SYSTEMY I SIECI TELEKOMUNIKACYJNE

SYSTEMY I SIECI TELEKOMUNIKACYJNE Systemy i sieci telekomunikacyjne 1

Integracja sieci Rozwój koncepcji sieci szerokopasmowej Systemy i sieci telekomunikacyjne 2

Plan (KT) Ewolucja systemów telekomunikacyjnych w kierunku sieci szerokopasmowych N-ISDN Podstawowe informacje o standardzie ATM Rozwój sieci IP MPLS GMPLS Perspektywy rozwoju sieci szerokopasmowych Systemy i sieci telekomunikacyjne 3

Literatura Dokumenty standaryzacyjne ATM Forum Rekomendacje ITU D. Ginsburg, ATM. Solutions for enterprise networking, Addison-Wesley, 1999 K. Nowicki, J. Woźniak, Sieci LAN, MAN, WAN, Wydawnictwo Fundacji Postępu Telekomunikacji Materiały wykładowe: http://kt.agh.edu.pl/~wajda/students/ Artykuły z IEEE Communication Magazine Systemy i sieci telekomunikacyjne 4

Zakres wykładu Podstawowe koncepcje sieciowe (szkieletowe, core ): ATM MPLS GMPLS + podstawowe aspekty realizacji usług Systemy i sieci telekomunikacyjne 5

System telekomunikacyjny Urządzenia użytkownika CPE Łącza lokalne Local Loop Systemy komutacyjne Switching Systems Systemy transmisyjne Interoffice Trunks Systemy komutacyjne Switching Systems Łącza lokalne Local Loop sieć abonencka systemy komutacji międzymiastowej System nośny system satelitarny PBX modem centrala lokalna centrala tandem. system mikrofalowy centrala tandem. centrala lokalna FAX modem centrala lokalna łącza międzycentralowe system światłowodowy Multiplexer modem linia dzierżawiona Local Area Network gateway modem lub inny system transmisyjny Systemy i sieci telekomunikacyjne 6

System telekomunikacyjny Urządzenia użytkownika CPE Łącza lokalne Local Loop Systemy komutacyjne Switching Systems Systemy transmisyjne Interoffice Trunks Systemy komutacyjne Switching Systems Łącza lokalne Local Loop sieć abonencka systemy komutacji międzymiastowej System nośny system satelitarny PBX sieć dostępowa FAX modem centrala lokalna centrala tandem. obszar przełączania łącza międzycentralowe system mikrofalowy teletransmisja system światłowodowy centrala tandem. centrala lokalna modem centrala lokalna Multiplexer linia dzierżawiona modem Local Area Network gateway modem lub inny system transmisyjny Systemy i sieci telekomunikacyjne 7

Usługi telekomunikacyjne Broadband ISDN ISDN EDI (Electronic Data Interchange) packet switching transmisja DATA danych electronic mail telegrafia telefonia Radio telex telemetry circuits switching teletex videotex teleshoppping grafika facsimile color facsimile mobile facsimile GRAPHICS Voice Conferencing Voice-to-text Text-to-voice Satellite Communication Voice Storage VOICE Hifi Telephony Stereo Sound CD-quality Music AUDIO Television Videotelephony Color Television High Definition TV Videoconferencing Cable TV Satellite News Gathering Stereo Television Video on Demend mobile telephony celular telephony digital mobile telephony paging systems alphanumeric paging nationwide paging systems 1850 1880 1920 1930 1960 1970 1980 1990 2000 global paging systems wireless digital telephony mobile data transmission usługi głosowe VIDEO dźwięk wideo usługi MOBILE mobilne SERVICES Systemy i sieci telekomunikacyjne 8

Zasoby dyskowe i sieciowe - trendy Source: http://www.mkomo.com/cost-per-gigabyte Koszty pamięci maleją szybciej niż koszty sieciowe (Gbit/s) Systemy i sieci telekomunikacyjne 9

Dystrybucja ruchu (godz.szczytu) w Europie Dostęp przewodowy Dostęp mobilny Systemy i sieci telekomunikacyjne 10 *Sandvine, Global Internet Phenomena Report: 1H 2014

Użytkownicy Top 10 aplikacji w Europie przewodowi Użytkownicy mobilni Systemy i sieci telekomunikacyjne 11 *Sandvine, Global Internet Phenomena Report: 1H 2014

Podstawowe trendy Dążenie do stosowania docelowo tylko jednej sieci, usługi multimedialne, usługi inteligentne, duża przepływność do użytkownika końcowego, ochrona istniejących inwestycji, softwarization (SDN/NFV). Systemy i sieci telekomunikacyjne 12

Komutacja kanałów i komutacja pakietów (1) Komutacja kanałów połączenie jest identyfikowane przy pomocy indeksu pozycji kanału w ramce transfer informacji jest poprzedzony fazą zestawiania połączenia (realizowany przez sygnalizację) istnieje potrzeba synchronizacji strumienia danych ze źrodła w ramce czasowej Komutacja pakietów połączenie jest identyfikowane przez etykietę (label) generowanie i wysylanie komórek przez źródla jest niezależne od sieci (stąd nazwa Asynchronous Transfer Mode) Systemy i sieci telekomunikacyjne 13

TDM vs multipleksacja etykietowana multipleksacja etykietowana ATM pakiet ATM pole informacyjne nagłówek multipleksacja z podziałem czasu początek ramki TDM szczelina czasowa pole informacyjne kanał 1 kanał 2 kanał 3 kanał n Systemy i sieci telekomunikacyjne 14

Komutacja kanałów i komutacja pakietów (2) Komutacja kanałów zalety: transparentność sieci, niezależność od protokołów, nie wystepuje jitter wady: brak możliwości dostosowania wielkości wykorzystanego pasma do intensywności przenoszenia informacji Komutacja pakietów zalety: realizowana optymalizacja wykorzystania zasobów łączy, pasmo dostępne na żądanie, technika dostosowana do ruchu porowatego (bursty) wady: silna zależność od stosowanych protokołów, zmienne i mało przewidywalne opóźnienie transmisji pakietów technika ATM implementuje pozytywne cechy obu technik Systemy i sieci telekomunikacyjne 15

N-ISDN Informacje podstawowe Systemy i sieci telekomunikacyjne 16

... początek Alexander Graham Bell (1876) Systemy i sieci telekomunikacyjne 17

ISDN - wąskopasmowa cyfrowa sieć zorientowana usługowo ISDN - Integrated Services Digital Network interfejsy - dostęp: podstawowy (BRA - Basic Rate Access): dwa kanały B po 64 kbit/s plus kanał D 16 kbit/s pierwotny (PRA - Primary Rate Access): 30 kanałów B po 64 kbit/s plus sygnalizacyjny kanał pakietowy D 64 kbit/s plus szczelina nr 0 (niedostępna dla abonenta) Systemy i sieci telekomunikacyjne 18

ISDN - oferowane usługi Usługi przenoszenia (bearer services), zwane także bazowymi, teleusługi (teleservices) Systemy i sieci telekomunikacyjne 19

ISDN - usługi bazowe Mowa: przenoszenie cyfrowego sygnału fonicznego kodowanego zgodnie z G.711, możliwość korzystania z konwerterów A/µ, tłumików echa, układów (odcinków analogowych), 3,1kHz, akustyczne: rozszerzony typ sygnału względem usługi mowy (modemy, telefaksy grupy 1,2 i 3 oraz typowe połączenia telefoniczne) 64 kbit/s, nieograniczone:w pełni przezroczysty kanał cyfrowy PCM, bez modyfikacji pomiędzy nadawcą a odbiorcą Systemy i sieci telekomunikacyjne 20

ISDN - teleusługi (1) telefonia - przenoszenie sygnału akustycznego zakodowanego cyfrowo teleteks - transmisja tekstu telefaks - transmisja tekstu i grafiki po analizie kolejnych punktów obrazu wideoteks - podobnie jak teleteks ale obraz jest prezentowany na ekranie monitora poczta elektroniczna - umieszczenie informacji w postaci tekstu, mowy lub grafiki w systemie sieciowym ( skrzynka elektroniczna ) transmisja danych - realizacja połączeń pomiędzy komputerami lub sieciami (także dostęp do sieci) Systemy i sieci telekomunikacyjne 21

ISDN - teleusługi (2) wideofonia - jednoczesna transmisja fonii i obrazu telewizja - transmisja cyfrowego sygnału telewizyjnego teleakcja - przekazywanie krótkich komunikatów, nie wymagających dużego pasma telealarm - przekazywanie informacji o alarmie z czujników abonenta telealert - podobnie jak telealarm ale w kierunku od centrum do abonenta telekomenda - usługa zdalnego sterowania urządzeniami zainstalowanymi u abonenta telemetria - zdalne odczytywanie liczników i mierników Systemy i sieci telekomunikacyjne 22

ATM Informacje podstawowe Systemy i sieci telekomunikacyjne 23

Systemy i sieci telekomunikacyjne 24

ATM Informacje podstawowe Systemy i sieci telekomunikacyjne 25

Podstawowe cechy ATM (motywacja) przenoszenie informacji w krótkich pakietach (komórkach) tryb połączeniowy stosowanie kanałów wirtualnych stosowanie wersji multipleksacji zwanej asynchronous time division multiplexing rozbudowane metody wspierania QoS Systemy i sieci telekomunikacyjne 26

Protoplaści ATM Circuits Switching Packet Switching 1980 BERKOM Germany Voice Television stałe kanały ATD Asynchronous Time Division France - CNET Voice Television krótkie, stałe pakiety FPS Fast Packet Switching AT&T Bellcore IBM High Speed Data pakiety zmiennej długości 1985 STM Synchronous Transfer Mode ATM Asynchronous Transfer Mode 1989 era 53 bajtów? Systemy i sieci telekomunikacyjne 27

Dlaczego stosować krótkie pakiety? Wiadomość o długości 1000 bajtów 999 innych połączeń 45 Mbit/s Maks. opóźnienie (ms) Duży narzut nagłówka komórki 12 10 8 6 4 2 0 wiadomość w jednej komórce - Payload (B) Oczekiwanie na inne komórki 1 50 100 150 200 250 300 Opóźnienie i zmienność opóźnienia niewielkie dla krótkich wiadomości, np. próbek głosowych Systemy i sieci telekomunikacyjne 28

Dlaczego wybrano rozmiar 53 bajtów? 64 + 5 32 + 4 48 + 5 Systemy i sieci telekomunikacyjne 29

ATM (Asynchronous Transfer Mode) powszechnie akceptowana uniwersalna technika telekomunikacyjna dla sieci szerokopasmowej informacja jest przesyłana w postaci krótkich pakietów (53 bajty) w trybie połączeniowym (tworzony jest kanał wirtualny) pierwsza i podstawowa technika telekomunikacyjna dla sieci szerokopasmowej intensywnie standaryzowana od 1989 roku aktualnie istniejące liczne instalacje opracowane standardy umożliwiają realizację powszechnej sieci ATM (technika ATM w każdym obszarze sieci) Systemy i sieci telekomunikacyjne 30

Aspekty jakościowe stosowania sieci ATM 1) W sieci ATM jest możliwe specyfikowanie różnych jakości obsługi w warstwie pakietowej - QOS parametr straty pakietu: CLR - Cell Loss Ratio parametry czasowe: CTD - Cell Transfer Delay CDV - Cell Delay Variation 2) Kanał wirtualny jest określony przy pomocy następujących parametrów: PCR - Peak Cell Rate SCR - Sustainable Cell Rate parametry warstwy burst Systemy i sieci telekomunikacyjne 31

Klasy usług w sieci ATM CBR - Constant Bit Rate - emulacja kanału VBR - Variable Bit Rate - usługi wideo, audio z kompresją ABR - Available Bit Rate - usługi dopuszczające zmiany dostępnego pasma UBR - Unspecified Bit Rate - podobnie jak ABR ale o niższej jakości z powodu usuwania nadmiarowych komórek z sieci GFR Guaranteed Frame Rate, gwarancje jakościowe na poziomie komórki i ramki Systemy i sieci telekomunikacyjne 32

ATM - warstwowa struktura sieci ATM komputery sieci LAN obszar dostępu sieć szkieletowa (backbone) Token Ring komutator ATM karta ATM komutator dostępu (access ATM switch) FDDI kamera wideo adapter sieciowy Ethernet Systemy i sieci telekomunikacyjne 33

ATM w sieciach LAN Początkowo największa nadzieja na szerokie zastosowanie ATM Sieć ATM jako realizująca usługi w trybie połączeniowym musi mieć zaimplementowane specjalne mechanizmy pozwalające na pracę w trybie bezpołączeniowym (np. emulacja sieci LAN LANE - LAN Emulation) Protokół LANE zapewniał dostęp do sieci ATM z poziomu takich popularnych protokołów jak IP, Appletalk, NetBIOS czy APPN Usługa typu best effort w sieci LAN jest dobrze odzwierciedlona w usłudzie typu ABR (Available Bit Rate) w sieci ATM Systemy i sieci telekomunikacyjne 34

ATM w Europie Instalacje pilotowe istnieją we wszystkich krajach Europy Zachodniej od 1993 roku komercyjne usługi ATM dostępne w początkowo w Finlandii, Niemczech i Francji (1995) Wyniki ankiety ATM Forum przeprowadzonej w 1995 roku wśród 350 znaczących cych firm europejskich: 30 % decydentów wykazywało brak znajomości techniki ATM 80 % deklarowało zainstalowanie ATMu najpóźniej w 1996 roku Kraje o najwyższej świadomości w dziedzinie ATMu: Dania i Holandia (ponad 85% ) Najbardziej zainteresowany sektor: wydawnictwa, drukarnie, przemysł lotniczy i kosmiczny Najbardziej popularne zastosowanie ATM: LAN interconnection Systemy i sieci telekomunikacyjne 35

Technika ATM w świecie dynamiczny rozwój w USA hermetyczny rozwój w Japonii stateczny rozwój w Europie około 80 producentów sprzętu ATM w 1996 roku, obecnie tylko kilku znaczących historia rynku przełączników sieci szkieletowej: Europa: 13 (1994), 47 (1995), 155 (1996), 5220 (2000) USA: 88 (1994), 326 (1995), 991 (1996), 17600 (2000) Systemy i sieci telekomunikacyjne 36

Osiągnięcia Co zostało zrobione: Specyfikacja architektury protokołu i formatu komórki, definicja zbioru kategorii ruchowych, definicja podstawowego zestawu usług szerokopasmowych i ich mapowanie na ATM, określenie standardu ATM jako techniki transportowej i zasad jego współpracy z technologiami łącza fizycznego (PON, ADSL, VDSL, FITL, HFC), promocja standardu i jego implementacja w sprzęcie, dopasowanie ATMu do większości zastosowań sieciowych, Systemy i sieci telekomunikacyjne 37

Podsumowanie Technika ATM NIE jest obecnie traktowana jako docelowa technika dla sieci szerokopasmowej - komplet przygotowanych standardów. Sprzęt ATM jest dość powszechnie stosowany i wciąż instalowany i jest to związane z: rozpowszechnieniem usług wymagających dużych przepływności, rozsądną (chociaż wysoką) ceną sprzętu i nowych instalacji (relacja cena/qos jest wciąż atrakcyjna). dostępne prognozy sugerują stosowanie ATM w sieciach operatorskich przez następne 5 lat Systemy i sieci telekomunikacyjne 38

Co dalej? Do niedawna uważano, że przyszłościowym rozwiązaniem będzie wspólne zastosowanie techniki ATM i sieci SDH w każdym obszarze sieci. Obserwujemy dynamiczny rozwój systemów WDM i DWDM - i w konsekwencji łatwy dostęp do znacznie większych przepustowości. Renesans koncepcji sieci IP - w wersji z QoS. Rozwój MPLS (Multiprotocol Label Switching) następcy ATM. Systemy i sieci telekomunikacyjne 39

ATM Forum Systemy i sieci telekomunikacyjne 40

Plan wykładu Organizacje standaryzacyjne normujące technikę ATM Rola ATM Forum Terminale Podstawowe koncepcje, architektura protokołu Kanał wirtualny Ścieżka wirtualna Systemy i sieci telekomunikacyjne 41

Normalizacja w zakresie sieci ATM ITU-T - ogólne aspekty sieci szerokopasmowych, aspekty administracyjne, definicja usług, ATM Forum - wszystkie aspekty techniki ATM i definicja usług ETSI - ogólna architektura, specyfikacja styków szerokopasmowych, standard dostępu (np. VDSL), DAVIC (Digital Audio-Video Council) - multimedialne usługi szerokopasmowe, FSAN (Full Services Access Network) - zdefiniowanie wymagań na sieć dostępową opartą o ATM, ADSL-Forum - technika transportu, IETF - Internet Engineering Task Force - aspekty współpracy IP/ATM Systemy i sieci telekomunikacyjne 42

ATM Forum Środowisko Openstack: w latach 2010-14 (lipiec) Rozwój do 374 jednostek Organizacja producentów i użytkowników sprzętu ATM utworzona w 1991 roku przez CISCO, NET/Adaptive, Northern Telecom i US Sprint, W okresienajwiększej aktywności zrzeszało 1000 instytucji, cele: definiowanie standardów przemysłowych dla techniki ATM ATM Forum faktycznie przejęło inicjatywę standaryzacyjną w zakresie ATMu, ściśle współpracuje z ITU-T, IETF, ADSL Forum, Frame Relay Forum itp. w celu zapewnienia zgodności standardów. Systemy i sieci telekomunikacyjne 43

Anchorage Accord kwiecień 1996 odpowiedź na krytykę niestabilności standardu ATM deklaruje stan dojrzałości techniki ATM specyfikacje: podstawowa (foundation) - niezmienna przez 18 miesięcy, np. UNI, PNNI, B-ICI, TM, interfejsy fizyczne rozszerzona (extended feature) - oparta na specyfikacji podstawowej Rezultat: 203 podstawowe dokumenty standaryzacyjne Systemy i sieci telekomunikacyjne 44

Wnioski i dalsze zamierzenia 2005 Połączenie ATM Forum z MPLS Forum i Frame Relay Forum Powstało MFA Forum Systemy i sieci telekomunikacyjne 45

Terminale typy, opis procesu generacji ruchu Systemy i sieci telekomunikacyjne 46

Nowoczesna usługa szerokopasmowa Wymaganie na pasmo do pojedynczego abonenta powyżej 2 Mbit/s usługa: niesymetryczna, interaktywna, mutlimedialna Systemy i sieci telekomunikacyjne 47

Cechy usług szerokopasmowych (1) Usługi wymagające transmisji w jednym lub w dwu kierunkach (unidirectional or bidirectional services), dla których kanał zwrotnej transmisji może być wymagany lub nie; usługi typu symetrycznego lub niesymetrycznego (symmetric or asymmetric services); usługi wąsko- i szerokopasmowe (narrowband and broadband services); usługi o stałej i zmiennej szybkości strumienia bitów (Constant Bit Rate - CBR - and Variable Bit Rate - VBR); Systemy i sieci telekomunikacyjne 48

Cechy usług szerokopasmowych (1) Usługi zorientowane na połączenie i bezpołączeniowe (Connection-oriented - CO - and Connectionless - CL - services); usługi topologicznie dedykowane (międzypunktowe) lub typu rozgłoszeniowego (point-to-point and pointto-multipoint services); usługi mobilne lub niemobilne (mobile and nonmobile services); usługi wymagające przetwarzania danych wewnątrz sieci (services with data processing). Systemy i sieci telekomunikacyjne 49

Parametry opisujące zgłoszenie Wybrane parametry muszą spełniać następujące warunki: mieć istotny wpływ na opis działania multipleksera - jako podstawowego elementu funkcjonalnego ATM, muszą być użyteczne zarówno dla sterowania przyjęciem zgłoszenia w czasie rzeczywistym jak również w procesie wymiarowania sieci, łatwość do przewidzenia jak również kontroli (czyli zarówno dla CAC jak i UPC). Systemy i sieci telekomunikacyjne 50

Parametry opisujące zgłoszenie Chwilowy ruch generowany przez aktywne zgłoszenie może być reprezentowane przy pomocy obwiedni ON-OFF, tzn.: maksymalnej szybkości transmisji źródła R i, średniej szybkości transmisji źródła A i, lub przy pomocy obwiedni typu normalnego (gaussowskiego), tzn.: średniej szybkości transmisji źródła A i, odchylenia standardowego szybkości transmisji źródła σ i. W praktyce przyjęto zbiór parametrów związany z modelem ON-OFF Systemy i sieci telekomunikacyjne 51

Klasyfikacja źródeł ruchu Źródła typu ON-OFF, dla których charakterystyczne jest naprzemienne występowanie okresów aktywności i ciszy, źródła o zmiennej szybkości generowania danych (VBR- Variable Bit Rate), dla których proces wyjściowy jest skomplikowany i trudny do dokładnego modelowania, źródła o stałej szybkości generowania danych (CBR - Constant Bit Rate), proste do opisu oraz nie dające wielkiego zysku z multipleksacji statystycznej. Systemy i sieci telekomunikacyjne 52

Reprezentacja strumienia ruchu poziom zgłoszeń odstęp między zgłoszeniami zgłoszenie poziom bursts cisza burst poziom pakietów pakiety odstęp między pakietami czas trwania pakietów Systemy i sieci telekomunikacyjne 53

ATM podstawy VC, VP Systemy i sieci telekomunikacyjne 54

Podstawowe pojęcia techniki ATM kanał wirtualny ścieżka wirtualna multipleksacja statystyczna QoS, GoS, ich wzajemne zależności Systemy i sieci telekomunikacyjne 55

Punkty odniesienia w B-ISDN S T B B B-TE1 B-NT2 B-NT1 U B Pętla abonencka TE2 / B-TE2 R B-TA S B TA - adapter terminala (Terminal Adaptor) TE - terminal (Terminal Equipment) NT - zakończenie sieci (Network Termination) Systemy i sieci telekomunikacyjne 56

Koncepcja kanału wirtualnego Kanał wirtualny: ciąg łączy i węzłów 46 567 VCL 41 41 46 VCL 46 VCL 567 33 75 VCL 75 VCL 33 567 33 VCL - Virtual Channel Link - User End System - Network Node Systemy i sieci telekomunikacyjne 57

Virtual channel set-up Virtual channel: sequence of links and nodes 46 567 VCL 41 41 46 VCL 46 VCL 567 33 75 VCL 75 VCL 33 567 33 VCL - Virtual Channel Link - User End System - Network Node Systemy i sieci telekomunikacyjne 58

Koncepcja ścieżki wirtualnej VCL 41 (0,41) (36,338) VPC 36, VCL 338 (36,338) (0,75) VCL 75 VPC VCL - Virtual Path Connection - Virtual Channel Link - User End System - Network Node Systemy i sieci telekomunikacyjne 59

Łącze fizyczne, kanały wirtualne, ścieżki wirtualne VC VC VP VP Łącze ATM (medium transmisyjne) VP VP VC VC VC VP VP VC Systemy i sieci telekomunikacyjne 60

Topologie logiczne ścieżek wirtualnych tworzone w sieci o prostej strukturze fizycznej (a) VP na łącze (b) VP typu end-to-end (c) VP na łącze i dla usługi (d) VP dla usługi i typu end-to-end Systemy i sieci telekomunikacyjne 61

Transformacja struktury fizycznej w logiczną dzięki zastosowaniu ścieżek wirtualnych VP typu end-to-end Systemy i sieci telekomunikacyjne 62

Struktura sterowania ruchem pojemności łączy i komutatorów zarządzanie poziom sieci przydział pasma scieżkom wirtualnym parametry ścieżki obciążenie ścieżek zgłoszenia poziom zgłoszeñ przydział pasma zgłoszeniom parametry zgłoszeñ informacja o natłoku bieżący ruch poziom pakietów egzekwowanie pasma zgłoszeń (i ścieżek) POLICING Systemy i sieci telekomunikacyjne 63

Zastosowanie ścieżek wirtualnych: upraszcza zarządzanie siecią, umożliwia realizację różnych wymagań jakościowych w oparciu o te same zasoby sieciowe, upraszcza realizację dostępu do sieci, upraszcza realizację doboru trasy (choć może być w związku z tym nieefektywne). Systemy i sieci telekomunikacyjne 64

Komutator typu VP oraz VC/VP Komutator VC (VC Switch) Punkt koñcowy VPC VCI 1 VCI 2 VCI 3 VCI 4 VPI 1' VPI 3' VPI 2' VCI 1 VCI 2 VPI 1 VPI 2 VPI 3 VCI 4 VCI 3 VCI 1 VCI 1 VCI 2 VPI 4 VPI 5 VCI 2 Komutator VP (VP Switch) VCI 1 VCI 2 VPI 1 VPI 4 VCI 3 VCI 4 VCI 3 VCI 4 VPI 2 VPI 5 VCI 5 VCI 4 VCI 5 VCI 1 VCI 4 VPI 3 Komutator VP (VP Switch) VPI 6 VCI 2 Systemy i sieci telekomunikacyjne 65

ATM budowa pakietu, architektura protokołu Systemy i sieci telekomunikacyjne 66

Plan Budowa pakietu (komórki) Architektura protokołu ATM Funkcje realizowane w poszczególnych warstwach protokołu ATM Systemy i sieci telekomunikacyjne 67

Pakiet w standardzie ATM Długość pakietu ATM (komórki) jest kompromisem pomiędzy następującymi przeciwstawnymi czynnikami: specyficznymi potrzebami aplikacji (usług), np. charakterystyczna długość ramki, opóźnieniem pakietyzacji, wielkością nagłówka niezbędnego z powodów transmisyjnych (priorytety, adresowanie), narzutem związanym z zabezpieczeniem nagłówka, stopniem skomplikowania realizacji sprzętowej (hardware). Systemy i sieci telekomunikacyjne 68

Ogólny format pakietu Bity 8 7 6 5 4 3 2 1 Nagłówek 5 oktetów Pole informacyjne 48 oktetów 1... 5 6.. Pakiet 53 oktety 53 Systemy i sieci telekomunikacyjne 69

Format pakietu ATM UNI NNI GFC VPI Octet 0 VPI VPI VCI Octet 1 VPI VCI Header VCI Octet 2 VCI VCI PT CLP Octet 3 VCI PT CLP HEC Octet 4 HEC Octet 5 Information field (48 octets) (48 octets) Octet 52 GFC: VPI: VCI: PTI: CLP: HEC: Generic Flow Control Virtual Path Identifier Virtual Channel Identifier Payload Type Identifier Cell Loss Priority Header Error Control 4-0 bits 8-12 bits 16 bits 3 bits 1 bit 8 bits Systemy i sieci telekomunikacyjne 70

Budowa pakietu (1) Pole GFC (Generic Flow Control) - 4 bity, występuje tylko w interfejsie UNI, bez ściśle sprecyzowanej roli, Pole VCI (Virtual Channel Identifier) - 16 bitów (możliwe utworzenie 65536 kanałów wirtualnych w każdej ścieżce wirtualnej), Pole VPI (Virtual Path Identifier) - w styku UNI 8 bitów, w styku NNI 12 bitów (4096 ścieżek), Pole PT (Payload Type) - określa typ komórki, Systemy i sieci telekomunikacyjne 71

Budowa pakietu (2) Pole CLP (Cell Loss Priority) - określa priorytet pakietu; gdy CLP=1 pakiet może być usunięty w sytuacji natłoku, Pole HEC (Header Error Control) - użyte w celu wykrywania błędów transmisji, Pole informacyjne - 48 bajtów przeznaczone do przenoszenia informacji użytkownika, zawiera także informację sterującą warstwy AAL. Systemy i sieci telekomunikacyjne 72

Predefiniowane VPI/VCI Funkcja VPI VCI Unassigned and idle 0 0 Meta-signalling 0 1 F4 flow (segment data) X 3 F4 flow (end to end data) X 4 Signalling 0 5 SMDS 0 15 ILMI 0 16 X F4 flow ma taką samą wartość jak VPC użytkownika Systemy i sieci telekomunikacyjne 73

Architektura protokołu Budowa warstwowa: warstwa adaptacji ATM (ATM Adaptation Layer), warstwa ATM (ATM layer), warstwa fizyczna (Physical layer). Systemy i sieci telekomunikacyjne 74

Architektura protokołu (2) Uproszczenie budowy w stosunku do tradycyjnego modelu OSI/ISO model trójwymiarowy zamiast dwuwymiarowego (dla ISDN) lub jednowymiarowego (tradycyjne sieci pakietowe), Trzy warstwy dla ATM równoważne 2 warstwom dla klasycznych sieci pakietowych Systemy i sieci telekomunikacyjne 75

Architektura protokołu Management plane P la Control Plane User Plane Higher Layers Higher Layers ATM Adaptation Layer ATM Layer L a y e r M an a g e m en t n e M an a g e m en t Physical Layer Systemy i sieci telekomunikacyjne 76

Funkcje warstw w protokole ATM Z ar z ą d z a n i e w ar s t w a m i Funkcje wyższych warstw Podwarstwa zbieżności Podwarstwa segmentacji i składania Generic flow control Generacja i wydzielanie nagłówka Translacja pól VCI/VPI Multipleksacja i demultipleksacja pakietów Dopasowywanie szybkości transmisji pakietów Generacja i weryfikacja nagłówka pakietu Wydzielanie pakietów ze strumienia bitów Adaptacja ramki transmisyjnej Generacja i odtwarzanie ramki transmisyjnej Realizacja podstawy czasu Funkcja łącza fizycznego Wyższe warstwy C S S A R T C P M A T M A A L W ar s t w a f i z y c z n a Systemy i sieci telekomunikacyjne 77

Warstwa AAL Systemy i sieci telekomunikacyjne 78

Plan Rola warstwy AAL Klasy usług Podwarstwa zbieżności (CS) Podwarstwa segmentacji i składania (SAR) Wersje AAL1 AAL5 Systemy i sieci telekomunikacyjne 79

Warstwa AAL Stanowi warstwę pośrednią pomiędzy warstwami wyższymi protokołu ATM a warstwą ATM, realizuje takie funkcje jak: wykrywanie i reakcja na błędy transmisji, rozpoznawanie zagubionych lub niesekwencyjnych pakietów, sterowanie przepływem, kontrola podstawy czasu w systemie. Systemy i sieci telekomunikacyjne 80

Klasy usług Klasa A Klasa B Klasa C Klasa D Synchroniza cja między terminalami Szybko ść sta ła bitowa Tryb po łączenia wymagana po łączeniowy Nie wymagana zmienna bezpo łącze niowy Typ AAL 1 2 3/4 i 5 typ 5 Systemy i sieci telekomunikacyjne 81

Funkcje podwarstwy CS Dopasowanie wielkości i cech jednostek danych aplikacji do sposobu ich przenoszenia w sieci ATM, Korekcja błędów, Realizacja synchronizacji. Systemy i sieci telekomunikacyjne 82

Funkcje podwarstwy SAR Transformacja jednostek PDU wyższych warstw (aplikacji) na jednostki SDU (pola informacyjne komórki) oraz odwrotnie, warstwa n+1 PDU n+1 warstwa n PCI n + SDU n PDU n warstwa n-1 SDU n-1 Systemy i sieci telekomunikacyjne 83

AAL1 Przesyłanie danych w trybie CBR (usługa transferu jednostek SDU ze stałą szybkością), Zmniejszanie wpływu zmiennego opóźnienia komórek, Reagowanie na stratę komórek lub zmianę kolejności, Odtwarzanie częstotliwości zegara w odbiorniku, Monitorowanie i obsługa błędów pola kontrolnego AAL (SNP). Systemy i sieci telekomunikacyjne 84

Format SAR-PDU dla AAL1 cell header SN SNP SAR-PDU payload SAR-PDU header SAR-PDU SN SNP = Sequence Number = Sequence Number Protection (4 bits) (4 bits) Systemy i sieci telekomunikacyjne 85

Nagłówek SAR-PDU Najbardziej znaczący bit pola SN może być wykorzystany do specjalnych celów, 3 mniej znaczące bity zliczają komórki modulo 8, Pole SNP chroni cały nagłówek SAR-PDU, Systemy i sieci telekomunikacyjne 86

Nagłówek SAR-PDU dla AAL1 SN-field SNP-field Special Purpose Indication Sequence Number Count CRC Parity Bit (Even) Systemy i sieci telekomunikacyjne 87

Warstwa AAL1 - podsumowanie Warstwy wyższe Pojedyncze bity lub bajty 47 bajtów Podwarstwa zbieżności konsolidacji (CS) SN SNP 48 bajtów Podwarstwa segmentacji i składania (SAR) ATM header SN SNP 53 bajty Warstwa ATM Systemy i sieci telekomunikacyjne 88

AAL2 Przygotowana pod kątem realizacji usług VBR wraz z zachowaną synchronizacją odbiornika i nadajnika, Jednostki CS-PDU o różnej długości, Przez długi czas brak było ustaleń dotyczących stosowania AAL2, Duże zainteresowanie realizacją usług głosowych, w tym dla telefonii komórkowej, Systemy i sieci telekomunikacyjne 89

Funkcje podwarstwy CS dla AAL2 Korekcja błędów dla usług audio i wideo, Realizacja synchronizacji terminali przez przesyłanie znaczników czasu (time stamps), Obsługa zagubionych i niesekwencyjnych komórek. Systemy i sieci telekomunikacyjne 90

Format SAR-PDU dla AAL2 cell header SN IT SAR-PDU payload LI CRC SAR-PDU header SAR-PDU trailer SAR-PDU SN IT LI CRC = Sequence number = Information Type = Length Indicator = Cyclic Redundancy Check Systemy i sieci telekomunikacyjne 91

AAL3 Przesyłanie danych w trybie VBR (usługa real-time w trybie połączeniowym), Synchronizacja pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem nie jest wymagana, Dwa tryby pracy: przesyłanie danych ramkowanych (framed mode, message mode), typu strumieniowego (streaming mode), Monitorowanie i obsługa błędów AAL (pole CRC w SAR-PDU). Systemy i sieci telekomunikacyjne 92

Warstwa AAL3/4 podsumowanie Systemy i sieci telekomunikacyjne 93

Warstwa AAL wersje 1-4, podsumowanie SN SNP SAR-PDU Informacja użyteczna nagłówek 1-bajtowy 47 bajtów a) Struktura danych podwarstwy SAR dla AAL typ 1 SAR-PDU ST IT LI CRC Informacja użyteczna nagłówek 1-bajtowy 45 bajtów b) Struktura danych podwarstwy SAR dla AAL typ 2 zakończenie 2-bajtowe ST SN Res SAR-PDU Informacja użyteczna LI CRC nagłówek 2-bajtowy c) Struktura danych podwarstwy SAR dla AAL typ 3 44 bajty zakończenie 2-bajtowe ST SN MID SAR-PDU Informacja użyteczna LI CRC nagłówek 1-bajtowy 44 bajty d) Struktura danych podwarstwy SAR dla AAL typ 4 zakończenie 2-bajtowe SN ( Sequence Number - 4 bity) - numer kolejny SNP ( Sequence Number Protection - 4 bity) - ochrona SN IT ( Information Type - 4 bity) - typ informacji LI ( Length Indicator - 6 bitów) - wskaźnik, długości CRC ( Cyclic-Redundancy-Check - 10 bitów) - ciąg kontrolny kodu cyklicznego ST ( Segment Type - 2 bity) typ segmentu Res ( Reserved - 10 bitów) - rezerwa MID ( Multiplexing IDentification - 10 bitów) -identyfikator multipleksowania Systemy i sieci telekomunikacyjne 94

AAL5 Uniwersalna wersja AAL, pokrywa funkcje realizowane przez AAL3 i AAL4, Przesyłanie danych w trybie VBR, połączeniowym, bez synchronizacji, Brak numeracji kolejnych komórek, Brak mechanizmu retransmisji, SEAL (Simple and Efficient Adaptation Layer), Systemy i sieci telekomunikacyjne 95

Format SAR-PDU dla AAL5 ATM cell header SAR-PDU payload SAR-PDU Systemy i sieci telekomunikacyjne 96

Podział CS-PDU na komórki ATM CS-PDU CS-PDU trailer podwarstwa CS User data PAD CF LF CRC podwarstwa SAR PT ATM cell (AAL5) ATM cell (AAL5) ATM cell (AAL5) ATM cell (AAL5) PAD = Pad field (0 to 47 bytes) CF = Control Field (2 bytes) LF = Length Field (2 bytes) CRC= Cyclic Redundancy Check (4 bytes) Systemy i sieci telekomunikacyjne 97

ATM - interfejsy Systemy i sieci telekomunikacyjne 98

Plan Przegląd interfejsów UNI (P)NNI inne Systemy i sieci telekomunikacyjne 99

Interfejsy warstwy fizycznej wg ATM Forum Światłowód wielomodowy» 100 Mbit/s, kodowanie 4B/5B» 155 Mbit/s, SONET STS -3c (SDH)» 155 Mbit/s, kodowanie 8B/10B Światłowód jednomodowy» 155 Mbit/s, SONET STS-3c (SDH),» 622 Mbit/s,» 2,488 Gbit/s Skrętka ekranowana (shielded twisted pair)» 155 Mbit/s, kodowanie 8B/10B Kabel koncentryczny» 6.132 Mbit/s, J-2» 45 Mbit/s, DS3 Skrętka nieekranowana (unshielded twisted pair)» 52 Mbit/s, skrętka nieekranowana kategorii 3» 155 Mbit/s, skrętka nieekranowana kategorii 5» 1.5 Mbit/s, DS1 Systemy i sieci telekomunikacyjne 100

Interfejsy warstwy fizycznej wg ATM Forum Nazwa Szybkość bitowa (Mbps) Efektywna szybkość bitowa (Mbps) SONET STS-1 51.84 49.536 SONET STS-3c 155.52 149.76 SONET STS-12c 622.08 594.432 SDH STM1 155.52 149.76 SDH STM4 622.08 594.432 DS-1 1.544 1.536 DS-2 6.312 6.176 DS-3 44.736 40.704 E1 2.048 1.92 E3 34.368 E4 139.264 Światłowód wielomodowy (FDDI) STP 155.52 Łącze światłowodowe 100 100 155.52 UTP 51.84 25.60 12.96 149.536 149.536 23.18 Systemy i sieci telekomunikacyjne 101

Interfejsy w ATMie (podstawowe) terminal interfejs UNI interfejs NNI Sieć ATM dostęp do sieci UNI - User Network Interface NNI - Network Node Interface Systemy i sieci telekomunikacyjne 102

Interfejsy w technice ATM (zgodnie z ATM Forum) DXI Publiczny UNI DTE (router) DCE (ATM DSU) Publiczna sieć ATM B-ICI Prywatna sieć ATM Publiczny UNI Publiczna sieć ATM B-ICI Publiczna sieć ATM Prywatny UNI Prywatny NNI Publiczny UNI Użytkownik ATM Użytkownik ATM Prywatna sieć ATM Systemy i sieci telekomunikacyjne 103

Specyfikacja UNI specyfikacja UNI 2.0 (czerwiec 1992, znaczenie formalne), specyfikacja UNI 3.0 (wrzesień 1993, pierwsza stabilna wersja), specyfikacja UNI 3.1 (wrzesień 1994), specyfikacja UNI 4.0 (lipiec 1996, realizowana praktycznie), specyfikacja UNI 4.1 (kwiecień 2002) określa standardy dla protokołów w warstwie fizycznej i warstwie ATM, aby mogły ze sobą współpracować różne urządzenia ATM, tj. użytkownik ATM i komutator sieciowy, do którego jest przyłączony Specyfikacja UNI obejmuje: interfejsy w warstwie fizycznej, funkcje warstwy ATM, interfejs do systemu zarządzania sygnalizację w UNI. terminal interfejs UNI dostęp do sieci interfejs NNI Sieć ATM UNI - User Network Interface NNI - Network Node Interface Systemy i sieci telekomunikacyjne 104

P-NNI P-NNI: Private Network-Node Interface określa interfejs pomiędzy systemami komutacyjnymi (SS - Switching Systems) sygnalizacja oparta na UNI dedykowane procedury zarządzania (P-NNI Management) i zarządzania ruchem (P-NNI Traffic Management) opracowany pod kątem skalowalnych sieci ATM budowanych z urządzeń wielu producentów:» dobór trasy» adresowanie Systemy i sieci telekomunikacyjne 105

P-NNI specyfikacja PNNI 2.0 (kwiecień 2002), specyfikacja PNNI 1.1 (marzec 1996), prowadzi się prace nad przystosowaniem PNNI do potrzeb nowoczesnych sieci optycznych (ASON, OTN), chociaż szanse O-PNNI (Optical PNNI) są oceniane na niższe niż CR-LDP lub RSVP. Systemy i sieci telekomunikacyjne 106

B-ICI B-ICI - Broadband Intercarrier Interface określa styk pomiędzy różnymi sieciami publicznymi szereg interfejsów fizycznych opartych na systemach cyfrowych:» 44.736 Mbit/s, DS3»» 155.52 Mbit/s, STS-3c» 622.08 Mbit/s, STS-12c określa sposoby realizacji takich usług jak: SMDS, Frame Relay, Cell Relay, emulacja łączy obecnie rozwijana koncepcja AINI (ATM Internetworking Interface) Systemy i sieci telekomunikacyjne 107

Interfejs DXI DXI - Data Exchange Interface opracowany w celu łatwego podłączania istniejących routerów do sieci ATM umieszczony pomi dzy DTE i DCE umieszczony pomiędzy DTE i DCE określa protokoły warstwy łącza danych i fizycznej określa lokalny interfejs do zarządzania oraz informacyjną bazę danych Systemy i sieci telekomunikacyjne 108

API dla ATM API - Application Programming Interface API - zestaw procedur przenoszących wymagania aplikacji na ustalenia i parametry warstwy AAL API zawiera 3 interfejsy:» sygnalizacji ATM-UNI» warstwy adaptacji ATM-API poprzez wszystkie warstwy AAL» pustą warstwę adaptacji dla bezpośredniego dostępu do warstwy ATM API to obecnie niezbyt intensywnie rozwijany temat Systemy i sieci telekomunikacyjne 109

Interfejs 155 Mbit/s SDH STM1/SONET STS-3c 270 kolumn 9 w i e r s z y Maintenance and operations... 1 Synchronous Payload Envelope (1 column of overhead) 125 µsec 9 bajtów 9 260 8/125 µsec = 149.76 Mbit/s payload Systemy i sieci telekomunikacyjne 110

Interfejs 2,048 Mbit/s E1 32 bajtów/125 µs...... 0 1 2... 15 16 17... 31 bajty Bajty Framing and Overhead Bajty informacyjne 32 x 8/125µs = 2.048 Mbit/s Rozpoznawanie granicy komórki przy pomocy mechanizmu HEC Systemy i sieci telekomunikacyjne 111

Interfejs 25,6 Mbit/s UTP3 Oparty na specyfikacji łącza fizycznego IEEE 802.5 z kodowaniem 4B/5B plus skrambling 32 Mbodów x 4/5 = 25.6 Mbit/ bit/s Rozdział komórek przy pomocy par symboli x x Cell lub x 4 Cell Reset Scramble No Scramble Reset Systemy i sieci telekomunikacyjne 112

Zarządzanie ruchem w standardzie ATM (Traffic Management) Systemy i sieci telekomunikacyjne 113

Plan Zadania TM (TE) Klasy usług Kategorie ruchowe Parametry dla klas usług Mapowanie parametrów na kategorie ruchowe Kontrakt ruchowy CAC Koncepcja pasma wirtualnego Systemy i sieci telekomunikacyjne 114

Zarządzanie ruchem - zadania zapewnianie istniejącym połączeniom uzgodnionej jakości (QoS) monitorowanie przepływów ruchu wewnątrz sieci rozpoznawanie i reagowanie na problemy obsługę nowych zgłoszeń Systemy i sieci telekomunikacyjne 115

Zarządzanie ruchem funkcje (mechanizmy) Sterowanie przyjęciem zgłoszenia (Connection Admission Control - CAC), Usage Parameter Control (UPC), Sterowanie priorytetem komórki (Cell Loss Priority Control), Kształtowanie strumieni ruchu (Traffic shaping), Sterowanie przepływem dla kategorii ABR (ABR Flow Control), Selektywne usuwanie komórek (Early Packet Discard), Systemy i sieci telekomunikacyjne 116

Klasy usług Klasa A Klasa B Klasa C Klasa D Synchroniza cja między terminalami Szybko ść sta ła bitowa Tryb po łączenia wymagana po łączeniowy Nie wymagana zmienna bezpo łącze niowy Typ AAL 1 2 3/4 i 5 typ 5 Systemy i sieci telekomunikacyjne 117

Zarządzanie ruchem - kategorie ruchowe CBR (Constant bit rate) -ścisłe gwarancje pasma i opóźnień rt-vbr (Real-time Variable Bit Rate) - wideokonferencje nrt-vbr (Non-real time Variable Bit Rate) - bankowe, dostęp do sieci Frame-Relay. transakcje ABR (Available Bit Rate) - możliwa negocjacja pasma UBR (Unspecified Bit Rate) - brak wymagań co do transmisji GFR (Guaranteed Frame Rate) gwarancje na poziomie komórki i ramki dyskusja nad UBR+ Systemy i sieci telekomunikacyjne 118

Deskryptory ruchu Peak Cell Rate (PCR): maksymalna liczba komórek, jaką źródło transmituje w określonym przedziale czasu. Sustainable Cell Rate (SCR): maksymalna średnia szybkość transmisji dla źródła ruchu typu burst. Maximum Burst Size (MBS): maksymalna liczba komórek, jaka może zostać wysłana równocześnie z wartością Peak Cell Rate. Minimum Cell Rate (MCR): minimalna liczba komórek, jaką źródło transmituje w określonym przedziale czasu. parametry połączenia: wszystkie powyższe + CDVT (Cell Delay Variation Tolerance) Systemy i sieci telekomunikacyjne 119

Interpretacja PCR 1 komórka/szybkość medium 1komórka PCR Systemy i sieci telekomunikacyjne 120

Interpretacja SCR i MBS 1 komórka/scr MBS/SCR czas 1 komórka/szybkość medium. 1 komórka/pcr Systemy i sieci telekomunikacyjne 121

Parametry jakości obsługi Maximum Cell Transfer Delay (Max CTD) Mean Cell Transfer Delay (Mean CTD) Cell Delay Variation (CDV) Cell Loss Ratio (CLR) Cell Error Ratio (CER) Severely Errored Cell Block Ratio (SECBR) Cell Misinsertion Rate (CMR) Systemy i sieci telekomunikacyjne 122

Rozkład gęstości prawdopodobieństwa dla opóźnienia komórki gęs toś ć pra wd. f(t) Prawd.(opóź.>Max-CTD)<α P2P-CDV opóźnienie Min-CTD Max-CTD przy określaniu P2P-CDV nie uwzględnia się stałych opóźnień występujących w transmisji, MaxCTD jest parametrem ustalanym przez użytkownika i określa on wielkość tail rozkładu gęstości Systemy i sieci telekomunikacyjne 123

Ilustracja CDV 1 1 1 1 1 1 1 1 Systemy i sieci telekomunikacyjne 124

Wartości CLR and MaxCDV dla wybranych usług CL LR 10-4 10-6 głos dane interaktywne 10-8 obrazy interaktywne wideo 10-10 transfer plików 0,001 0,01 0,1 1 10 MaxCDV [s] Systemy i sieci telekomunikacyjne 125

CLR Cell Loss Ratio Straty komórek mogą wystąpić w przypadku: przepełnienia buforów, awarii, braku urządzeń redundantnych, zbyt długiej reakcji na awarię, po przekroczeniu dopuszczalnego opóźnienia. CLR = liczba _ komórek _ straconych liczba _ komórek _ wytransmistowanych wszystkie komórki wytransmitowane to komórki które zostały wysłane w pewnym ustalonym czasie (standardy nie określają tego czasu, generalnie przyjmuje się,że jest to czas trwania połączenia). Systemy i sieci telekomunikacyjne 126

Parametry opóźnieniowe Max-CTD (Maximum Cell Transfer Delay) - maksymalne opóźnienie komórek P2P-CDV (Peak-to-Peak Cell Delay Variation) - międzyszczytowa zmienność opóźnienia komórek Systemy i sieci telekomunikacyjne 127

Mapowanie parametrów na kategorie ruchowe (1) Atrybut CBR rt-vbr nrt-vbr UBR ABR PCR i CDVT tak tak tak SCR, MBS, CDVT n/a tak n/a n/a MCR n/a n/a tak Parametry QoS Może nie podlegać CDVT jest parametrem nie działaniu przekazywanym procedur przez sygnalizację, CAC i może UPC mieć lokalne znaczenie (per link) p2pcdv tak nie maxctd tak nie CLR tak nie zależne od Dodatkowe ustalenia kontraktu (sieci) Sprzężenie zwrotne nie tak Kategorie ruchowe i parametry zgodne z TM4.0 (1996) CLR powinno mieć małą wartość dla źródeł stosujących się do reguł sterowania ABR Systemy i sieci telekomunikacyjne 128

Mapowanie parametrów na kategorie ruchowe (2) CBR rt-vbr nrt_vbr ABR UBR PCR tak tak tak tak tak SCR n/a tak tak n/a n/a MBS n/a tak tak n/a n/a MCR nie nie nie tak nie CDVT (PCR) tak tak tak tak tak CDVT (SCR) n/a tak tak n/a n/a Systemy i sieci telekomunikacyjne 129

Kontrakt ruchowy Ustawienie zasad realizacji połączenia: Kategoria ruchowa Wymagania QoS, Deskryptory ruchu, Definicja zgodności (poprawności) komórki conformance definition), Definicja poprawności połączenia (compliant connection). Systemy i sieci telekomunikacyjne 130

Elementy kontraktu ruchowego Kontrakt ruchowy Deskryptor połączenia Definicja zgodności połączenia Jakość obsługi połączenia QoS Deskryptor źródła Tolerancja zmienności opóźnienia CDV t Definicja zgodności komórek (GCRA) Stopa traconych komórek CLR Max. szybkość generowania komórek PCR Max opóźnienie przesyłania komórek Max-CTD Średnia szybkość generowania komórek SCR Maksymalny rozmiar paczki komórek MBS Minimum Cell Ratę (MCR) Zmienność opóźnienia przesyłania komórek P2P-CDV Systemy i sieci telekomunikacyjne 131

Sterowanie przyjęciem zgłoszenia (CAC) - (1) Kiedy nowe zgłoszenie pojawia się w węźle ATM, użytkownik deklaruje zbiór parametrów ruchowych i wymagany poziom jakości obsługi QoS - zwykle określony jednoznacznie przez podanie rodzaju usługi, do którego należy zgłoszenie. Korzystając z tej informacji oraz znając stan elementów sieci, jednostka realizująca CAC decyduje o zaakceptowaniu lub odrzuceniu nowo przybywającego zgloszenia Systemy i sieci telekomunikacyjne 132

Sterowanie przyjęciem zgłoszenia (CAC) - (2) Decydującym kryterium musi być rezultat predykcji spełnienia wymogów jakościowych transmisji (QoS) w warstwie pakietowej po akceptacji nowego zgłoszenia. Decyzja o akceptacji lub odrzuceniu nowego zgłoszenia jest jedną z najważniejszych azarazem najtrudniejszych w sieci ATM. QoS = QoS( C, n, R i, Ai ) Systemy i sieci telekomunikacyjne 133

Cechy charakterystyczne CAC (SPZ) Algorytm CAC powinien być: prosty - tzn. ze względnie niską złożonością obliczeniową, oparty na ograniczonej liczbie parametrów opisujących zgłoszenie, zachowawczy (pesymistyczny), tzn. raczej przesadnie oceniać stan natłoku w sieci, elastyczny, tzn. pozwalający na zmiany w zależności od warunków ruchowych a także umożliwiający łatwą adaptację w przypadku wprowadzenia nowych usług. Systemy i sieci telekomunikacyjne 134

Algorytmy CAC - klasyfikacja 1 Skala czasu, na której działają algorytmy CAC: algorytmy czasu rzeczywistego (on-line), spodziewane naruszenie parametrów jakościowych dla istniejących połączeń po zaakceptowaniu nowo przychodzącego zgłoszenia musi być realizowane w czasie rzeczywistym, algorytmy off-line, gdy odpowiednie modele są wstępnie rozwiązywane a wyniki umieszczane w specjalnych tablicach (look-up tables) zapisanych w pamięci jednostek sterujących pracą węzła ATM. Systemy i sieci telekomunikacyjne 135

Algorytmy CAC - klasyfikacja 1 Na podstawie teoretycznych metod użytych do rozwiązania modeli ruchowych, możemy podzielić algorytmy CAC na nastepujące trzy grupy: metody oparte na teorii masowej obsługi, metody oparte na symulacji, metody analityczne (uproszczone). Systemy i sieci telekomunikacyjne 136

Sterowanie przyjęciem zgłoszenia (podstawowe relacje) Sterowanie przyjęciem zgłoszenia Rate Sharing (koncepcja dla dużych buforów) X zajętość bufora CLP x X P e x X P x C g > > } { } { ) ( Systemy i sieci telekomunikacyjne 137 Rate Envelope Multiplexing (REM) i C R k k n i i k i i i A n R A R A k n C R k CLR i = > 1 ) ( i A i R burstiness = _ β CLP x X P > } {

1 Sterowanie przyjęciem zgłoszenia przykład wykorzystania REM (na podstawie REM zależność CLR(Ri)) 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 45000 50000 Switch with buffer 200B - uni 0,1 0,01 Switch with buffer 200B - exp Switch with buffer 10kBexp Model ON - OFF 0,001 0,0001 Systemy i sieci telekomunikacyjne 138

Wzajemne relacje pomiędzy parametrami jakościowymi i procedurami TM w ATM Sieć ATM Model ruchowy Źródło ruchu Kontrola parametrów użytkownika (UPC) Sterowanie przyjęciem zgłoszenia CAC Grade of Service Estymacja QoS QoS dla warstwy pakietowej Quality of Service Zarządzanie zasobami w sieci ATM należy rozumieć jako działanie umowne: od przyjętych założeń zależy wynik działania procedur TM, Systemy i sieci telekomunikacyjne 139

Koncepcja pasma wirtualnego Efektywna metoda dla połączeń klasy VBR, Połączenie reprezentowane przez 1 parametr, pomysł polega na znalezieniu (dowolną metodą) maksymalnej liczby połączeń przy zachowaniu wymaganych parametrów jakościowych. C VP - pasmo przydzielone ścieżce wirtualnej n max - maksymalna liczba zestawionych kanałów, ACR - Average Cell Rate, PCR - Peak Cell Rate. ω = C ACR VP / n ω max PCR Systemy i sieci telekomunikacyjne 140

Aspekty doboru trasy w ATM Dobór trasy w sieci ATM jest skomplikowany. Projektując algorytm doboru trasy należy rozważyć wpływ: struktury fizycznej sieci, struktury logicznej sieci opartej na koncepcji ścieżek ek wirtualnych, przydziału pasma dla scieżek i ich separacji, multipleksacji statystycznej, typu modelu ruchowego poziomu sieci, wymagań jakościowych na transmisję QoS w odniesieniu do zastosowanej separacji usług. Systemy i sieci telekomunikacyjne 141

Źródła opóźnień w sieci ATM Terminal źródłowy Terminal docelowy TD1 komutator ATM TD2 komutator ATM TDn PD FSD1+QD1 FSDn+QDn DD PD - opóźnienie pakietyzacji (packetization delay) TD - opóźnienie transmisji (transmission delay) FSD - opóźnienie komutacji (fixed switching delay) QD - opóźnienie kolejkowania (queueing delay) DD - opóźnienie depakietyzacji (depacketization delay) Systemy i sieci telekomunikacyjne 142

Standard ATM w sieciach operatorów Systemy i sieci telekomunikacyjne 143

Plan Tendencje rozwojowe Sieci operatorskie TDM Rola ATM w sieci operatorskiej Usługi w sieci ATM Systemy i sieci telekomunikacyjne 144

Tendencje rozwojowe lata 60-te: sieci operatorskie TDM, lata 80-te: komercyjnej oferta łączy klasy T w USA (T-Carrier networks), lata 80-te: specjalizowane sieci transmisji danych (PDN Packet Data Networks), oparte na protokole X.25, lata 90-te: eksplozja Internetu Systemy i sieci telekomunikacyjne 145

Sieci operatorskie TDM Pojawiły się w latach 80-tych, zalety sieci operatorskich opartych na koncepcji TDM: dokładne przypisanie zasobów telekomunikacyjnych użytkownikowi (np. 1 szczelina czasowa/użytkownika), stabilna i odporna na sytuacje awaryjne platforma sieciowa. wady sieci operatorskich TDM (decydowały o realizowanej migracji w stronę standardu ATM): nieefektywne użycie pasma (zwykle poniżej 50 %, jak w przypadku klasycznej telefonii), nieelastyczność w przypadku ruchu o dużej niejednorodności (bursty traffic), charakterystycznego dla usług multimedialnych Systemy i sieci telekomunikacyjne 146

Czynniki wpływające na zmianę koncepcji sieci operatorskiej Zmiany w technikach sieciowych, rozwój oferty usług telekomunikacyjnych, rozwój Internetu, liberalizacja rynku telekomunikacyjnego, globalizacja rynku telekomunikacyjnego. Systemy i sieci telekomunikacyjne 147

ATM - zalety dla operatora (1) pasmo jest dynamicznie przydzielane użytkownikom, istnieje możliwość definiowania i realizacji usług z różnymi parametrami jakościowymi QoS, poprawne sterowanie ruchem daje większą efektywność w przypadku dużych strumieni ruchu. Systemy i sieci telekomunikacyjne 148

ATM - zalety dla operatora (2) możliwość realizacji wszystkich potrzeb ruchowych docelowo w jednolitej architekturze sieciowej co przekłada się na koszty realizacji, utrzymania i rozwoju sieci, skalowalność sieci, pojedynczy interfejs z użytkownikiem bez względu na funkcjonalny typ styku (LAN, WAN, sieć kampusowa). Systemy i sieci telekomunikacyjne 149

Usługi związane z dostępem do sieci ATM operatora (faza 1) szeroki zakres szybkości w interfejsie fizycznym: od E1 (T1 w USA) do STM-1 (wkrótce STM-4), realizacja komutowanych połączeń VC (SVC Switched Virtual Connections), emulacja łączy E1 (lub T1), zapewnienie współpracy protokołów X.25, Frame Relay, oraz IP, realizacja styku B ICI, realizacja kategorii ruchowych CBR oraz VBR, multicast, wspieranie zarządzania sieci poprzez SNMP. Systemy i sieci telekomunikacyjne 150

Oferty operatorskiej dla ATM (faza 2) : wprowadzenie dostępu z użyciem protokołu PNNI (istotne w przypadku budowy rozległych sieci prywatnych na bazie sieci operatorskich), udostępnienie kategorii ruchowej w dowolnej relacji w sieci (end-to-end), wprowadzenie specyficznych dla ATM metod billingu ruchu, rozbudowa sieci do szybkości STM-4, rozszerzenie możliwości zarządzania do zarówno SNMP oraz CMIP. Systemy i sieci telekomunikacyjne 151

Schemat sieci operatorskiej wykorzystującej ATM Sieć Frame Relay Multiplekser E1 Publiczna sieć ATM Publiczna sieć ATM Multiplekser ATM OC-3 Sieć IP nxe1 OC-3 Urządzenie dostępowe ATM Sieć prywatna ATM n x E1 Multiplekser ATM E1 Multiplexer Multiplekser E1 Sieć kampusowa ATM LANE IP over ATM Sieć prywatna ATM Wideo Systemy i sieci telekomunikacyjne 152

ATM w sieci dostępowej ATM + xdsl, PON, HFC, FITL, sprzęt (karty 25 Mbit/s praktycznie osiągalne), zarządzanie ruchem - trudne, adresowanie (przestrzeń adresowa i pożądana kompatybilność z E.164) - brak ostatecznych rozwiązań, sygnalizacja (lub decyzja o jej braku), kompatybilność sprzętu (np. przy szybkiej ewolucji rozwiązań). Systemy i sieci telekomunikacyjne 153

Przyszłość Ograniczona rola ATM (szkielet, ADSL w dostępie) intensywny rozwój IP ze wsparciem QoS dostępność systemów WDM, DWDM uniwersalna multipleksacja MPLS rozwój GMPLS Systemy i sieci telekomunikacyjne 154

Podsumowanie techniki ATM Systemy i sieci telekomunikacyjne 155

Plan ATM zalety ATM wady Systemy i sieci telekomunikacyjne 156

Cechy techniki ATM Dojrzała, bardzo skomplikowana (liczba standardów podstawowych w ATM Forum 138 w lutym 2000,152 w lutym 2001, 170 w lutym 2002, 197 na dzień 15.12.2003), akceptowana w większości obszarów sieci i zastosowań, obserwujemy wzrastające zainteresowanie koncepcjami równoważnymi, np. wielousługową siecią IP, MPLS. Systemy i sieci telekomunikacyjne 157

ATM - zalety w pełni skalowalna technika umożliwiająca realizacje sieci o funkcjach LAN, MAN i WAN, oferuje rzeczywistą fizyczną oraz funkcjonalną integrację, zapewnia możliwość realizacji usług poprzez jeden interfejs, elastyczny rodzaj komutacji i transmisji jest idealnym rozwiązaniem dla usług o wysokiej nieprzewidywalności parametrów transmisji. Systemy i sieci telekomunikacyjne 158

ATM - wady Narzut informacji nadmiarowej wynosi 5/53%, ATM wprowadza opóźnienie pakietyzacji związane z faktem składania informacji do komórki po stronie nadawczej i odwrotnej funkcji po stronie odbiorczej, opóźnienie przejścia komórek przez sieć jest losowe; wymaga to stosowania dodatkowych mechanizmów niwelujących wpływ niejednorodności opóźnień, podstawową przyczyną straty pakietów jest zjawisko przepełnienia buforów, istotne są metody wymiarowania buforów pod kątem aplikacji, w celu uniknięcia obniżenia jakości świadczonych usług transmisyjnych dla wszystkich połączeń jest potrzebny ciągły nadzór nad rzeczywistymi parametrami wszystkich aktywnych połączeń, istnieje zjawisko wzmacniania się błędów w przypadku wystąpienia przekłamań w nagłówkach komórek. Systemy i sieci telekomunikacyjne 159

Ewolucja sieci szerokopasmowych Systemy i sieci telekomunikacyjne 160

Zapotrzebowanie na przepływność w Europie oraz struktura przychodów Internet jest traktowany jako tanie medium (zapotrzebowanie na pasmo 35 %, tylko 4 % przychodów) w krajach o niskim poziomie telekomunikacji powszechne jest narzekanie na zbyt wysokie koszty dostępu do Internetu, wręcz uważa się to za powód powstawania zapóźnień cywilizacyjnych Systemy i sieci telekomunikacyjne 161

Zmiana architektury sieci Warstwa sieciowa IP IP IP IP IP/ATM Warstwa łącza danych ATM ATM Warstwa fizyczna SDH SDH SDH Warstwa optyczna WDM WDM WDM WDM WDM Systemy i sieci telekomunikacyjne 162

Realizacja różnych usług sieciowych użytkownicy FR (np. obecny Polpak-T) dostęp do sieci IP poprzez sieć FR łącza dzierżawione (przezroczyste) dzierżawa łączy ATM (obecny Polpak-T): -ścieżki wirtualne - kanały wirtualne dostęp do sieci IP po łączach ATM VPN ATM użytkownicy sieci X.25 (np.. obecny Polpak) publiczna sieć IP / sieć Internet starsze centrale telefoniczne, sygnalizacja SS7 PSTN/ISDN, łącza międzymiastowe i międzyoperatorskie, SS7 dzierżawa łączy SDH dzierżawa łączy WDM (pojedynczych nośnych) FR X.25 IP PDH ATM dzierżawa włókien SDH WDM Włókno światłowodowe Systemy i sieci telekomunikacyjne 163

Rozwój koncepcji G-MPLS (1) warstwy wyższe IP ATM SDH DWDM + IP/MPLS SDH DWDM OXC IP/GMPLS DWDM + OXC Systemy i sieci telekomunikacyjne 164

Rozwój koncepcji G-MPLS (2) SDH 1 SDH 2 pakiety SDH 1 SDH 2 λ 1 IP/MPLS SDH λ 2 λ 3 λ 4 IP/GMPLS światłowód + DWDM OXC Systemy i sieci telekomunikacyjne 165