A jegyzet célja: támogatni a felkészülést a vizsgára. A támogatás mértéke azonban korlátozott, mert a jegyzet nem tartalmaz mindent, ami előadáson elhangzott és a tananyag részét képezi, és helyenként hiányos, gyakran nem tartalmazza a megértéshez szükséges magyarázatokat, a fogalmazása helyenként pontatlan, helyenként nem követi az előadók szakmai hangsúly arányait, szakmai nyelvezet helyett gyakran hallgatói szlenget használ. A jegyzet különböző részei, összesen a jegyzet kb. 50%-a lektorált. A lektorált részek értelemzavaró hibákat nem tartalmaznak. Lejegyezték önkéntes felajánlás alapján: Kovács Róbert és Lendér Sándor hallgatók A tárgyat előadták és e jegyzetet lektorálták: dr. Henk Tamás: 1.; 2.; 3. fejezetek, dr. Cinkler Tibor: 4. fejezetek, dr. Csopaki Gyula: 5. fejezet. BME TMIT BME, Műszaki Informatika szak, 2005-1-
Tartalom 1 Bevezetés...4 1.1 Információközlő hálózatok fejlődése...4 1.2 Életgörbe modell...7 1.3 Az elektronikus távközlő hálózatok története...9 2 TH alapismeretek...12 2.1 Bevezetés...12 2.2 A hálózatok osztályozása sebességük szerint...12 2.3 Keskenysávú távközlő hálózatok...12 2.3.1Távíró hálózat...12 2.3.2Távgépíró hálózat...13 2.3.3Távbeszélő hálózat (Telephone Network)...13 2.3.4Értékelés...15 2.3.5PDH hálózat...15 2.3.6Hálózatok típusai...30 2.3.7Keskenysávú adathálózatok...31 2.3.8ISDN...31 2.4 Szélessávú távközlő hálózatok...33 2.4.1SONET és SDH...33 2.4.2Optikai hálózat:...38 2.4.3ATM hálózatok:...39 2.4.4ADSL...42 2.5 IP alapú hálózatok...43 2.5.1Hozzáférői hálózatok...43 2.5.2Az IP alkalmazás lehetőségei...43 2.5.3Összefoglalás:...49 2.6 Mozgó információs kommunikációs hálók...49 2.6.1Föld felszini mozgó távközlő hálózatok:...49 2.6.2Földfelszíni mozgó távközlő hálózatok...50 2.6.3Földfelszíni mozgó Számítógép hálózatok...53 2.6.4Műholdas rendszerek mozgó hálók(th+szgh)...55 2.7 Álló helyzetű műholdas információközlő hálózatok...57 2.7.1Beszédátviteli megoldások...57 2.7.2Zárt célú adatátvitel...58 3 TH felépítési elvei...59 3.1 Topológiai modellezés...59 3.2 TH-k összekapcsolása...60 3.2.1Forgalmi hálózat felépítése...60 3.2.2Egyenrangú összekapcsolás...61 3.2.3Hierachikus összekapcsolás:...61 3.3 Főbb hálózati funkciók...63 3.4 Forgalom:...64 3.5 Forgalom sűrítése:...65 3.6 Torlódás védelem:...66 4 Gerinchálózatok...67 4.1 Miből áll egy optikai hálózat...67 4.1.1Fényszál...67 4.1.2Optikai (erősítők) jelfrissítés...68-2-
4.1.3Iránycsatoló...69 4.1.4Kapcsoló elemek...69 4.1.5Szűrő...70 4.2 Optikai alapú szállitó hálózatok...70 4.2.1Technológiai fejlődése...70 4.2.2szletesebben a 2 G-ről...71 4.2.3Jel leágaztatás...71 Hullámhosszkonverzió...73 4.3 Hálózati technikák...76 4.3.1SDH...76 4.3.2ATM... 78 4.3.3MPLS (IEEF)...79 4.3.4SDH/SONET... 80 4.3.5Next Generation SDH...80 4.3.6OTN (Optical Transport Network)...81 5 Th szoftverek...82 5.1 Bevezetés...82 5.2 Az Initiator process folyamatábrája:...86 5.3 A responder process folyamatábrája:...89-3-
1 Bevezetés Világ trendek 1.1 Információközlő hálózatok fejlődése Telefon fővonal ISDN vonal (B csat.) Internet felhasználó Kábel-TV-s Internet előfiz. Mozgótelefon KábelTV előfizető ADSL előfizető Millió darab 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 Nyugat-Európai trendek -4-
Telefon fővonal ISDN vonal (B csat.) Internet felhasználó KábelTV-s Internet előfiz. Mozgótelefon KábelTV előfizető ADSL előfizetés 450 400 350 Millió darab 300 250 200 150 100 50 0 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 Távbeszélő hálózatok száma világszerte (2003) -5-
Mozgó távb. Távb. fővonal Internet Magyar mozgó Magyar távb. Magyar Internet Internet trend Mozgó trend Távb. trend Felhasználó,előfizető/1000 fő (2003) 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0 10000 20000 30000 40000 50000 GDP/fő (USD, 2002) A fejlődést eddig meghatározó hajtóerők: 1. mikroelektronika korlátai: teljesítményfelvétel hőtermelés fizikai korlátok: atomi szint alá nem lehet menni Már folynak kutatások a nano elektronikáról, de ipari termék még nem készült. 2. optikai szál (~1971-től) Az optikai szál alkalmazásával megnőtt az átvitel sávszélessége, mivel szinte korlátlan mennyiségű sávszélességet nyújt, ezért a sávszélesség ma olcsó. Recesszió 2000-2003, okai: 1. Tőzsdei hatások (USA) -.com ( dot com ) társaságok: Az informatikában fellépő dot com társaságok úgy gondolták, hogy az Internetes szolgáltatásokból gyorsan meg tudnak majd gazdagodni. A túlfűtött várakozás miatt a tőzsdén keresztül több pénzt fektettek az ilyen cégekbe, mint ami a valóságban megtérülhetett. Amikor ez kiderült, e cégek árfolyama gyorsan zuhanni kezdett, és sok cég tönkrement. Kipukkadt a tőzsdelufi. 2. 2001 szeptember 11 (USA) általános recesszió. 3. 3G mobil (harmadik generációs mobil) UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), (EU) Ez egy újonnan fellépő IP/ATM-re épülő mobil technológia. Az egyes államoktól árverésen lehetett megvásárolni a koncessziós jogokat. Európa néhány országában (UK, Németo., Olaszo.) az elért ár összevethető Magyarország egy éves -6-
összjövedelmével. A cégek természetesen akik a koncessziós jogért versenyeztek szerettek volna hitelhez jutni, de a bankok túl nagy kockázatot láttak a befektetésben, így nem adtak hitelt. A tanulság az, hogy egyes államok túl korán akartak az UMTS-ből túl sok pénzhez jutni. A recesszió hatása: Mindkét földrészen kb. 50%-os leépítés (ez Magyarországot nem érintette, mert az itthoni termelőegységek világviszonylatban költséghatékonyak voltak) Magyarországi helyzet: Itthon a GSM fejlődés 2000 óta töretlen Távlatok: VoIP, UMTS, stb. 1.2 Életgörbe modell A technológiai, társadalmi és természeti képződmények fejlődését egy tipikus görbével (életgörbe) jellemezhetjük. -7-
terjedelem (volume) k m idő Jellemző szakaszai: - Exponenciálisan növekvő szakasz - Lineárisan növekvő szakasz - Telítődés - Hanyatlás Az életgörbe növekvő szakaszát (amíg eléri K-t) az úgynevezett logisztikai görbével modellezhetjük. A logisztikai görbe az alábbi differenciálegyenlettel írható le: dl( t) = α * L( t)*[ k L( t)] dt k A kezdeti exponenciális szakaszt jellemzi Az exponenciálisan telítődő szakaszt jellemzi α növekedési faktor m kezdeti érték k telítődési érték Az egyenlet megoldása: k L( t) =, αt 1+ m e k L(0) = 1+ m Példa: A Nyugat-Európai GSM mozgó távközlésre illesztve a görbét, a következő paraméterértékek adódnak: 1991: t=0, k=415 millió m=600 L(0)=0.7 millió α=0.75/év -8-
Ny-Eu. mozgótelefon ellátottsága Logisztikai görbe 450 400 350 Millió darab 300 250 200 150 100 50 0 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 1.3 Az elektronikus távközlő hálózatok története Szabadalmak: kezdetben minden meghatározó szabadalom az USA-ban született: 1837 Samuel Morse kézi távíró, Morse ABC 1854 David Hughes távírógép 1876 Graham Bell távbeszélő 1878 Edison, Puskás Tivadar kézikapcsolású távbeszélő központ 1889 Almon Strowger automata kapcsolású távbeszélő központ Kezdetekben az USA dominancia volt a jellemző. Bell megalapítja az AT&T-t, amely akkor még monopólium volt. Az életbelépő monopólium-ellenes törvények arra kötelezik, hogy az Amerikán kívül használt készülékek gyártását helyezze Amerikán kívülre. Ekkor születik meg a nemzetközi ITT, amely idővel egyensúlyt hoz Európa és Amerika között. A második világháború lerombolja Európa már addig felépített értékeit, így ismét az USA dominancia válik jellemzővé (PDH, SDH). Ez egészen kb. 1980-ig tart. Azóta a távközlés egyes területein Európa előrébb jár, mint Amerika. Ilyen területek az ISDN, az ATM és a mobil távközlés. Más távközlő technológiákban viszont az USA a meghatározó. Magyarország: Egy-egy időszak vizsgálata során a szolgáltatási, az ipari és a kutatás-fejlesztési területeket nézhetjük meg. Lásd Henk T. Németh K. jegyzet. Ebből néhány részletet az alábbiakban foglalunk össze. 1938-ig: -9-
Szolgáltatás: Feltaláló Szabadalom Első megvalósulás Első magyar (USA) megvalósítás Morse 1837 1844 1846 reformkor vége Bell 1876 1877 1881 kiegyezés után Edison/Puskás 1877 1878-10-
Ipar: Tungsram ITT gyár Budapesten Siemens és Philips gyárak Kutatás és fejlesztés: Tungsram, BME 1945-1990 Szolgáltatás: szinte nem fejlődik embargó az elsődleges szempont a nehézipar fejlesztése Ipar: államosítások Kutatás és fejlesztés: az MTA kutatóintézeteket hoz létre: KFKI, SZTAKI, TKI (Távközlési Kutatóintézet) mint új ipari kutatóintézet 1990-től Szolgáltatás: privatizáció dereguláció: a Magyar Posta több lépcsőben való feldarabolása: MATÁV, Antenna Hungária, Magyar Posta Rt, stb. a MATÁV 1992-től 2002-ig monopol koncessziót kapott, és ez idő alatt sikerült behoznia a lemaradást a PanTel próbálkozik a VoIP-vel, de mivel ez sérti a MATÁV monopol helyzetét, ezért mesterséges minőségrontást alkalmaznak rajta. Ennek eredménye az lett, hogy szinte csak a nemzetközi mozgó távhívások terén lett létjogosultsága. a MATÁV csak korlátozottan szállhat be a kábel TV szolgáltatásba. Ipar: megszűnik az embargó az Ericsson, a Motorola, a Nokia és a Siemens gyárakat telepít Kutatás és fejlesztés: új intézmények regionális támogató központok SW házak fejlesztő egységek, kompetencia központok, pl. T-Systems RIC kutató egységek, Ericcson (Lágymányos), Nokia -11-
2 TH alapismeretek 2.1 Bevezetés Miért építünk hálózatokat? Információtípusok átvitelére, amely információtípusok lehetnek üzenetek (távirat, e- mail, SMS, MMS, fax, ), párbeszéd, zene (tömörítve), videójelek (tömörítve), adatjelek. Hogyan visszük át? 1844-1970: Egy fajta információtípust tekintünk, amelyekre létrehozunk egy méretezett hálózatot, majd ezen megvalósítunk egy szolgáltatást. Gazdaságossági szempontból megvalósítható rajta másfajta információ továbbítása is, például távbeszélő hálózaton a modemezés. Ezt másodlagos felhasználásnak nevezzük. 1970 után: Olyan hálózatok jönnek létre, amelyeken már többféle információtípus is átvihető. Ezek az integrált hálózatok. A méretezés a különböző jelek figyelembevételével történik. Ilyen integrált szolgáltatást nyújt az ISDN, ATM, GSM, VoIP, UMTS. 2.2 A hálózatok osztályozása sebességük szerint Rögzített hozzáférői Mozgó hozzáférés Gerinc hálózat hálózat Keskenysávú 2 Mb/s-ig 64 Kb/s-ig 140 Mb/s-ig Szélessávú 2 Mb/s-tól 64 Mb/s-tól 140 Mb/s-tól 2.3 Keskenysávú távközlő hálózatok 2.3.1 Távíró hálózat A készülék két fő részből áll, egy kézi adóból, és egy elektromágneses, papírtekercses vevőből. Az átvitt információ típusa alapján üzenetalapú technológiáról van szó. Probléma a csomópontokon lép fel amikor két üzenet ütközik. Üzenet-szintű ütközés Megoldás: Tárol és továbbít elv, azaz ütközés esetén az egyik üzenet papírtekercsét eltesszük a fiókba és később újratáviratozással továbbítjuk. Ezzel létrejött az első üzenetkapcsolt hálózat (message switching). -12-
Mivel az útvonal-irányítás kézzel történik ezért ez egy úgynevezett kézi kapcsolású rendszer. 2.3.2 Távgépíró hálózat Az adó oldalon egy lyukszalag-olvasó van, a vevő oldalon pedig egy írógép, ami szintén lyukszalagra rögzít (ez a távírógép). Kezdetben ez a rendszer is kézi irányítású volt, később már valós áramkörkapcsolást (circuit switching) használtak. Az áramkörkapcsoláshoz fel kell építeni egy áramkört, ezzel jelenik meg a távközlésben a hívás fogalma. A kapcsolás kezdetben kézi kapcsolással valósult meg, később automatikus lett amihez azonban csatlakozik egy tárcsázás is. Előnye a gyors átvitel, a kétirányú kapcsolat (azaz párbeszédre is jó), továbbá javul az adatátvitel minősége is. Hátránya viszont az, hogy mivel áramkörkapcsoláson alapul, ezért romlik a hálózat kihasználtsága. Hátránya még az, hogy a hívások szintjén ütközés léphet fel, ez a hívástorlódás. A TÁVKÖZLÉS ALAPPROBLÉMÁJA: a hálózaton nyújtott szolgáltatás minőség (quality of service - QoS) és a hálózat kihasználtsága egymásnak ellentmondó követelményeket támaszt a hálózattal szemben. FAIRNESS (egyenlő esélyek): egyenlő hozzáférési esély mellett kell jó kihasználtságot elérni. 2.3.3 Távbeszélő hálózat (Telephone Network) A távbeszélő hálózat megvalósításakor az elsődleges cél a beszéd érthetőségének megtartása volt. Az emberi fül a 15 Hz től 20kHz-ig terjedő frekvencia tartományban hall, míg beszédünk 7 khz körül mozog. A megfelelő beszédérthetőség eléréséhez elég csak a 0.3 khz és 3.4 khz közé eső frekvenciákat átvinni. Fontos kritériuma a távbeszélő hálózatoknak, hogy a beszédérthetőségnek minimum 97%-nak kell lennie. Kétirányú beszédátvitelt tesz lehetővé, ami történhet analóg, vagy digitális formában. Elemei: távbeszélő készülékek mikrofon hallgató jelzés berendezés (jelzés: signaling, olyan adatjel, amellyel kezdeményezni lehet az áramkör felépítését) kapcsoló központok (circuit switch) nyaláboló berendezések (multiplexer) átviteli utak: az első kapcsoló és a helyi központ (local exchange) között csavart érpárral, míg két kapcsolóközpont között régebben koaxiális kábellel, ma fényvezetővel alakítják ki az átvitelt. Két kapcsolóközpont között, de néha az előfizetői hurokban is szokás használni rádiós összeköttetést vezetékes összeköttetés helyett. Analóg hálózat A kapcsoló elektromechanikus, és áramkörkapcsolást valósít meg. Az átviendő sáv 0-4 khz, ami a beszédsáv védősávokkal kiegészítve. Régen 1000 km-re tudták a szénmikrofon jelét erősítés nélkül átvinni, ami légvezetékek segítségével történt. -13-
Az analóg nyalábolási technikák azokat az eljárásokat foglalják össze, amelyek segítségével átviteli utakat tudunk összefogni. Space Division Multiplexing (SDM), térosztású multiplexelés, lényege, hogy egy kábelen belül több vezetékpárt futtatunk. Frequency Division Multiplexing (FDM), frekvenciaosztásos multiplexelés. Ezen multiplexelés során azt használjuk ki, hogy a vezeték sávszélessége jóval nagyobb, mint a beszéd sávszélesség igénye, így a vezetéket több beszédcsatornára tudjuk bontani. 64 khz 1. 2. 3. 4. 10000. 10000 beszédcsatorna * 4 khz = 40MHz + többszörösen és hierarchikusan elhelyezett védősávok ~60 MHz Ez akár 100 km-re is elvihető koaxiális kábel segítségével, utána már erősítést kell alkalmazni. Ezzel a módszerrel már a Föld is megkerülhető. Az összeköttetés nem csak koaxiális kábel segítségével valósulhat meg, hanem földfelszíni rádiós átvitellel is. Kb. 30 km átjátszását teszi lehetővé, ezért csak szárazföldön lehet alkalmazni. Másik összeköttetési módja lehet a műholdas-rádiós átvitel. Ez óceánok felett is lehetséges. Az FDM a felhasználó szempontjából áramkörkapcsolásnak minősül. Fejlettebb országokban ma már nem használják. Digitális hálózat Egy hálózat digitálisnak mondható, ha az átviteli utak digitálisak (1962-Bell lab.) és a kapcsolás is digitális úton módonvalósul meg (1976-Bell lab.) Ma tipikus az, hogy az előfizetői hurok analóg, a helyi központokat pedig digitális hálózat kapcsolja össze. Analóg előfizetői hurok Digitális hálózat Helyi központ, ennek bemenetén történik az analóg-digitális átalakítás A mai tendencia az, hogy minél inkább digitális hálózatokat alakítsunk ki. A digitalizálás eszköze a PCM kodek. A 4kHz-re korlátozott beszédsávot 8kHz-es frekvenciával mintavételezzük, majd a mintavételezett jelet 256 szinten (8 bit) nem-lineáris módon kvantáljuk. Így egy másodperc alatt 64 kb adat keletkezik (64 kb/s). Kapcsolás: 1962-1976 analóg és elektromechanikus ez után következett a digitális kapcsoló, ami eleinte szintén elektromechanikus volt, de ma már mikroprocesszor alapú áramkör kapcsolást bizosít -14-
Time Division Multiplexing (TDM), időosztásos multiplexelés, lényege, hogy a multiplexer bemenetei n darab input pufferből kapják az adatokat, az n-edik adat az n-edik időszeletben kerül átvitelre. A demultiplexer ennek megfelelően a kimeneten n darab output pufferbe teszi az adatokat. 2.3.4 Értékelés Hálózat Adat sebessége Sávszélesség Távíró hálózat ~1 bit/sec (a távíró személyétől függ) Távgépíró hálózat 50 bit/s Analóg távbeszélő hálózat 4 khz Digitális távbeszélő hálózat (PCM alapú) 64 kbit/s 64 khz Hogyan tudunk összehasonlítani? 1 bit/sec átvitelnél mekkora sávszélesség kell? Az elvi minimum Nyquist miatt 0.5 Hz, ami a gyakorlatban 0.65 Hz és 2 Hz között mozog a megvalósítástól függően. A digitális technika előnyei: nem halmozódik a zaj (de BER halmozódás fellép) olcsóbb a gyártás (ha mikroelektronikát használnak, nincs szükség tekercsekre, csak integrált áramköröket kell gyártani) nem igényel beállítást kisebb méret kisebb tápigény (alacsony fogyasztás) magasabb fokú hálózati intelligenciát szolgál ki (pl.: hívásátirányítás) a kapcsolás és a nyalábolás kombinálható (ez a kombináció az első nyalábolási szinten végezhető el) Összességében a mai technológiai szinten olcsóbb Problémája: amikor bevezették még nem állt rendelkezésre bőven sávszélesség (ekkor még koaxiális kábelt használtak), körülbelül 2000 csatornát tudtak kialakítani a fényvezetők bevezetése után ez ma már nem jelent problémát 2.3.5 PDH hálózat Alapvetően többcélú gerinchálózat. A Plesiochronous Digital Hierarchy (pleziokron digitális hierarchia majdnem egyidejű digitális rangsor) Digitális: a rendszer azért digitális, mert a jelet nullákból és egyesekből álló sorozatként kezeljük. Az egyes csatornákat multiplexerek nyalábolják össze. 1 n jelzések Mux óra (n+2) kimeneti sebesség óra -15-
A nyalábolás TDM-mel történik. Ekkor időréseket helyezünk egymás mellé. t 0. időrés: keretezés Az első nyalábolási fokozat felépítése: 30 beszédcsatorna + 1 jelzőcsatorna + 1 keret = 32 csatorna 8 bitből képezünk egy bájtot, amit ezután egy időrésben helyezünk el. Távközlésben ezt hagyományosan nem bájtnak, hanem oktetnek szokás nevezni. Hierarchia: Ha nem lenne hierarchikus a rendszer: 1 Mux 10 3 Csatlakozó felhasználók száma Hierarchikus megoldás: 1 Másodrendű bontó 1 n 1. Primer mux fokozat 1. Primer demux fokozat n jelzések jelzések Secunder mux fokozat Secunder demux fokozat 1 1 n n. Primer mux fokozat n. Primer demux fokozat n jelzések jelzések -16-
A hierarchia előnyei: kevesebb bemenet kell lehetőség van a szabványosításra területre optimalizált együttes gyűjtés és nyalábolás Megjegyzés: az SDM és az FDM is hierarchikus. Pleziokron: Szekunder és szekundernél magasabb fokozatokban igaz. A primer fokozat szinkron. 1 2 f k +f 1 f k +f 2 Secunder mux fokozat Szekunder fokozatban nincs külön jelzés csatorna, mert a jelzés már benne van egy csatornában. n f k +f n kimeneti óra f k : a bemeneti órajel frekvenciájának középértéke f i : a bemeneti órajel frekvenciájának eltérése Miért volt eltérés? A különböző helyeken a mintavételezési frekvenciák különbözőek voltak. Miért volt eltérő a mintavételezési frekvencia? Szabadon futó oszcillátorok voltak, amiket akkor még nem szinkronizáltak, mert ez akkor még nem volt gazdaságos. Ezen kívül ezek az oszcillátorok nem voltak pontosak (kvarc oszcillátor, a tűrése ~10-8 ). Közre játszott még a koaxiális kábel változó késleltetése is. Itt kettő változás léphet fel. Az első egy statikus, lassan bekövetkező és maradandó váltózás (például az öregedés). Ennek hatása ekvivalens azzal, mintha az oszcillátor kezdőfázisa változna meg. A második egy dinamikus változás (például a hőmérsékletváltozás). Ha ez lineárisan változik, akkor a hatása ekvivalens azzal, mintha az oszcillátor frekvenciája változna meg. Egy TDM multiplexálás esetén fontos, hogy a jelek mind fázisban, mind frekvenciában szinkronban legyenek. A jelek szinkronizálására a megoldás a sebesség kiegyenlítés. Ez egy úgynevezett rugalmas tár segítségével valósul meg. Működési elve, hogy a lassabb jeleket bit beékeléssel, vagy bit beszúrással kiegészítjük, így elérjük a megfelelő sebességet (bit stuffing - UK, justification - USA). A sebességkiegyenlítést minden bemenetre külön meg kell csinálni úgy, hogy mindegyik bemeneti sebességet a tűrésmező felső értékére egyenlítünk ki. Ha megtörtént a sebességkiegyenlítés, akkor lehet multiplexálni. -17-
Töltő bitek Jelző bitek: jelzi a töltő bitek beékelését 1-ε,,1+ε (tűrés) mux bemenet Órajel kinyerő Sebesség kiegyenlítő: rugalmas tár bitbeékeléssel mux 1+ε+η,, 1+ε+η+Δ Betöltő órajel Kiolvasó órajel (egy kvarc oszcillátor) töltő bitek kiszedése a jelző bitek alapján jelző bitek kiszedése Sebesség visszaállító (demux) demux kimenet 1-ε,,1+ε Órajel kinyerő Betöltő órajel Kiolvasó órajel (a töltőbitek sűrűsége határozza meg) Az eljárás előnyei: a sebesség kiegyenlítés (frekvencia, fázis) pontosan megvalósul, vég-vég transzparens módon elég egy rövid tár is (néhány bitnyi), tehát kevés hardverrel is megvalósítható, ez egyben kis késleltetést is jelent. Az eljárás hátrányai: az átvitel közben nem transzparens. Minden fokozatnál hozzá kell adni jelző- és töltőbiteket. Ettől nagyon komplikált lesz, és a lebontást is lépésről lépésre kell megtenni. PDH rendszerek USA EU Japán Transz-Atlanti Az USA PDH rendszere: -18-
Hierarchia szint 0 T1 T2 T3 T4 Kerekített sebesség (Mb/sec) Beszédcsatornák száma 0.064 1.5 6 45 274 1 24 4*24=96 7*96=672 6*672 = 4032 A táblázatban kiemelt T3-as 45 Mb/sec-es sebesség a koaxiális alapú gerinc hálózat sebessége (tud 45 Mb/s -nél többet, de a következő szinten lévő 274 Mb/s már nem fér bele). Az európai és amerikai rendszer nem ugyanolyan: Az EU rendszer, később keletkezett A különbségnek politikai okai is vannak (EU legyen az európaiaké) Az EU jobbat akart csinálni (olyat amely jobban kihasználja a koaxot -19-
Az európai gerinchálózati technológia: Hierarchia szint 0 E1 E2 E3 E4 E5 Kerekített sebesség 0.064 2 8 34 140 565 (Mb/sec) Beszédcsatornák száma Átviteli közeg (50-100 km) 1 30 4*30 =120 4*120 =480 4*480 =1920 Szimmetrikus kábel Koaxiális kábel Fénykábel Rádiós (földfelszíni, vagy műholdas) 4*1920 =7680 Szimmetrikus kábel: csavart ér négyes, amin megvalósul a duplex átvitel. A táblázatban megjelenő fénykábel még nincs teljesen kihasználva, a rendszert pedig a koaxiális kábelre tervezték. Blokkséma: 1 30 jelzések primer v. elsőrendű I. 1. órajel 8 khz ezt kivezetik a helyiközpontból a mintavételezési helyekre ~2 Mb/s E1 szekunder v. másodrendű II. 2. órajel ~8 Mb/s E2 tercier v. harmadrendű III. 3. órajel ~34 Mb/s E3 kvarter v. negyedrendű IV. 4. órajel E4 ~140 Mb/s Szinkron, de csak a kis távolság miatt Plezikron PDH leágazás: E4 Bp Győr E4 140 Mb/s-os gerinchálózati szakasz Biatorbágy felé E1 140 Mb/s-os gerinchálózati szakasz -20-
Bp mux Győr demux IV. E4 A/D mux E1 E4 IV. A kérdés az, hogy mi kell a dobozba? (Az A/D itt nem analóg-digitál átalakítót jelől, hanem egy úgynevezett Add/Drop multiplexert, leágazó nyalábolót.) Ahhoz, hogy létre tudjuk hozni a leágazást, a teléjes jelet le kell bontani az alábbi ábra szerint. E4 E4 E3 E3 E2 E2 E1 Amikor kialakult, még nem használták a sok átkötés miatt, helyette PDH pont-pont összeköttetést létesítettek a kapcsolóközpontok között. Mivel a hálózat így alakult ki, így is maradt, de mérési célokra ma már létre hoznak PDH leágazásokat. Az időosztású kapcsolás PDH rendszerekben Csak rendszertechnikai szempontból vizsgáljuk. -21-
B C előfizetők előfizetők n b Primer kapcsolóközpont n c N a előfizetők A Primer körzet Egy helyközi telefonszám a következőképpen épül fel: 06 23 454-665 Körzetszám max 10 6 előfieztő egy primerkörzeten belül Előkód n b azt jelöli, hogy hogy hány áramkör van A és B között. 1.bemeneti pár 1.bemeneti pár A kapcsolókat úgy gyártják, hogy a kapuk (portok) száma kettő hatványa legyen. n a 1. n b 1. n a 1. n b 1. A hívás lehet helyi, vagy helyközi. A helyközi hívások iránya mindig a körzetszámból derül ki. n c n c Az A kapcsolóközpont -22-
Modellek B C Primer központ n B A n C n B, n C gerinc (trönk) áramkörök száma N A előfizetői (hozzáférői) áramkörök száma N A B C n B n C A n a ~10 3 Vonalsűrítő (forgalomkoncentrátor) N a ~10 5-23-
A hozzáférés és a primerközpont 4/2 2/4 kódoló dekód. PCM xx Digitális kapcsolás PDH-ban együtt használják az idő-, és a térosztásos kapcsolást: a 0. szinten időosztásos, az 1. szinten térosztásos kapcsolás van. Ennek megvalósításához szinkronhálózat szükséges. Szinkronszigeteket hozunk létre, amelyeken belül elég csak a fázist szinkronizált órákkal kiegyenlíteni. Két szinkronsziget között, már a frekvenciát is ki kell egyenlíteni. Mindkét feladatot egy nagykésleltetésű rugalmas tárral lehet megvalósítani. A hívás elején középig töltjük fel a tárat 2 Mb/s fázis/frekvencia kiegyenlítés Órajel kinyerő Kiolvasó órajel 1-ε,,1+ε 1-δ,,1+δ A nagy késleltetésű rugalmas tár hátrányai: Nagy késleletetés Elfogyhatnak a bitek Nagy tár szükséges A nagy késleltetésű rugalmas tár előnye: Végig transzparens -24-
Hasonlat: nyávogó magnó Országos távbeszélő hálózat szekunder sík haránt összeköttetés primer sík Gerinc hál. Központ-közi hál. helyi központok előfizetők helyi hálózat Az alapmodell hierarchikus fastruktúra, de ez sérülékeny, mert felfelé koncentrálja a forgalmat. Ennek kivédésére haránt összeköttetéseket is alkalmaznak. 8 Mb/s 140 Mb/s A szekunder hálózat teljes gráf 34 Mb/s A primerszekunder összeköttetés nem teljes gráf, csak haránt összeköttetések kel kiegészítet fa -25-
Magyarország szekunder központjai: Miskolc Győr Kelenföld Józsefváros Debrecen Székesfehérvár Szolnok Zalaegerszeg Pécs Szeged Magyarországon 10 db szekunder központ van: (10*9)/2=45, azaz 45 db 4 huzalos vezeték, 45*1920=86.400 beszédáramkör. A magyarországi primerkörzetek szám kb. 50 db. Az amerikai PDH szabvány szerint Magyarországon kb. 16 szekunder központot kellene telepíteni: (16*15)/2=120, 120*671=80.520. Az USA-ban 135 szekunder központ van (ma kétszintű, régen 10 volt), (135*134)/2=9045, 9045*671~6.000.000 beszédcsatorna. Nagyvárosi távbeszélő hálózat Budapesten 30 db helyi központ van. Az ábrán a helyi központok összekapcsolódása nem alkot PDH gyűrűt, csak PDH pont-pont összeköttetéseket alkalmazunk központok között. Tandem központ Az egyik Angyalföldön, a másik Városmajorban van. -26-
10 db szekunder központ, ezekhez csatlakozik kb. 50 db primer központ Józsefváros BÁH Budapesti Átkérő Hálózat Nemzetközi kicserélő központok Kelenföld Helyi központok Tandem központok Angyalföld, Városmajor Józsefváros, Kelenföld -27-
TST kapcsoló Primer multiplexer 1. szint, TST Time Space Time 3. 17. 3. 17. 1 TST kapcsoló 1 n n 3. 17. Kétirányú, duplex, négyhuzalos kapcsoló 3. 17. Rugalmas tár nagy késleltetéssel Saját primer körzetből - I. multiplexer TST Más primer körzetből II. demux RT CLK Órajel kinyerő -28-
Visszhang 4/2 2/4 Itt nem visszhang, hanem őrhang van, ami arra szolgál, hogy a készülékben halljuk a saját hangunkat. Erősítő 4/2 2/4 A méretezés során a többszörös hurkokat nem kell figyelembe venni, mert ezekre hat a csillapítás is. Az egyszeres hurkok természetesen rontják az átvitel minőségét, a csilapításnak 10-30 db között kell lennie. Ha T vissza <12.5 ms, akkor nem szükséges kezelni a visszhangot. Ha ezt az értéket meghaladja akkor vagy visszhangzárral, vagy visszhangtörlővel kezeljük (echo conceller). 150km T hozzáférő = = 0. 6ms 3 km 250*10 s 3 20*10 km T gerinc = = 80ms + műhold 3 km 250*10 s Az előírás a maximális késleltetésre 250 ms. + PCM kodek + Mpx + kapcsolók + késleltetés -29-
Visszhang-zár VAD 4/2 A VAD feladata megkülönböztetni a beszéd jelet és a zaj jelet, majd ezek aránya alapján teszi meg a túloldali erősítést. Használata: Műhold Mozgó távközlés VoIP Régen tenger alatti kábel Visszhang törlő VT 4/2 2/4 VT Hibajelképző áramkör, ami megvalósítja az adaptív szűrést. Az áramkör által mért visszhangot negatív előjellel hozzáadjuk a vonalhoz. 2.3.6 Hálózatok típusai Alapvetően egy hálózat négy tulajdonság közül kettővel rendelkezik, melyek kapcsolata a következő: Közcélú vagy nyilvános (public) Zártcélú vagy magán (private) Kapcsolt hálózat (switched) Bérelt hálózat (leased) -30-
Az eddigiekben nyilvános, kapcsolt távbeszélő hálózatokról volt szó amelyeket angolul PSTN-eknek rövidítünk (Public circuit switched telephone network) 2.3.7 Keskenysávú adathálózatok Adatátvitelre tervezett hálózatok: PCSDN (Public Circuit Switched Data Network) PDH alapú gerinchálózat Nincs PCM (a felhasználó által megrendelhető sebesség 64 kbit/sec) A falon kettő csatlakozó van: PSTN, PCSDN Adatcsomagot visz át, de nem kezeli a fejlécet (transzparens hálózatnak nevezzük) PPSDN (Public Packet Switched Data Network) X.25 alapon működik Európai technológia (1972-től) Fémvezetőkre tervezték (nagy problémája az áthallás BER~10-5 ) Minden csomópontban szükséges a hibadetekció, és az újraküldés Hátránya így az, hogy lassú (hozzáférői: 16 kbit/sec, gerinc: 64 kbit/sec) A 2. rétegben módosított HDLC van, LAP-B (Link Access Procedure Balance) Látszólagos áramkapcsolás (Virtual Circuit Switched) Nincs garantált sávszélesség Valójában csomagkapcsolt Két jel statikus multiplexerrel tudja használni az útvonalat Statikus multiplexer: burstos, az útvonal rögzített, erőforrás foglalás is történik (tehát nincs hívás) Hívás felépítés 1. jelzés 2. a) útvonalválasztás b) hívásblokkolás 3. erőforrás foglalás statikusan 4. adatátvitel (közben QoS mérés statikusan) 5. erőforrás felszabadítása 6. számlázás Valós áramkör kapcsolás esetén is igaz, de ott az erőforrás foglalás nem statikusan történik. A szál árért cserébe megfelelő QoS-t garantál a szolgáltató. A számlázás miatt nagyon oda kell figyelni az erőforrás felszabadítására, mert ha nem teszzük meg, akkor a felhasználó olyan szolgáltatásért fizet, amit nem vett igénybe. Így az erőforrás felszabadításnak nagyobb a prioritása, mint az erőforrás lefoglalásnak. Másik elv az, hogy nincs áramkörkapcsolás, helyette csomagkapcsolás, ez a datagram. 2.3.8 ISDN Rövidítés: Integrated Services Digital Network (integrált szolgáltatású digitális hálózat) -31-
Az integráltság ez esetben azt jelenti, hogy a rendszer egyaránt képes beszéd, adat, videó és fax átvitelre, egyszerre több végberendezése van, és kényelmi szolgáltatásokat is nyújt, mint például a hívásátirányítás. Lényege: A végberendezés egy PCM kodeket tartalmaz Az adatátvitel nem korlátozott (digitális hurok) Többféle sebesség (n*64 Kb/s) Több végberendezés lehet Következmények: Bonyolultabb jelzésrendszer Bonyolultabb kapcsolás A falon csak egy csatlakozó van Általános innovációs modell Piacképes termék Termék Fejlesztés Alkalmazott kutatás Alapkutatás Szabványosított csatornák B csatorna (Basic, alap csatorna): valós áramkör alapú, 64 kb/s (az órasebesség 2*64kb/s, kiépítése: 2B+D, ahol a D csatornán jelzés mindig van, adat esetleg, a 2B csatorna pedig lehet kettő beszéd csatorna, vagy 1 beszéd, 1 adat (ekkor ez 64 kb/s), vagy 2 adat csatorna (128 kb/s)). D csatorna (Data, adat csatorna) X.25 szerű, 16 Kb/s vagy 64 Kb/s (16 Kb/s = jelzés+9.6 Kb/s adat). LAP-D: LAP for D channel. Az ISDN problémája Többsebességű kapcsolás (multirate switching). Fix B+D, ahol a problémát az jelenti, hogy hogyan tudunk a minőségbiztosítás mellett többsebességű kapcsolatot gazdaságosan megvalósítani. A probléma megoldása a csomagkapcsolás. Jelzésrendszer Az első egy DSS, amire hozzáférői, pont-pont alapú hálózatban van szükség (Digital Subscreiber Signaling). X.25-ből örökölte az LAP-D-t, nincs virtuális áramkör. A második az SS7 (Signally System 7) központközi jelzésrendszer. Feladata a B csatorna útválasztásának megvalósítása. Az így kialakult rendszer csomagkapcsolt és adatcsomagalapú. Az SS7 és a TCP/IP között sok hasonlóság van, de az SS7 ugyan egy időben fejlődött a TCP/IP-vel, de függetlenül és más célokra hozták létre. Sűrű topológiával rendelkezik. -32-
Hozzáférői szakasz 2/4 + visszhangtörlő, duplex átvitelt tesz lehetővé. Szélesebb frekvencia sáv: 2 27 khz (22 khz-es sávszélesség digitális használata). Az átvitel 4 szintű, ami 160 Kb/s keretsebességet jelent. A végberendezésben PCM kodek található. Távolsága korlátozott: 4 13 km a kábel átmérőjétől függően. 2.4 Szélessávú távközlő hálózatok 2.4.1 SONET és SDH Rövidítések: SONET: Sincronous Optical Network (Szinkron optikai hálózat) SDH: Sincronous Digital Hierarchi (Szinkron digitális hierarchia) SONET: 1984-ben először az ANSI szabványosította. 1988-ban a CCITT elfogadta az ajánlást, majd az ANSI végrehajtotta a megfelelő módosításokat, hogy a kialakult rendszer kompatibilis legyen a CCITT-vel. Feladatai: Nyalábolás Bontás Bemenete PDH mintára készült (az áramkörök nem), magát a rendszert pedig optikai hálózatra tervezték (de a mikroelektronikában is sokat fejlődött). Az optikai kábel 1970 végén a fizikusok rájöttek, hogy a tiszta üvegnek kicsi a csillapítása. Jellemzői: Nagy sávszélesség (elméletileg 200 THz) Kicsi hibaarány (BER ~ 10-9 ) (koaxiális ~ 10-5, rádió ~ 10-3 ) Optikai vezetékben nincs a koaxra jellemző áthallás, és a rádiós átvitelre jellemző több utas terjedés (fading) Stabil késleltetés (ez fontos a szinkron rendszereknél) A szinkron rendszerek A rendszerben szinkron órák találhatóak (a frekvenciában és fázisban szinkronizált órák az optikai kábel stabil késleltetésével párosulnak) Úgynevezett szinkron szigeteket alakítanak ki, ugyanis a kábelek késleltetését ki kell egyenlíteni. Ezt a kiegyenlítést az egyes szigetek határán is meg kell tenni. Az SDH I. nyaláboló feladatai -33-
SDH I. STM I. felé STM: Synkron Transport Modul (Szinkron szállító egység) Igény szerint lehet: Különböző szintű PDH összetevő IP csomagok is ráengedhetőek ATM-et is, de nem kezeli a csomagot és a valós áramkörkapcsolást nem rontja le Feladatai: Alacsonyabb PDH összetevők nyalábolása Sebességkiegyenlítés a bemeneten (ez rugalmas tárral történik bitkiékeléssel, vagy nagy késleltetésű rugalmas tárral) Sebességkiegyenlítés a kimeneten (a kimeneten mindig bitbeékelés van) SDH II. STM II. STM I. Itt pontosan négyszeres a sebesség a szinkronitás miatt. Feladatai: Kimeneti keretezés Az STM I. kimeneti keretezését lebontja, majd újrakeretezi a kimeneten, és sebességkiegyenlítést is végez Előny, hogy mélyen egymásba ágyazható, és egy lépésben kiemelhető SDH funkciók részletesebben Nyalábolás/bontás Leágazás (ADM) Digitális rendezés Védelmi kapcsolás (automatikus védelmi kapcsolás multiplexer szakaszon vagy regenerátor szakaszon), protection switching (az SDH-nak nem feladata nincs időosztású kapcsoló, nem kezel áramkört) -34-
SONET STS-1 STS-3 STS-12 STS-48 STS-192 STS-768 SDH STM-1 STM-4 STM-16 STM-64 STM- 156 Kerekített sebesség 52 Mb/s 155 Mb/s 622 Mb/s 2.5 Gb/s 10 Gb/s 40 Gb/s Beszédcsatornák EU 1920 7680 30720 122880 491520 száma Beszédcsatornák USA 672 2016 A nagyságrend ugyanaz, mint az EU-nál száma Átviteli közeg Földfelszíni és műholdas rádió Fénykábel Rendezés, mint hálózati funkció (Cross Connect CC vagy XC) Kábel rendező: 1 1 n n Mechanikusan például: csatlakozó(üveg, fém) hegesztés (üveg) forrasztás (fém) Műanyag: nagy csillapítású és nagy átmérőjű olcsóbb a szál és a csatlakozó is. Felhasználás: kapcsoló központ bemenetén és kimenetén számítógép hálózat tanszéki laborok Áramkör rendező: 1 n i 1 1 n 1 n 2 Vezérlő Törzshálózati oldalon nyalábolval! -35-
Pl.: kapcsoló mátrix: digitális analóg(rotary) TPV TPV (tárolt program vezérlésű) Vezérlés: Jelzés: áramkörkapcsoló (előfizető kezdeményezi) Jelzés hálózat (logikai) /jelzés sík/ Controll network Kapcsolt TH Managelés áramkörrendező (hálózat manager kezdeményezi) Menedzselő hálózat (sík) Managment network Digitális rendező - Digital XC (DXC vagy DCC) 1 1 n i n 1 1 n2 1 n 3 Hálózat menedzser vezérli Egyszerre sok áramkört Szoftveres úton Igény szerint gyártják PDH-ban nincs Mindegyik nyalábolt hiszen Fejlesztés: ASTN Automatic Switched Transport Network DXC + jelzőhálózat + SDH szintek -36-
SDH alaptopológiák: ADH pont-pont (P2P). A kapcsoló központok között. Leágazás SDH gyűrű E3 ADM E2 ADM ADM E4 ADM PDH-ban lehet,mert nincs ADM nincs sávszélesség (a kábelek túlhasználtak) PDH-nál gyűrű helyett teljes hálót építenek. SDH gyűrű előnyei: egyszerű hálózati hibavédelem automatikus áthurkolás, fele kapacitás önjavító gyűrű (self healing ring) -37-
SDH gyűrűk rendszere: ADM STM 16/2.5 Gb/sec Szekunder kapcsolóközpont E3 STM-1 SDH gyűrű 2.4.2 Optikai hálózat: PDH + optikai kábel} (első generációs optikai hálózat) TDM elv SDH + optikai kábel} Optikai hálózat: csomópontok is optikai eszközök TDM elv korlátai (gyakorlatban 40 Gb/sec, elméletileg 160 Gb/s) modulátor: memória elektronikus áramkör optikai szál torzítja a jelet: diszperzió kvantum elektrodinamikai dolgok a Maxwell egyenletek helyett TDM helyett: TDM + FDM 40 Gbit/sec = λ 1... Közös üvegszálon: FDM 40 Gbit/sec = λ 2 FDM=>WDM (Wavelngth DM, ugyanaz mint az FDM) Technológia fejlődése SDM => FDM => TDM => TDM+FDM pl.: 160 *STM-64 =>1.6 Tb/s ez kb. 20 millió beszédcsatornát jelent Optikai csomópontok OADM (optikai ADM) λ váltással -38-
OXC (optical cross connect) Megmaradt az áramkörkapcsolás. 2.4.3 ATM hálózatok: Asynchronous Transfer Mode 1988- EU optikai kábelre Alapvetően csomagkapcsolt, virtuális áramkör. Funkciói: nyalábolás kapcsolás rendezés Kis méretű, egyforma hosszú csomagok (cellák, cells): 48 byte hasznos 5 byte fejléc 53 byte Alapértelmezett sebesség: 155 Mbit/s=>STM-1 =>II. SDH mpx A lényeg az, hogy illeszkedjenek az SDH sebességhez, hogy a nyers cellákat át lehessen vinni SDM-en keresztül. 155 Mb/s V1 V2 155 Mb/s Szünet nélkül küldünk ATM statikus mpx 155 Mb/s A tároló megnöveli a késleltetést és késleltetés ingadozást ami a nagyobbik baj. Megoldás lehetne, hogy a vevő oldalra is egy tárolót helyezünk, de ez még jobban növeli a késleltetést és plusz áramköröket eredményez. A vevő szinkronizmusát fenn kell tartani ezért küldünk üres cellákat de az ATM mpx kimenetén kevesebb lesz az üres cellák száma. 155 Mb/s STM-1 II. SDH mpx ATM kapcsolás és rendezés A rendezést a hálózatmenedzser vezérli. ATM switching: Többsebességű kapcsolást tudunk vele megvalósítani, a hasznos és az üres cellák aránya szabja meg a tényleges sebességet. -39-
Látszólagos / virtuális áramkör VC Látszólagos / virtuális útvonal VP Mindekettő kétszintű hierarchia Egy VP maximum 4096 VC-t tartalmazhat. VC1 VP VC2 Minden csomópontban van egy útvonalválasztó (router tábla). A VP és VC azonosítók cserélhetők útvonalválasztó táblák a csomópontokban helyezkednek el. ATM kapcsoló feladatai: Hívás, hívásengedélyezés (CAC Call Admission Controll) Hívás + hívásengedélyezés / blokkolás A szerződéskötésnél szabják meg a sebességre és minőségre(qos T ill.ber) vonatkozóan. Útvonalválasztás (routing) Erőforrás foglalás (resource capacity provision) Átviteli kapacitás processzor kapacitás (a csomópontokban) tárolókapacitás Rendszabás (policing) A CAC szerződés túllépése esetén lép életbe. A hálózat figyeli, hogy melyek azok a cellák, amelyek a többletként érkeznek, ezeknek a celláknak a prioritását kezeli (alacsonyabbra állítja a prioritásukat). A prioritás kezelésnél a csomópontokban vagy eldobja a cellákat vagy pedig átengedi ha a díjszabás megváltozik a felhasználó fizet azért, hogy a sebességnövekedést igénybe vehesse. Bontás Rendezés és kapcsolás VCX virtuális áramkör rendező VPX virtuális útvonal rendező VCΧ virtuális áramkör kapcsoló VPΧ virtuális útvonal kapcsoló Ezt használják a hálózatban Ezt gyártják Ez a szabvány világa Az elvi lehetőségek szerint tetszőleges párosítás lehetséges. -40-
Sebesség: Maximum 2,5Gb/s (SGH szint). Optikai vezeték az alapértelmezett, mert nincs hibajavítás a csomópontokban, nincs hibaellenőrzés, csak fejléc hibaellenőrzés van(crc). Rádiós átvitel esetén hibajavító kódolás van (FEC). Eszköz interfacek: Nyers ATM cella 25Mb/s (token szint) vagy SGH szinten155mb/s vagy 622Mb/s. Nyers ATM cellán nincs semmiféle pulsz keret az ATM kereten kívűl. PDH, SONET, SDH: N*64Kb/s pl.: 64Kb/s ez a legkisebb a legnagyobb 2,5Mb/s LAN, ADSL, Rádiós: csomóponttal megvalósítható, igény szerint gyártják. ATM Alkalmazások: Gerinchálózat: rögzített hálózat, UMTS gernichálózat, IP over ATM IP ATM felett: régen ez sebességnövekedést jelentett de ez mára már megszünt. A managelhetőség (útvonal menedzsment elsősorban a VC és a VP rendezők segítségével) és a QoS miatt lesz jó. Alternatíva: MPLS (IP/MPLS) VPN (Virtual Private Network Virtuális magánhálózat): csak csomagkapcsolt hálózatoknál használják. + = VPX látszólagos útvonalrendező Ez a szolgáltató által kiéptett hálózat A két hálózat nem látja egymást. Hozzáférői hálózat: ADSL, videó kommunikáció: a statisztikus multiplexert használják ki. B-ISDN (Broadband ISDN szélessávú ISDN) Akkor mondjuk szélessávúnak, ha a hozzáférő sebessége nagyobb, mint 2Mb/s. 1990- ben született az elnevezés. Akkor még ATM alapúra tervezték, de az IP előretört, ezért ez a koncepció megerekedt, ezért nincs ATM kapcsoló. -41-
2.4.4 ADSL Visszhangtörlő 26 140 1100 khz ISDN feltöltés letöltés Digitális visszhangtörlőt a BER javítására használják. Sebessége: Felfelé pl.: 64Kb/s, Lefelé pedig 384, 512, 1024Kb/s. A sebesség három dologtól függ: mennyit fizetünk a szolgáltatásért, milyen messze vagyunk a helyi központtól, illetve annak a kihelyezett fokozatától, illetve a huzal átmérőjétől. Rendszervázlat: Távbeszélő háló ~ ~ ADSL modem Aluláteresztő szűrő ~ ~ sávszűrő ADSL végberendezés DSLM IP háló -42-
2.5 IP alapú hálózatok Általában számítógép hálózatoknál. Szélessávú integrált szolgáltatású hálózati szemléletet tükröz távközlő hálózati célra, de konvergencia van. 2.5.1 Hozzáférői hálózatok PPP (Point To Point Protokoll) Alkalmazása: PC útvonal választó Útvonal választó - útvonal választó (bérelt távközlő hálózaton). Ethernet hálózat (IEEE.3x US) Multipoint to multipoint (többpont - többpont) Név Sebesség Domináns közeg Ethernet 10Mb/s Koax, sodrott érpár Gyors 100 Mb/s Sodrott Ethernet érpár, Gigabites Ethernet 10 Gigabites Ethernet 1Gb/s ~10Gb/s SDH-hoz optikai Sodrott érpár, optikai Optikai Távolság Topológia Szabvány éve 100m 185m 100 2km 100m 5km 40km (SDH-val nincs korlát) Sin, fa + elosztó + Ethernet kapcsoló Alkalmazás 1983 Már nincs Már alig 1. 1995 1. 2. 1998 1. 2. 2002 MAN (TH) 1. Épületek folyosóin 2. Épületszárnyak, épületek között Pl.: BME ATM: 155 és 622Mb/s tartalék Ethernet 100Mb/s, 1Gb/s, 10Gb/s Egyéb túlhaladott technológiák A technológiák burjánzása kb. 1985-1990-től indult el nagymértékben. A kiváltó ok az optikai kábel megjelenése. A technológiák letisztulása ~2000-ben történt meg. Tanulság a technológiák terén, hogy skálázható méretü hálózatok kellenek, mert azok maradandóak. A skálázhatóságnál megjelenik a kötött topológia, ami a hátárnyát jelenti. 2.5.2 Az IP alkalmazás lehetőségei klasszikus TCP/IP protokollcsalád Gyors TCP QoS IP hálózatok MPLS -43-
VoIP Az utolsó négy lehetőség területén még a mai napig is folynak kutatások és fejlesztések. Klasszikus TCP/IP protokolcsalád TCP/IP adatkapcsolat PPP/TH, Ethernet IP Internet Protokol: feladata a cimzés és az útválasztás az 1. csoportban, illetve a forgalom irányités az egész hálózaton Skálázhatóság : hierachikus cimzés IP (Hálózati funkció): Datagram = adatcsomag alapú. Az IP maximális átviteli sebessége 10Gb/s. A feladata a csomagok cimzése. Nem jól menedzselhető. A QoS cask TOS (Type Of Service). IP v 4, IP v 6 szigetek, kisérleti szinten a cimbővités, mobilitás, biztonság területén. TCP/IP (Transmission Control Protocol Átvitel vezérlő protokol) A szállitási rétegben van jelen, összeköttetés alapú. Funkciói: portok kezelése (multiplex) megbizható átvitel (újraküldés, sorrendezés, stb.) a forgalom szabályozása a vevő elársztása ellen torlódási védelem (Connection control): Az IP rétegben jön létre és a TCP-ben védekezünk ellene. Problémák: Rádiós közeg FEC Adaptív forgalom Milyen legyen a hálózat méretezése? Túlméretezés! Fraktális forgalom Milyen legyen a hálózat méretezése? Nagy adatsebesség: pl.:1gb/s. Gyors TCP pl.: RTT (Round Trip Time) mérik, finomabb és bonyolultabb Játék : Csaló TCP díjszabás rétegek TCP/IP TH intelligencia UDP User Datagram Protocol Funkciói: Adatátvitel: Nem megbizható, mert nincs benne torlódásvédelem összeköttetés mentes Portkezelés Alkalmazása: valós idejü átvieteleknél pl.: VoIP beszéd, videójel kérdés-válasz kezelés pl.: DNS lekérdezése. Hátrány, hogy torlódáskor elveszik az adat egy része. -44-
TCP + UDP: Torlódáskor UDP esetén csomagvesztés TCP esetén sebesség késleltetés, sebességvisszaszabályozás. Az UDP jobb lesz, ha a TCP forgalom >> UDP forgalom. Klasszikus TCP/IP család (conqestion) R Szük keresztmetszet R Max. Általában igy müködik Ennél van szélsőségesebb eset is, sztohasztikus, kaotikus eset g ma is kutatási téma. Mé Összegzés: A TCP protokol A TCP/IP milyen QoS-t tud garantálni? Késleltetésre semmiféle, arra sincs garancia, hogy megérkezik. (Best Efort legjobb szándék szerint közvetíti a csomagokat vagy másik fordításban, mindent megtesz.) A rendszer túlméretezett QoS IP hálozatok: Ha garanciát szeretnénk, akkor fel kell adni azt a lehetőséget, hogy a felsőbb réteg ki tudja javítani az alsó réteg hibáit. A felső réteg tud javítani? Csomagvesztést igen=> növeli a késleltetést Alapkésleltetést a sorbanállás = nem -45-
Következmény: A hálózati rétegben is kell kezelni a torlódást.(osi) Ott kell kezelni a torlódást ahol keletkezik. Összeköttetést kell felépíteni a hálózati rétegben is. Az összeköttetések lehetőségei a (hálózati) rétegben: Hard State Connection- kemény állapotú összeköttetés Szigorúan felépítjük, erőforrást foglalunk és bontjuk az összeköttetést. Pl.: valós áramkör. Látszólagos áramkör TCP (szállításban) PPP (adatkapcs. rétegben) Soft State Connection- puha állapotú összeköttetés Elkezdjük felépíteni az összeköttetést, de nem várjuk meg míg felépül, nem várunk visszajelzést, hanem máris küldjük sűrűn az adatokat. Pl.: átlag 30s-ként újra kezdeményezzük a felépítést (függetlenül attól, hogy az adó vagy a vevő kezdeményezi). Erőforrás foglalás, ha létrejön az áramkörkapcsolás. Ha nincs kezdeményezés egy ideig akkor bontás történhet. Opció: bontójelet is szabad küldeni. Ha a hálózati rétegben történik, akkor dinamikus útvonalkezelés van. Pl.: RSVP Resoruce ReSevation Protokol - Erőforrás foglaló Protokol Ezt az IETF szabványosította 1994-ben Ha nem a hálórétegben, akkor a viszonyrétegben található IETF konferencia protokol Light Weight Sessions LWS- könnyed viszonyok QoS IP: Int Serv hálózatok (Inegrated Services IP networks IS IP hálózatok (IETF 1994)): Folyamatokat definiál (flow): TCP vagy UDP portok között áramló csomagok. IS session: folyam állapotjelzők (sebesség, QoS milyen?) és útválasztó állapotjelzők (viszony) OSI viszony: más IS viszony nem más mint egy összeköttetés a hálózati rétegben. RSVP útválasztás Erőforrás IP router 2. 1. Ha az út megváltozik, akkor az erőforrás követi. Lebomlik a régi és kiépül az új erőforrásfoglalás, de az IS viszony nem bomlik le, ez az áramkörnél nem igy van. IS jól használható-e? Nem jól skálázható, mert az útválasztókban túl sok információt kell kezelni (a prioritások, erőforrások foglalása) csak hozzáférői hálózatban jöhet szóba => gerinc nem. -46-
DS - Differentioted Services IP networks ( IETF- 1997) A Diff. S. vagy DS megkülönböztetett szolgáltatású IP hálózat. Ds tartományokat definiál, domain: Border router / Edge router határcsomópont / útválasztó Interior router - belső útválasztó (csak prioritást kezel) Feladatai: Folyamatos AC-Admission Controll - belépés engedélyezése rendszabás.policing prioritás (elsőbbség) beosztás és kezelés: Elosztott vagy koncentrált (Bondwith Border, BB-sávszélesség ügynök) módon is lehet egy-egy tartományban. Csak a szélén végzünk nagy munkát ez a DS IP-ben a lényeg, IS hozzáférés és DS gerinchálózat. MPLS: (1992- IETF) Multiprotocol Label Switching - több protokollos címke kapcsolás. Elviekben több protokolos, de a gyakorlatban csak az IP. PPP MPLS IP TCP Hasznos adat CRC Összeköttetés orientált Funkciói: MPLS címkéket tudnak kezelni az útválasztók, mely lényege, hogy dinamikus útvonalat kezel. (rövidebb útvonalcimke => gyorsabb feldolgozás, csak rövidebb MPLS címkét dolgoz fel). Pl.:VPN (virtuális magánháló) létrehozása is. Managelhetőség!!! Ez az amiért elsősorban elterjedt. QoS: a DS-t távolra lehet rakni (DS támogatása). Terhelésmegosztás-az adatot két útvonalon visszük (=új igény elvesztése, biztonság). Gerinchálózati technológia. Dinamikus Útvonal: Label Switched Poth - címkekapcsolt útvonal. Címke kiosztás: Pl.: RSVP. Összehasonlítás ATM-MPLS: IP/ATM => IP csomagokat cellákra bontja, kemény álapotú, az EU-ban kezdenek áttérni. -47-
IP/MPLS => rátesz egy plussz címkét az IP csomagra, de nem bontja fel, dinamikus útvonal USA Fejlődési spirál: Valós ák. kapcsolás Látszólagos ák. kapcsolás Üzenet kapcsolás Adatcsomag kapcsolás (IP) Dinamikus útvonal kezelés GMPLS: Generalized MPLS-általánosított MPLS A címke általánosítva van. Pl.: SDH időrés, WDM hullámhossz VoIP: Voice over IP- beszédátvitel IP felett ITU-T:H.323-mas ajánlás 1996-gyártják,telepítik,üzemeltetik IETF:SÍP:Sesion Initation Protokol-viszonylétesítő protokol Cisco: saját megoldások Professzionális megoldás ~2000-től. Föbb elemei: átjáró: tartományok szélén több CAC jelzés (CAC) Végberendezés 1. Analóg végberendezés esetben: kodek, beszéd 6,4 vagy 5,3 kb/s =>kiszedjük a beszédből a redundanciát. A késleltetés 20 milisec. 2/4huzalos átalakítás,visszhangtörlő jitter csökkentés (a késleltetés ingadozik a routerekben sorbanálás van) dejitter buffer 2. VoIP végberendezés o digitálisak a funkciók benne o tartományvezérlő gate keeper: Az erőforrásokat és a hivásokat központilag kezelje. o MCU-Multimedia Control Unit: tartományonként, ha van videó is. -48-
o Központi vezérlés: több tartomány,összhang o Központi átjáró, különböző hálózatokhoz csatlakozik PSTM, GSM 2.5.3 Összefoglalás: Jövőkép lehetőség: technológiai rétegződés Beszéd, videó Adat RTP UDP TCP IP(DS) MPLS PPP Optikai hálózat Alkalmazások: Szolgáltatási osztályok vagy forgalmi osztály, mpx feladat, útvonalválasztás, QoS torlódáskezelő Managelés miatt, QoS támogatás Kapcsolatfelépítés Nagysebességű átviteli lehetőség, bizonyos managelhetőség, mpx 2.6 Mozgó információs kommunikációs hálók 2.6.1 Föld felszini mozgó távközlő hálózatok: Cellás elv: a Föld felszine cellákra van osztva: 7 6 2 7 3 1 6 4 5 2 3 1 4 5 Besugárzási övezet Nagy terület lefedésére szolgál, a frekvenciát újrahasznosítjuk. Kis cella elönye: kis adó teljesítmény szükséges emberi egészség szempontjából fontos akku -49-
nagy forgalomsűrűség: ugyanazon sávszélességen Kis cella hátránya: sok bázisállomás kell => költséges nem szép látvány 1-G-elsőgenerációs mozgó távközlő háló: analóg volt Mo-on 1992-2003 nem volt egységes az EU-ban 2-G digitális, EU-ban egységes 2.6.2 Földfelszíni mozgó távközlő hálózatok Cellás elv: 1. Generációs 2. Generációs: GSM (Group Special Mobile) 1992-től Global System for Mobile Telecommunication Világméretű mozgó távközlő rendszer. 2005-ben kb. 200 országban működik ilyen hálózat kb. 600 szolgáltatóval és 1.8 milliárd előfizetővel. Elterjedésének okai: - Egységes az EU-ban - A hívó fél fizet - Előre fizetett feltölthető kártyák az ifjúság miatt A beszéd kodek helye a végberendezésben van ettől digitális és integrált. A A maximális sebesség 13Kb/s, a késleltetése 20msec. Sugárzási teljesítmény maximum 2W (adaptív). Valós áramkör kapcsolás és átadás nem bont le. Valós időben figyeli, hogy honnan indul a hívás és meddig tart. A GSM minőség gyengébb ennek oka a GSM kodek és a rádiós közeg ű, de ez elfogadható a mobilitás érdekében. A GSM önálló adatbázist kezel melyben az előfizetőket tartják nyílván vagy a letiltott felhasználókat stb. Az adatbázist évekig meg kell őrizni, majd adattárházakká alakítani. Gerinchálózati átvitel: Földfelszíni rádiós megoldás a domináns, amelyet földfelszíni mikrohullámú rádió ismétlő lánccal valósítanak meg. -50-