Przełączanie obwodów Przełączanie pakietów (datagramów, komórek) Połączenie wirtualne

Transkrypt

1 Komutacja Przełączanie obwodów Przełączanie pakietów (datagramów, komórek) Połączenie wirtualne

2 Węzły (Nodes) Węzły mogą być połączone tylko do innych węzłów lub też do hostów i węzłów Łącza węzeł węzel zwykle multipleksowane Połączenia sieci są zwykle tylko częściowe Połączenia nadmiarowe pożądane dla pewności Dwie różne technologie przełączania Circuit switching przełączanie obwodów Packet switching przełączanie pakietów

3 Public Circuit Switched Network

4 Crossbar Matrix

5 Przełączniki wielostopniowe Redukują liczbę punktów przełączeń (crosspoint) Dają więcej niż jedną ścieżkę przez sieć Czyli większa pewność Bardziej skomplikowana kontrola Możliwość zablokowania

6 Three Stage Switch

7 Komutacja czasowa 7 1 Komutator czasowy 9 5

8 Common v. In Channel Signaling

9 Sieć pakietowa

10 Wirtualne obwody Zaplanowana droga zestawiana przed przesłaniem pakietów Nawiązywanie połączenia (Call request and call accept packets) (handshake) Każdy pakiet zawiera identyfikator połączenia wirtualnego zamiast adresu przeznaczenia Brak decyzji o wyborze ścieżki ( routing) dla każdego pakietu Proste zamknięcie obwodu Brak zdeterminowanej ścieżki ( np. leased line)

11 Wirtualne Obwody a Datagramy Wirtualne Obwody Możliwość wprowadzenia sekwencjowania i kontroli błędów Pakiety przekazywane są szybciej Z uwagi na brak decyzji o routingu Mniej pewne? Utrata węzła powoduje utratę wszystkich obwodów przechodzących przez ten węzeł Datagramy Brak fazy startowej Lepsze dla kilku pakietów Bardziej elastyczne? Utrata węzła strata akurat przetwarzanych datagramów Routing może być wykorzystany do unikania przeciążonych części sieci

12 Rozmiary pakietów

13 Zdarzenia

14 X Interface between host and packet switched network Almost universal on packet switched networks and packet switching in ISDN Defines three layers Physical Link Packet

15 X.25 - Physical Interface between attached station and link to node Data terminal equipment DTE (user equipment) Data circuit terminating equipment DCE (node) Uses physical layer specification X.21 Reliable transfer across physical link Sequence of frames

16 X.25 - Link Link Access Protocol Balanced (LAPB) Subset of HDLC

17 Virtual Call

18 Packet Format

19 X.25 - Packet External virtual circuits Logical connections (virtual circuits) between subscribers

20 Multiplexing DTE can establish 4095 simultaneous virtual circuits with other DTEs over a single DTC-DCE link Packets contain 12 bit virtual circuit number

21 Frame Relay Zaprojektowane jako coś, co może być bardziej wydajne niż X.25 Zaprojektowane przed technologią ATM Jest znacznie bardziej powszechne niż ATM

22 Przodek - X.25 Pakiety sterowania wywołaniem, sygnalizacja typu in band Multipleksacja obwodów wirtualnych w warstwie 3 Warstwa 2 i 3 zawiera sterowanie przepływem i obsługuje błędy Z tym związany jest znaczący nadmiar protokołu Nie znajduje zastosowania w nowoczesnych systemach cyfrowych o dużej niezawodności

23 Sieć FR

24 Frame Relay - różnice Sterowanie połączeniem w innym połączeniu logicznym out-of-band Multipleksacja i przełączanie w warstwie 2 Eliminuje jedną warstwę Brak kontroli przepływu i reakcji na błędy typu hop by hop Kontrola przepływu i reakcja na błędy tylko typu End to end i jest wykonywana (ewentualnie) na wyższym poziomie Pojedyncza ramka użytkownika jest potwierdzana na wyższym poziomie

25 Zalety i wady Znaczące spowolnienie przepływu w przypadku dowolnych błędów na linii Zwiększenie niezawodności łączy spowodowało zmniejszenie znaczenia tego aspektu Strumieniowy proces komunikacji Mniejsze opóźnienia Lepsza wydajność ITU-T rekomenduje FR dla prędkości ponad 2Mbps

26 Architektura protokołu

27 Plan Sterowania Pomiędzy subskrybentem a siecią Używany oddzielny kanał logiczny Podobnie jak to ma miejsce w usługach przełączanych obwodów (ISDN) Warstwa Data link LAPD (Q.921) Niezawodne sterowanie warstwą data link Kontrola przepływu i reakcja na błędy Pomiędzy użytkownikiem DTE i siecią (NT) Używany dla wymiany wiadomości wg protokołu Q.933

28 Plan użytkownika Funkcjonalność typu End to end Transmisja danych pomiędzy końcami wirtualnego połaczenia LAPF (Link Access Procedure for Frame Mode Bearer Services) Q.922 Ograniczanie ramki, przezroczystość dla warstw wyższych Multipleksacja i demultipleksacja przy użyciu pól adresowych Ramka ma długość równą całkowitej liczbie oktetów Zapewnia, że ramka nie jest ani za długa, ani za krótka Detekcja błędów w transmisji Funkcje sterowania zatłoczeniem

29 Format podstawowej ramki LAPF

30 Transfer danych użytkownika Jeden typ ramki Dane użytkownika Brak ramek sterujących Brak sygnalizacji inband Brak numerów sekwencyjnych Brak zarówno kontroli przepływu jak i kontroli błędów

31 What Is Congestion? Congestion occurs when the number of packets being transmitted through the network approaches the packet handling capacity of the network Congestion control aims to keep number of packets below level at which performance falls off dramatically Data network is a network of queues Generally 80% utilization is critical Finite queues mean data may be lost

32 Ideal Performance

33 Effects of Congestion - No Control

34 Mechanisms for Congestion Control

35 Znaczniki ramki LAPF Discard Eligibility Forward Explicit Congestion Notification Backward Explicit Congestion Notification

36 Parametry ruchowe FR Commited Information Rate (CIR) Excess Information Rate (EIR) Commited Burst Size (B c ) B = T * CIR c Excess Burst Size (B e )

37 Operation of CIR

38 Parametry ruchowe FR

39 Parametry ruchowe FR

40 Podejście do problemu przeciążeń we FR Minimalizacja ilości ramek odrzuconych Utrzymywanie uzgodnionego poziomu QoS z wysokim prawdopodobieństwem i minimalną wariancją Na danym połączeniu w przypadku przeciążenia nie powinny się zdarzać nagłe obniżki przepustowości Minimalizacja możliwości monopolizacji zasobów Prosta implementacja i mały overhead Minimalny ruch utrzymaniowy Uczciwe rozdzielanie zasobów pomiędzy użytkownikami Ograniczenie rozpraszania przeciążeń na inne sieci Efektywne działanie niezależne od charakteru, kierunku i intensywności przepływu Minimalne interakcje z innymi elementami systemu

41 Zarządzanie siecią FR Interfejs LMI (Local Management Interface) Transmisja ramek KeepAlive Informacje o stanie obwodów wirtualnych Tworzenie i kasowanie PVC Synchronizacja pomiędzy użytkownikiem a siecią Multicasting Opcjonalny Główne zastosowanie protokoły rutowania DLCI = Globalne adresowanie Opcjonalne Kontrola przepływu Opcjonalna Bardzo prosta (XON, XOFF)

42 ATM

43 Architektura protokołu ATM Podobieństwa pomiędzy ATM i przełączaniem pakietów Transmisja danych w paczkach Wielo logicznych połączeń na tym samym fizycznym interfejsie W sieci ATM przepływ na każdym logicznym połączeniu składa się z paczek zwanych komórkami (cell) o stałej długości W komórce minimalna informacja o: kontroli błędów sterowaniu przepływem Zmniejszona nadmiarowość protokołu Przepływ danych w warstwie fizycznej 25.6Mbps do Mbps (OC-12), a ostatnio OC-48

44 Diagram architektury protokołu ATM

45 Warstwy modelu referencyjnego Plan użytkownika Zajmuje się transmisją danych użytkownika Plan sterowania Zajmuje się ustanawianiem połączenia Plan zarządzania Zajmuje się zarządzaniem planami Skupia w sobie funkcje sieci jako systemu Zarządzanie warstwami Przyznawanie zasobów i określanie parametrów dla poszczególnych protokołów

46 Połączenia logiczne w sieci ATM Kanały wirtualne (Virtual channel connections VCC) Analogicznie do kanałów wirtualnych sieci X.25 VCC stanowią podstawowy strumień przełączanych danych Pomiędzy dwoma użytkownikami końcowymi Komunikacja jest zawsze w pełni dupleksowa Komórki mają stałą wielkość Dane, Wymiana danych sterujących użytkownik sieć (User-Network exchange) i zarządzanie wraz z rutinkiem - wymiana sieć sieć (Network- Network exchange) Ścieżki wirtualne (Virtual path connection VPC) Agreguje grupę VCC pomiędzy tymi samymi punktami końcowymi

47 Związek pomiędzy połączeniami w sieci ATM

48 Zalety wirtualnych ścieżek Uproszczona architektura sieci Zwiększona niezawodność i wydajność sieci Zmniejszone wymagania w stosunku do mocy obliczeniowej przełączników Skraca czas zestawiania połączenia Pozwala na rozszerzenie zakresu usług w sieci

49 Wykorzystanie VCC Pomiędzy użytkownikami końcowymi Wymiana danych Wymiana informacji sterujących W pewnym uproszczeniu VPC zapewniają komunikację pomiędzy oddziałami przedsiębiorstwa VCC zapewniają komunikację pomiędzy użytkownikami Pomiędzy użytkownikiem a siecią Sterowanie i sygnalizacja zestawianie połączenia Pomiędzy sieciami Zarządzanie ruchem w sieci Routing

50 Charakterystyka VP/VC Jakość usług (QoS) Przełączane (switched) i trwałe (permanent) kanały komunikacyjne Zapewnia integralność wymiany danych (kolejność w której dostarczane są dane) Negocjacja parametrów ruchu i jego monitorowanie A ponadto VPC Zapewnia odpowiednie restrykcje dotyczące VCC wewnątrz danego VPC

51 Ogólny schemat sieci ATM

52 Komórki ATM Stałego rozmiaru 5-oktetowy nagłówek 48-oktetowe pole informacyjne Małe komórki redukują opóźnienie w dostarczaniu komórek o wysokim priorytecie Małe komórki mogą być przełączane wydajniej Przełączanie małych komórek jest łatwiejsze do implementacji sprzętowej

53 Format komórek ATM

54 Format nagłówka GFC Generic flow control Tylko w interfejsie user to network Sterują przepływem tylko w tym miejscu VPI Virtual Path Identifier VCI Virtual Channel Identifier PT Payload Type (Typ zawartości) Np. informacja użytkownika albo zarządzanie siecią CLP Cell Loss Priority (Priorytet odrzucenia komórki) HEC Header Error Control (CRC nagłówka)

55 Generic Flow Control (GFC) Umożliwia sterowanie przepływem w UNI łagodząc krótkotrwałe przeciążenia Składa się z 2 zbiorów procedur Transmisja nienadzorowana (uncontrolled transmission) Transmisja nadzorowana (controlled transmission) Każde połączenie albo jest przedmiotem nadzoru, albo nie Jest przedmiotem nadzoru Może być jedna grupa (A) domyślnie Mogą być dwie grupy (A i B) Tego rodzaju przepływ sterowania jest w kierunku subskrybent sieć Sterowanie jest po stronie sieci

56 Pole CLP Cell Loss Priority 000 Komórka danych użytkownika, brak zatłoczenia, AAU (SDU) = Komórka danych użytkownika, brak zatłoczenia, AAU (SDU) = Komórka danych użytkownika, zatłoczenie, AAU (SDU) = Komórka danych użytkownika, brak zatłoczenie, AAU (SDU) = Komórka OAM segmentu 101 Komórka OAM End-to-end 110 Komórki zarządzające zasobami 111 Zarezerwowane na przyszłość

57 Pole Header Error Control 8 bitowe pole CRC Obliczone na podstawie pozostałych 32 bitów nagłówka Problem wielu zer w nagłówku Pozwala na korekcję błędów Kody cykliczne x 8 +x 2 +x+1

58 Wykorzystanie pola HEC w odbiorniku

59 Wpływ losowych błędów pojedynczych

60 Transmisja komórek ATM Mbps Mbps Mbps 51.84Mbps 25.6Mbps Warstwa fizyczna oparta na komórkach (Cell Based) Warstwa fizyczna oparta na SDH

61 Warstwa fizyczna oparta na komórkach Nie ma żadnych ograniczników komórki (brak ramkowania) Ciągły strumień 53-oktetowych komórek Wykrywanie komórki oparte na polu HEC nagłówka komórki

62 Diagram stanów wykrywania komórki

63 Wpływ pojedynczych błędów bitowych na wydajność procesu wykrywania komórki

64 Czas akwizycji w funkcji częstotliwości BER

65 Warstwa fizyczna oparta o SDH Zawiera strukturę potoku ATM Np. dla Mbps Używa ramek STM-1 (STS-3) Może przenosić jednocześnie obciążenie ATM i STM Poszczególne połączenia mogą być nadzorowane przez CS kanał SDH Technika multipleksowania SDH może składać wiele strumieni ATM

66 Obciążenie STM-1 w transmisji ATM w oparciu o SDH

67 Kategorie usług ATM Czasu rzeczywistego (Real time) Constant bit rate (CBR) Real time variable bit rate (rt-vbr) Inne (Non-real time) Non-real time variable bit rate (nrt-vbr) Available bit rate (ABR) Unspecified bit rate (UBR) Guaranted frame rate (GFR)

68 Usługi czasu rzeczywistego Wielkość opóźnienia Zmienność opóźnienia (jitter)

69 CBR Stała prędkość transmisji przez cały czas trwania połączenia Bardzo ograniczony górny zakres opóźnienia Nieskompresowany sygnał audio i video Wideokonferencje Interaktywne usługi audio Dystrybucja A/V

70 rt-vbr Aplikacje wrażliwe na czas Mocno ograniczone opóźnienie i jitter Aplikacje rt-vbr transmitują dane w ilości zmiennej w czasie Np. skompresowany dźwięk lub obraz Tworzy ramki o zmiennej długości Stała oryginalna (nieskompresowana) prędkość Zatem prędkość skompresowanych danych zmienia się Może statystycznie multipleksować połączenia

71 PCR, SCR, MCR, MBS

72 nrt-vbr Jeżeli można scharakteryzować oczekiwany przepływ danych Poprawione QoS w aspekcie zgubionych ramek i opóźnienia System końcowy określa: Szczytową wielkość ruchu (PCR) Utrzymywalny (średni) przepływ Pomiar jak nierówny jest przepływ Zastosowanie Rezerwacja biletów w liniach lotniczych Transakcje bankowe Rozgłaszanie multimedialne

73 UBR Może być używany w dodatkowym paśmie ponad to, co zużywa ruch CBR i VBR Nie wszystkie zasoby są dedykowane Ruch zróżnicowany ze względu na nierównomierną naturę VBR Dla aplikacji, które łatwo znoszą zmienność opóźnienia i utraty pojedynczych komórek Np. typowy ruch TCP (http, ftp) Komórki są przetwarzane zgodnie z zasadą FIFO. Usługa typu Best efforts

74 ABR Aplikacja określa szczytowe (PCR) i minimalne obciążenie (MCR) Zasoby są alokowane tak, żeby zapewnić przynajmniej MCR Oszczędność przepustowości poprzez współdzielenie pomiędzy wszystkimi źródłami ABR Np. łączenie LAN ów

75 GFR Klasa wprowadzona ostatnio Przeznaczona do przenoszenia ruchu pakietowego w sieci szkieletowej Dająca większe gwarancje niż UBR Dająca podobne gwarancje do trudnego w implementacji ABR W przypadku przeciążenia odrzucane są wszystkie komórki będące częścią danej ramki

76 Warstwa Adaptacji ATM (AAL) ATM Adaptation Layer Pozwala przenosić informacje protokołów nie związanych z ATM PCM (głos) Rozkłada bity po komórkach Scala je w strumień o stałym przepływie IP Mapuje pakiety IP na komórki ATM Fragmentuje pakiety IP Używa LAPF over ATM w celu utrzymania infrastruktury IP

77 Klasy usług ATM

78 Usługi warstwy adaptacji Obsługa błędów transmisji Segmentacja i scalanie Obsługa zagubionych i źle wstawionych komórek Sterowanie przepływem i opóźnieniami

79 Obsługiwane typy aplikacji Emulacja obwodów (telefon) Głos i obraz VBR Ogólna obsługa transmisji danych IP over ATM Wieloprotokołowość na ATM (MPOA) IPX, AppleTalk, DECNET Emulacja LAN (LANE)

80 Protokoły AAL Warstwa transportowa sieci ATM Podwarstwa konwergencji (Convergence Sublayer CS) Pozwala współdzielić ATM pomiędzy wieloma protokołami warstwy wyższej Użytkownik AAL używa określonego SAP Idea zbliżona do warstwy LLC Podwarstwa segmentacji i scalania (Segmentation and re-assembly sublayer SAR) Pakuje i odpakowuje informacje odebrane z CS w komórki Cztery typy Typ 1 Typ 2 Typ 3/4 Typ 5

81 Protokoły AAL

82 SAR PDU

83 AAL Typ 1 Ruch CBR SAR pakuje i odpakowuje bity Każdy blok danych oznaczany jest numerem sekwencyjnym (SN) SNP Serial Number Protection

84 AAL Typ 2 VBR Aplikacje wykorzystujące dane analogowe Praktycznie nie stosowany

85 AAL Typ 3/4 Połączeniowe lub bezpołączeniowe Tryb przesyłania wiadomości lub strumieniowy Multipleksowanie strumieni 10 bitowy MID ( multipleksowy identyfikator) ST (segment type) ( 2 bity) 00 - middle 01 end 10 - beginning 11 single message LI 6 bitów Wskaźnik długości od 4 do 44 Dla BOM i COM zawsze 44 Potrzebne ( wskazuje wypełnienie ) dla SSM i EOM (end of message)

86 AAL Typ 5 Strumieniowy transport dla zorientowanych połączeniowo protokołów warstwy wyższej Funkcje wersji ¾ przejęte przez warstwy wyższe

87 Common Part Convergence Sublayer (CPCS) PDUs

88 Przykład transmisji typu AAL 5

89 ATM warstwy i podwarstwy