Systemy i Sieci Telekomunikacyjne TI N-ISDN B-ISDN Krzysztof Wajda Katedra Telekomunikacji AGH marzec, 2017
Zakres wykładu N-ISDN Usługi sieciowe Ewolucja w stronę B-ISDN Motywacja wprowadzenia ATM Podstawy ATM
N(arrowband)-ISDN
Plan Ewolucja systemów telekomunikacyjnych w kierunku sieci zintegrowanych N-ISDN Usługi bazowe Teleusługi Perspektywy rozwoju
... początek Alexander Graham Bell (1876)
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)
Punkty odniesienia w ISDN TE2 R S T TE1 NT2 NT1 TA S U Pętla abonencka TA - adapter terminala (Terminal Adaptor) TE - terminal (Terminal Equipment) NT - zakończenie sieci (Network Termination)
ISDN - oferowane usługi Usługi przenoszenia (bearer services), zwane także bazowymi, teleusługi (teleservices)
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
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)
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
Płaszczyzny w sieci N-ISDN Zarządzanie (szczątkowe) N-ISDN Sygnalizacja Płaszczyzna danych Transport = data plane Sygnalizacja = control plane Zarządzanie = management plane
ATM początkowo = B-ISDN
Plan Podstawowe informacje o standardzie ATM Zalety i wady ATM Instalacje ATM Perspektywy rozwoju sieci szerokopasmowych zrealizowanych w standardzie ATM
ATM Informacje podstawowe
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
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
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
Dlaczego wybrano rozmiar 53 bajtów? 64 + 5 32 + 4 48 + 5
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)
Aspekty jakościowe stosowania ATM 1) W sieci ATM jest możliwe specyfikowanie różnych poyiomw 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
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
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
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
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 najwyższejświadomości w dziedzinie ATMu: Dania i Holandia (ponad 85% ) Najbardziej zainteresowany sektor: wydawnictwa, drukarnie, przemysł lotniczy i kosmiczny Najbardziej popularne zastosowanie ATM: LAN interconnection
Technika ATM w świecie dynamiczny rozwój w USA hermetyczny rozwój w Japonii stateczny rozwój w Europie około 80 producentów sprzętu ATM w 1996 roku, (poźniej specjalizacja i tylko kilku znaczących producentów) dynamika rynku przełączników sieci szkieletowej (duże, koszt rzędu kilkuset tysięcy $): Europa: 13 (1994), 47 (1995), 155 (1996), 5220 (2000) USA: 88 (1994), 326 (1995), 991 (1996), 17600 (2000)
Osiągnięcia Wkład w rozwój koncepcji sieci: Specyfikacja architektury i protokołu (formatu komórki) nowej generacji, definicja zbioru kategorii ruchowych, definicja podstawowego zestawu usług szerokopasmowych i ich mapowanie na ATM (protokół), 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,
Follow-up 2005 Połączenie ATM Forum z MPLS Forum i Frame Relay Forum Powstało MFA Forum
Podsumowanie Technika ATM NIE jest obecnie traktowana jako docelowa technika dla sieci szerokopasmowej i prace standaryzacyjne zostały zakończone. Sprzęt ATM jest wciąż stosowany i jest to Sprzęt ATM jest wciąż stosowany i jest to związane z: rozpowszechnieniem usług wymagających dużych przepływności, wsparcie międzyoperatorskie dla QoS, dostępne prognozy sugerują stosowanie ATM w sieciach operatorskich przez następne kilka lat (ochrona istniejących inwestycji), głównie w dostępie ADSL.
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. Intensywny rozwój sieci IP - w wersji z QoS. Stabilizacja zastosowania MPLS (Multiprotocol Label Switching) następcy ATM.
ATM Forum
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
ATM Forum Organizacja producentów i użytkowników sprzętu ATM utworzona w 1991 roku przez CISCO, NET/Adaptive, Northern Telecom i US Sprint, W najbardziej aktywnym czasie było 1000 jednostek, 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.
Anchorage Accord odpowiedź na krytykę niestabilności standardu ATM (kwiecień 1996) deklaruje stan dojrzałości techniki ATM specyfikacje: Deklaruje potrzebę podstawowa (foundation) - niezmienna przez 18 stabilności miesięcy, np. UNI, PNNI, B-ICI, TM, interfejsy rozwiązań i fizyczne horyzont zmian w telekomunikacji rozszerzona (extended feature) - oparta na specyfikacji podstawowej Wskazuje na konkurencję w zakresie sprzętu i rozwiązań 9-18 miesięcy jako typowy odcinek czasu między deklaracją a realizacją rozwiązania
Podsumowanie N-ISDN jako pierwsza mowoczesna siec z integracją usług Ewolucja sieci szerokopasmowej Wzrastająca rola komutacji pakietów i protokołu IP Stymulujaca rola rozwoju usług oraz konkurencji na rynku telekomunikacyjnym
Literatura Rekomendacje ITU Dokumenty IETF (RFC i drafty) 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 Artykuły z IEEE Communications Magazine Dokumenty standaryzacyjne ATM Forum
Dziękuje za uwagę!