Sieci światłowodowe Wprowadzenie Prezentacja zawiera kopie folii omawianych na wykładzie. Niniejsze opracowanie chronione jest prawem autorskim. Wykorzystanie niekomercyjne dozwolone pod warunkiem podania źródła. Sergiusz Patela 2000-2001
Motto Sieć nie będzie ani trochę lepsza niż zastosowane okablowanie. lub Sieć jest tak dobra jak zastosowany nośnik (c) Sergiusz Patela 1998-2001 Sieci światłowodowe - wprowadzenie 2
Sprawdzian 1. Co to jest światłowód? 2. Podstawowa klasyfikacja światłowodów 3. Co to jest sieć komputerowa? Czym różni się sieć komputerowa od sieci telekomunikacyjnej. 4. Jakie parametry różnią światłowód jednomodowy od wielomodowego? 5. Narysować i opisać wykres przedstawiający zależność tłumienia światłowodu od długości fali (c) Sergiusz Patela 1998-2001 Sieci światłowodowe - wprowadzenie 3
Porównanie właściwości kabli sieciowych Skrętka Tłumienie [db/km] 10.0 1.0 Kabel koncentryczny Falowód mikrofalowy Światłowód jednomodowy 0.1 1 MHz 1 GHz 1 THz Pasmo (c) Sergiusz Patela 1998-2001 Sieci światłowodowe - wprowadzenie 4
Rozwój bezprzewodowych (radiowych) sieci LAN Transmission Rate 400 MHz Band 902 MHz Band 2,4 GHz Band 20+ Mbps 5 GHz Band 54+ Mbps 802.11a Tomorrow 11 Mbps 1-2 Mbps Wi Fi 802.11b Today 230 Kbps 802.11 Yesterday 19.2 Kbps Narrow Band Direct Sequence Direct Sequence Direct Sequence & Frequency Hopping (Both are Direct Sequence) Non-Spread Spectrum John McKnight, N+I 2000; The Sky s the Limit for Wireless LAN, www.premisesnetworks.com Time Wniosek: możliwości transmisyjne radiowych sieci bezprzewodowych zawsze będę pozostawać w tyle za możliwościami sieci światłowodowych. (c) Sergiusz Patela 1998-2001 Sieci światłowodowe - wprowadzenie 5
Definicja sieci komputerowej Sieć komputerowa = zbiór wzajemnie połączonych, autonomicznych komputerów. Sieci mają z reguły strukturę hierarchiczną, w której różne komputery pełnią różne role. (c) Sergiusz Patela 1998-2001 Sieci światłowodowe - wprowadzenie 6
Klasyfikacje sieci Gdzie w systemie różnorodnych sieci umieścić pojęcie sieci światłowodowej? Klasyfikacje według: Zakresu świadczonych usług (telekom, datakom, CTV) Obszaru (LAN, MAN, WAN) Obszaru i technologii (LAN, MAN, WAN, SAN, ostatniej mili ) Medium transmisji (kable miedziane, światłowody, skrętka, kabel koncentryczny, bezprzewodowe radiowe, ) Uwaga: W literaturze można znaleźć definicje utożsamiające pojęcia sieci światłowodowej i sieci FITL (abonenckich systemów dostępowych realizowanych całkowicie w oparciu o światłowód). (c) Sergiusz Patela 1998-2001 Sieci światłowodowe - wprowadzenie 7
Rodzaje sieci światłowodowych Dziś 1. Klasyczne łącza światłowodowe (telekomunikacyjne) 2. Sieci komputerowe 3. Sieci telewizji kablowej (dystrybucyjne) W przyszłości 1. Światłowodowe sieci łączności (telekomunikacyjne i komputerowe) 2. Sieci telewizji kablowej (dystrybucyjne) 3. Sieci całkowicie optyczne (c) Sergiusz Patela 1998-2001 Sieci światłowodowe - wprowadzenie 8
Klasyfikacja sieci komputerowych 1. LAN - Local Area Network Lokalna sieć komputerowa zawierająca od kilku do kilkudziesięciu stacji rozmieszczonych na niewielkim obszarze. 2. MAN - Metropolitan Area Network Miejska sieć komputerowa lub kampusowa sieć szkieletowa. Łączy sieci LAN na większym obszarze. Obecnie prawie wyłącznie światłowodowa. 3. WAN - Wide Area Network Rozległa sieć telekomunikacyjna obejmująca kraje lub kontynenty (np. system rezerwacji lotów) 3. SAN (Storage Area Network) sieci specjalizowane (c) Sergiusz Patela 1998-2001 Sieci światłowodowe - wprowadzenie 9
Zasada działania i podstawowe pojęcia Podstawowymi pojęciami koniecznymi do opisu komunikacji w sieciach i między sieciami jest protokół (protocol) i warstwa (layer). Inne pojęcia: ramka, metoda dostępu, kodowanie, współdzielenie (multipleksacja). Protokół to zbiór reguł określających jak należy przygotować dane do przesłania, jak nawiązać komunikację, kontrolować przesyłanie wiadomości itd. Protokoły podlegają standaryzacji. Opis protokołu - Model odniesienia OSI (Open System Interconnection) przyjmuje warstwową strukturę protokołów. Dla komputerów połączonych w sieci "warstwy" komunikują się pomiędzy sobą (c) Sergiusz Patela 1998-2001 Sieci światłowodowe - wprowadzenie 10
Model odniesienia OSI Urządzenie 1 Urządzenie 2 7. Aplikacji 6. Prezentacji 5. Sesji 4. Transportowa 3. Sieciowa 2. Łącza danych 1. Warstwa fizyczna 7. Application 6. Presentation 5. Session 4. Transport 3. Network 2. Data link 1. Physical layer (c) Sergiusz Patela 1998-2001 Sieci światłowodowe - wprowadzenie 11
Model odniesienia OSI - objaśnienia Warstwa 7 - Aplikacji (zastosowań) - logowanie, poczta elektroniczna, bazy danych, polecenia systemu operacyjnego Warstwa 6 - Prezentacji - interpretacja danych, (de)kompresja, emulacja terminali. Warstwa 5 -Sesji-połączenie logiczne pomiędzy komputerami (początek, koniec, synchronizacja). Aplikacje sieciowe korzystają z usług tej warstwy. Np. NetBIOS... Warstwa 4 - Transportowa - przekazywanie danych pomiędzy połączonymi systemami. Np. TCP/IP Warstwa 3 - Sieciowa Przekazywanie danych przez sieć (lub sieci) od nadawcy do adresata. Dane warstw 1-3 przetwarzane są w porcjach zwanych pakietami Warstwa 2 - Łącza danych Dane z warstwy 3 przygotowane są do przesłania w formie ramki. Kontrola niezawodność przesyłanych danych pomiędzy węzłami sieci. (np. protokoły Ethernet, Token Ring) Warstwa 1 - Fizyczna. Transmisja danych. Okablowanie, napięcia, poziomy sygnału, kodowanie, itd. (c) Sergiusz Patela 1998-2001 Sieci światłowodowe - wprowadzenie 12
Warstwa fizyczna - 1 Ustala się Poziomy napięć i mocy optycznych przebiegi czasowe (czasy narastania i opadania) typ kabla i interfejsu zasady potwierdzania odbioru danych przez medium fizyczne Elementy i podwarstwy: MDI - Media Independent Interface PCS - Physical Coding Sublayer PMA - Physical Medium Attachment PDM - Physical Medium Dependent Fizyczne medium sieci opisują np. standardy RS 232, RS 449, Ethernet i inne (c) Sergiusz Patela 1998-2001 Sieci światłowodowe - wprowadzenie 13
Warstwa łącza danych - 2 Zadania: Tworzenie i transmisja ramek Korekcja błędów Podwarstwy MAC (Media Access Control) podwarstwa dolna - kontroluje dostęp do nośnika. Tworzy część adresową nagłówka pakietu w protokołach komunikacyjnych zawierających adres nadawcy i odbiorcy. LLC (Logical Link Control) podwarstwa górna - steruje łączem logicznym. Określa sposób połączenia między stacjami (bezpołączeniowe - np. datagramowe, połączeniowe z potwierdzeniami, bezpołączeniowe z potwierdzeniami - np. automatyka przemysłowa) (c) Sergiusz Patela 1998-2001 Sieci światłowodowe - wprowadzenie 14
Warstwa sieciowa - 3. Zadania: ustalenie protokołu transmisji pakietów ustalenie priorytetów kontrola ruchu w sieci wybór kanału transmisji przełączanie i rutowanie kanałów komunikacyjnych (c) Sergiusz Patela 1998-2001 Sieci światłowodowe - wprowadzenie 15
Model OSI - przykład Użytkow nik sieci 7 6 MODEL OSI Warstwa aplikacji Typ komunikacji: E-mail, transfer zbiorów, clientserver Warstwa prezentacji Kodowanie, konversja danych: ASCII na EBCDIC, BCD na binarne, itd. TCP / IP FTP, SMTP, DNS, Telnet 5 Warstwa sesji Rozpoczęcie i zakończenie sesji. Nadzór i kontrola priorytetów. 4 Warstwa transportowa Zapewnia dostarczenie całych zbiorów lub wiadomości. TCP, UDP 3 2 Warstwa sieciowa Routing do różnych sieci LAN i WANs, na podstawie adresu sieciowego. Warstwa łącza danych Adres MAC. Transmisja pakietów od węzła do węzła na podstawie adresu MAC. IP (ICMP, ARP, RARP) 1 Warstwa Fizychna Sygnały elektryczne, optyczne i okablowanie. (c) Sergiusz Patela 1998-2001 Sieci światłowodowe - wprowadzenie 16
Technologie sieci LAN 1. Ethernet (IEEE 802.3) 2. Token Ring (IEEE 802.5) 3. FDDI (Ansi X3T12, ISO-IEC 9314) 4. Fibre Channel, ATM... (c) Sergiusz Patela 1998-2001 Sieci światłowodowe - wprowadzenie 17
Technologie sieci Technologia sieci: zespół czynników takich jak protokół, standard, nośnik czy topologia, definiujących realizowany system transmisji. Technologie sieciowe podlegają ciągłej ewolucji. Typ sieci Technologia WAN SONET- SDH, PDH MAN FDDI LAN Ethernet, TokenRing SAN Fibre Channel Local Optical Bus MOST, 1394 (c) Sergiusz Patela 1998-2001 Sieci światłowodowe - wprowadzenie 18
Kodowanie sygnału Kodowanie sygnału ma zadanie zwiększyć odporność transmisji na szum. Przakłady: FDDI stosuje kodowanie 4b/5b NRZI (Non-Return to Zero Invert on ones) o szybkości modulacji 125 Mb/s (bodów) dla osiągnięcia szybkości transmisji danych100 Mb/s. Ethernet stosuje kodowanie Manchester o szybkości modulacji 20 Mb/s (bodów) dla osiągnięcia szybkości transmisji danych 10 Mb/s. Clock High Low 0 time 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 NRZ - used by PC Binary 1 = high Binary 0 = low NRZ - used in combination with 4b/5b by FDDI Binary 1 = transition Binary 0 = no transition Manchester - used by Ethernet Binary 1 = high to low transition Binary 0 = low to high transition (c) Sergiusz Patela 1998-2001 Sieci światłowodowe - wprowadzenie 19
Współdzielenie medium transmisji TDM (TDMA) Komutacja czasowa lub zwielokrotnianie z podziałem. czasowym. metoda przełączania kanałów komunikacyjnych, w której wykorzystuje się przegródki czasu (slot) do przenoszenia porcji informacji. FDM (FDMA) Komutacja częstotliwościowa. Często FDM stosowane jest w połączeniu z TDM CDMA Komutacja kodowa. Umożliwia transmisję wielu wielu sygnałów na jednej częstotliwości i w jednej szczelinie czasowej. Wykorzystuje technikę spektrum rozproszonego (spread spectrum). λ-switching Wykorzystanie techniki WDM (wiele długości fali optycznych) w sieci łączności. Sterowanie ruchem za pomocą protokołów klasy MPLS (c) Sergiusz Patela 1998-2001 Sieci światłowodowe - wprowadzenie 20
Kontrola dostępu do medium Jeżeli łączymy dwa komputery (węzły, stacje) mamy do czynienia z protokołem klasy punkt-punkt (point to point) Jeżeli łączy się więcej niż dwa komputery: CSMA/CD - Carrier sense multiple access with collision detection CSMA/CA - Carrier sense multiple access with collision avoidance (c) Sergiusz Patela 1998-2001 Sieci światłowodowe - wprowadzenie 21
Topologie sieci Tx Rx Star coupler Tx Rx gwiazda Tx Tx Rx Rx szyna (magistrala) Tx Rx Tx Rx Tx Rx Tx Rx drzewo (c) Sergiusz Patela 1998-2001 Sieci światłowodowe - wprowadzenie 22
Światłowodowa sieć pasywna (PON) Unicast Multicast Stacja robocza Rozgałęziacz pasywny (c) Sergiusz Patela 1998-2001 Sieci światłowodowe - wprowadzenie 23
Sieci światłowodowe - zalecenia konfiguracji elementów optoelektroniki (1) Zastosowanie Baud Rate Mbaud Poziome < 100 M Media TX Budynek < 300 m Media TX Campus < 2,000 m Media TX 10BaseF 20 MM S MM S MM S Token Ring 32 MM S MM S MM S 100VG- 120 MM S MM S MM LE AnyLAN 100BaseF 125 MM S MM S MM LE 1000Base-SX 1250 MM SL MM SL 1000Base-LX 1250 MM LL MM LL SM LL FDDI 125 MM S MM S MM LE S 850nm LED, SL 850nm LD, LE 1300nm LED; LL 1300nm LD By Fiber Optics LAN Section (FOLS) of the Telecommunications Industry Association (TIA) (c) Sergiusz Patela 1998-2001 Sieci światłowodowe - wprowadzenie 24
Sieci światłowodowe - zalecenia konfiguracji elementów optoelektroniki (2) Zastosowanie Baud Rate Mbaud Poziome < 100 M Media TX Budynek < 300 m Media TX Campus < 2,000 m Media TX Fibre Channel 133 266 532 1062 MM S MM SL/LE MM SL/LE MM SL MM S MM SL/LE MM SL/LE MM SL MM LE SM LL SM LL SM LL SDH/Sonet/A TM 52 155 622 1244 2488 MM S MM SL/LE MM SL/LE MM SL MM SL MM S MM SL/LE MM SL/LE MM SL MM SL MM LE MM SL/LE SM LL SM LL SM LL S 850nm LED, SL 850nm LD, LE 1300nm LED; LL 1300nm LD By Fiber Optics LAN Section (FOLS) of the Telecommunications Industry Association (TIA) (c) Sergiusz Patela 1998-2001 Sieci światłowodowe - wprowadzenie 25
Przykład projektu sieci - Ethernet Rysunek zaprezentowany przez jednego z wynalazców sieci Ethernet, dra Roberta M. Metcalfa (czerwiec 1976, National Computer Conference) (c) Sergiusz Patela 1998-2001 Sieci światłowodowe - wprowadzenie 26