Erilaisia verkkoja LAN MAN ja WAN 10312020 1

  • Slides: 138
Download presentation
Erilaisia verkkoja LAN, MAN ja WAN 10/31/2020 1

Erilaisia verkkoja LAN, MAN ja WAN 10/31/2020 1

SOVELLUKSIA SOVELLUSPROTOKOLLIA: HTTP, SMTP, SNMP, FTP, TELNET, . . TCP (UDP) IP Erilaisia verkkoja:

SOVELLUKSIA SOVELLUSPROTOKOLLIA: HTTP, SMTP, SNMP, FTP, TELNET, . . TCP (UDP) IP Erilaisia verkkoja: kuulosteluverkko (‘Ethernet’), vuororengas, vuoroväylä, atm, fddi, dqdb, X. 25, puhelinverkko, satelliittiverkko, gsm, valmistajien omat verkot, . . . Erilaisia linkkikerroksia HDLC, PPP MAC-protokollia Erilaisia tapoja lähettää generoida ja siirtää bittejä 10/31/2020 2

Paljon erilaisia verkkoja! q LAN • • Ethernet Vuororengas (802. 4, Token Ring) langaton

Paljon erilaisia verkkoja! q LAN • • Ethernet Vuororengas (802. 4, Token Ring) langaton lähiverkko WLAN (wireless LAN, 802. 11) Atm (? ) q MAN • FDDI, DQDB q WAN • puhelinverkko, X. 25, kehysvälitys (frame relay) • atm 10/31/2020 3

Lähiverkkostandardi IEEE 802: b LAN- ja MAN-verkoille • 802. 1 Johdanto, rajapintaprimitiivit • 802.

Lähiverkkostandardi IEEE 802: b LAN- ja MAN-verkoille • 802. 1 Johdanto, rajapintaprimitiivit • 802. 2 LLC (Logical Link Control) • 802. 3 CSMA/CD (kuulosteluväylä) • 802. 4 Token bus (vuoroväylä) • 802. 5 Token ring (vuororengas) • 802. 6 DQDB (Distributed Queue Dual Bus) • 802. 11 langaton LAN 10/31/2020 4

Ethernet-lähiverkko q Yleisin lähiverkkoteknologia • CSMA/CD (kuulosteluväylä) – kuunnellaan, ja jos vapaa, lähetetään –

Ethernet-lähiverkko q Yleisin lähiverkkoteknologia • CSMA/CD (kuulosteluväylä) – kuunnellaan, ja jos vapaa, lähetetään – jos syntyy törmäys, odotetaan satunnainen aika – binary exponential backoff • ei kuittauksia, ei prioriteettejä • paljon erilaisia kokoonpanoja – 10 BASE 5, 10 BASE 2, 10 BASE-T, 10 BROAD 36, 10 BASEF – 100 BASE-T – 1000 BASE-LX, 1000 BASE-SX (kuitu) 10/31/2020 5

Eetteriverkon rakenne q väylä kaapeli u tähti HUB - hub toimii toistimen tavoin 10/31/2020

Eetteriverkon rakenne q väylä kaapeli u tähti HUB - hub toimii toistimen tavoin 10/31/2020 Kaksi parijohtoa 6

Erittäin nopeat Ethernet-verkot q Perusversion nopeus 10 Mbps q 100 Mbps (fast Ethernet) q

Erittäin nopeat Ethernet-verkot q Perusversion nopeus 10 Mbps q 100 Mbps (fast Ethernet) q Gigabit Ethernet q 100 Gigabit Ethernet q Terabit Ethernet 10/31/2020 7

Vuororengas (802. 5) q rengas on ketju kaksipisteyhteyksiä • ei siis yleislähetystä • tekniikka

Vuororengas (802. 5) q rengas on ketju kaksipisteyhteyksiä • ei siis yleislähetystä • tekniikka hallussa – digitaalitekniikkaa (melkein kokonaan) – kierretty pari – koaksiaalikaapeli – valokuitu • IBM: n valinta • enää melko vähäisessä käytössä 10/31/2020 8

Lähetys vuororenkaassa q renkaassa kiertää – erityinen bittikuvio vuoromerkki q vuoromerkin tulee mahtua renkaaseen

Lähetys vuororenkaassa q renkaassa kiertää – erityinen bittikuvio vuoromerkki q vuoromerkin tulee mahtua renkaaseen – kunkin aseman aiheuttama viive (1 bitti) – öisin keinotekoinen viive – siirtoviive q kuuntelumoodi – kopioi bittejä sisääntulosta ulosmenoon 10/31/2020 9

1. lähetysmoodi • vain jos on vuoromerkki • omaa dataa siirretään ulosmenoon 2. lähetetyt

1. lähetysmoodi • vain jos on vuoromerkki • omaa dataa siirretään ulosmenoon 2. lähetetyt bitit kiertävät koko renkaan ja lähettäjä poistaa ne – voi tutkia, onko kehyksissä virheitä 3. lopetettuaan lähettäjä lähettää vuoromerkin renkaaseen – rengas ei rajoita kehyksen kokoa 10/31/2020 10

q jos kevyt kuorma – vuoromerkki kiertelee renkaassa – joskus joku lähettää q jos

q jos kevyt kuorma – vuoromerkki kiertelee renkaassa – joskus joku lähettää q jos raskas kuorma – kaikilla asemilla jonoa – kaikki lähettävät maksimimäärän ja siirtävät vuoromerkin seuraavalle • renkaan suoritusteho lähes 100% 10/31/2020 11

Kuittaukset, prioriteetti q kehyksessä 1 bitti kuittausta varten – aluksi 0 – vastaanottaja muuttaa

Kuittaukset, prioriteetti q kehyksessä 1 bitti kuittausta varten – aluksi 0 – vastaanottaja muuttaa 1: ksi • entä jos useita vastaanottajia? – monimutkaisempi kuittaus – ei lainkaan kuittausta q sanomat voidaan priorisoida – monitasoisia prioriteettejä, nälkiintyminen mahdollista 10/31/2020 12

802. 5 -renkaan rakenne q kierretty pari q 1, 4 tai 16 Mbps q

802. 5 -renkaan rakenne q kierretty pari q 1, 4 tai 16 Mbps q differential Manchester -koodaus – kehyksen alussa ja lopussa koodausta, joka ei ole normaalia dataa (high-high tai low-low) – aina siirtymä keskellä – tahdistusta varten – 0 alussa siirtymä, 1 alussa ei siirtymää 10/31/2020 13

Renkaan ylläpito 1. ongelma: rengas katkeaa! • johtokeskus (wire center) – jokainen asema yhdistetty

Renkaan ylläpito 1. ongelma: rengas katkeaa! • johtokeskus (wire center) – jokainen asema yhdistetty johtokeskukseen kahdella kierretyllä parilla • releen virroitus asemalta – virta katkeaa => rele sulkeutuu – asema siirtyy ohitustilaan • asema voidaan myös ohjelmallisesti irroittaa renkaasta 10/31/2020 – esim. testausta varten 14

MAC-protokolla ja -kehys q token holding -time – 10 ms q access control -kenttä

MAC-protokolla ja -kehys q token holding -time – 10 ms q access control -kenttä (1 – vuoromerkki (3 bittiä) – monitor-bitti – prioriteettibitit – varausbitit q frame tavu) status -kenttä ( 1 tavu) • automaattinen kuittaus: 10/31/2020 – A = nähnyt, C = kopioinut 15

q loppumerkissä • E-bitti – asetetaan, jos havaitaan epäkelpo merkki • enf-of-file -bitti –

q loppumerkissä • E-bitti – asetetaan, jos havaitaan epäkelpo merkki • enf-of-file -bitti – viimeinen kehys 10/31/2020 16

Vuoromerkki SD AC Start Delimiter : datasta eroavaa signallointia ED End Delimiter: sisältää errorbitin

Vuoromerkki SD AC Start Delimiter : datasta eroavaa signallointia ED End Delimiter: sisältää errorbitin ja bitin, joka ilmoittaa, milloin tiedosto loppuu Access Control P P P T M R R R Prioriteettibitit: vuoromerkin prioriteetti Token bitti: onko vuoromerkki vai kehys Monitor bitti: havaitaan kiertämään jääneet kehykset Reservation bitit: asetetaan vuoromerkille uusi prioriteetti 10/31/2020 17

Kehys: SD AC Frame Control: erottaa datakehykset kontrollikehyksistä FC DA SA data FCS ED

Kehys: SD AC Frame Control: erottaa datakehykset kontrollikehyksistä FC DA SA data FCS ED FS osoitteet Frame A C r r A C r Status Field Address recognised: nähnyt kehyksen r Frame copied: kopiointi onnistunut Huom! Kahteen kertaan, koska niitä ei lasketa tarkistussummaan 10/31/2020 18 (FCS)

Prioriteetti monitasoisia prioriteettejä q vuoromerkin prioriteetti q • määrää minkä prioriteetin kehyksiä saa lähettää

Prioriteetti monitasoisia prioriteettejä q vuoromerkin prioriteetti q • määrää minkä prioriteetin kehyksiä saa lähettää – kolme bittiä vuoromerkissä q vuoromerkin prioriteetin asetus • datakehyksen varausbittien avulla – varataan vuoromerkkiä korkean prioriteetin lähetykselle • kun lähetys loppuu uusi vuoromerkki saa korkeimman varauksen prioriteetin 10/31/2020 19

q vuoromerkin prioriteetin nostanut, myös laskee sen! q alemman prioriteetin kehykset voivat joutua odottamaan

q vuoromerkin prioriteetin nostanut, myös laskee sen! q alemman prioriteetin kehykset voivat joutua odottamaan ikuisesti 10/31/2020 20

Vuororenkaan ylläpito q keskitetty ylläpito • yksi asema toimii valvoja-asemana • kaikki asemat voivat

Vuororenkaan ylläpito q keskitetty ylläpito • yksi asema toimii valvoja-asemana • kaikki asemat voivat toimia valvonta-asemana q jos valvoja-asema vikaantuu – ACTIVE_MONITOR_PRESENT -kehystä ei tule • tilanteen havainnut asema lähettää – CLAIM_TOKEN -kehyksen • jos useita => kilpailemalla saadaan uusi valvontaasema 10/31/2020 21

Valvoja-asema valvoo renkaan toimintaa q vuoromerkin katoaminen • vuoromerkin kiertoa valvova ajastin • jos

Valvoja-asema valvoo renkaan toimintaa q vuoromerkin katoaminen • vuoromerkin kiertoa valvova ajastin • jos laukeaa, rengas tyhjennetään ja lähetetään uusi vuoromerkki q vaurioituneet kehykset • väärä kehysmuoto, tarkistussumma ei täsmää • tyhjennys ja uusi vuoromerkki 10/31/2020 22

q ‘orvot’ kehykset • lähettäjä vikaantui, eikä poistanut kehystä • kehyksessä monitoribitti – valvoja

q ‘orvot’ kehykset • lähettäjä vikaantui, eikä poistanut kehystä • kehyksessä monitoribitti – valvoja asettaa kehyksen monitoribitin aina, kun kehys ohittaa sen – jos kehyksessä on jo bitti asetettu, kehys poistetaan q renkaan pituuden säätely – 24 bitin vuoromerkin tulee mahtua renkaaseen • valvoja lisää viivettä tarvittaessa – jos renkaan pituus + asemien aiheuttamat 1 bitin viipeet eivät riitä 10/31/2020 23

Bitin pituus siirtonopeus renkaassa R Mbps q => bitti lähetetään joka 1/R millisekunti q

Bitin pituus siirtonopeus renkaassa R Mbps q => bitti lähetetään joka 1/R millisekunti q siirtoviive kaapelissa 200 000 km/s = q 200 m/ms q kukin bitti vie tällöin 200/R metriä q Jos R = 1 Mbps ja renkaan koko 1000 m, niin renkaaseen mahtuu vain 5 bittiä (a’ 200 metriä) q 10/31/2020 200 m 24

renkaan rikkoutuminen q kun asema huomaa renkaan katkenneen – sen naapurit vaikuttavat ‘kuollelta’ •

renkaan rikkoutuminen q kun asema huomaa renkaan katkenneen – sen naapurit vaikuttavat ‘kuollelta’ • lähettää BEACON-kehyksen – jossa oletetun rikkoutuneen aseman osoite • kehys etenee niin pitkälle kuin voi – voidaan päätellä katkoksen alku • poistetaan rikkoutuneet ohitusreleen avulla – rengas kuntoon 10/31/2020 25

802. 3 CSMA/CD hyvät puolet q yleisesti käytetty q yksinkertainen protokolla q asemien lisääminen

802. 3 CSMA/CD hyvät puolet q yleisesti käytetty q yksinkertainen protokolla q asemien lisääminen helppoa q passiivinen kaapeli, q ei modeemia, q kevyellä kuormalla lähetysviive nolla 10/31/2020 26

802. 3 CSMA/CD huonot puolet q analoginen q törmäyksen havaitseminen pienin kehys 64 tavua

802. 3 CSMA/CD huonot puolet q analoginen q törmäyksen havaitseminen pienin kehys 64 tavua q=> yleisrasitetta, jos sanomat lyhyitä epädetermistinen q ei prioriteetteja q raskas kuorma q • => törmäyksiä => suoritusteho laskee 10/31/2020 27

802. 5 vuororengas hyvät puolet q kaksipisteyhteyksiä • rengas voidaan rakentaa mistä tahansa täysin

802. 5 vuororengas hyvät puolet q kaksipisteyhteyksiä • rengas voidaan rakentaa mistä tahansa täysin digitaalinen q johtokeskus q – => automaattinen vikojen havaitseminen ja korjaaminen q prioriteetit • alimman prioriteetin sanomat eivät saa lähetysaikaa 10/31/2020 28

hyvin lyhyet ja hyvin pitkät kehykset mahdollisia q suorituskykyinen ja tehokas q qhuonot q

hyvin lyhyet ja hyvin pitkät kehykset mahdollisia q suorituskykyinen ja tehokas q qhuonot q puolet keskitetty valvontatoiminto • seonnut valvoja voi tehdä mitä vaan q kevyellä kuormalla turhaa odotusta 10/31/2020 29

FDDI (Fiber Distributed Data Interface) q vuororengas • • valokuitu 100 Mbps => 200

FDDI (Fiber Distributed Data Interface) q vuororengas • • valokuitu 100 Mbps => 200 km 500 asemaa, – asemien väli < 2 km, kun monimuotokuitu + LED – yksimuotokuidulla ja laserille voi olla suurempi q käyttö 10/31/2020 LANeja yhdistävänä runkolinjana 30

synkronista ja asynkronista dataa • ISDN • ääntä PCM-koodattuna • dataa q BER <

synkronista ja asynkronista dataa • ISDN • ääntä PCM-koodattuna • dataa q BER < 1 virhe /2. 5*10**10 bittiä q maksimi kehys 4599 tavua 10/31/2020 31

FDDI: rakenne q kaksi valokuiturengasta • toisessa myötäpäivään • toisessa vastapäivään q renkaan katkeaminen

FDDI: rakenne q kaksi valokuiturengasta • toisessa myötäpäivään • toisessa vastapäivään q renkaan katkeaminen • tarvittaessa renkaat voidaan yhdistää yhdeksi q asemat • A: kiinni molemmissa renkaissa • B: kiinni vain yhdessä renkaassa 10/31/2020 32

FDDI: protokolla q Vuororenkaan johdannainen • renkaassa useita lähetyksiä – vuoromerkki heti renkaaseen, kun

FDDI: protokolla q Vuororenkaan johdannainen • renkaassa useita lähetyksiä – vuoromerkki heti renkaaseen, kun oma lähetys loppunut • kehys hyvin samanlainen kuin vuororenkaassa 10/31/2020 33

q voidaan lähettää myös synkronisia kehyksiä – PCM-ääntä – ISDN-dataa • master-asema generoi kehyksen

q voidaan lähettää myös synkronisia kehyksiä – PCM-ääntä – ISDN-dataa • master-asema generoi kehyksen joka 125 ms – PCM: 8000 näytettä sekunnissa • kehyksessä 96 tavua synkronista dataa – 4 T 1 kanavaa tai 3 E 1 kanavaa q asemalle varatut aikaviipaleet käytössä, kunnes asema luopuu niistä • muut jaetaan tarpeen mukaan – korkein prioriteetti ensin 10/31/2020 34

q kaksi ajastinta • token holding timer – säätelee lähetysaikaa • token rotation timer

q kaksi ajastinta • token holding timer – säätelee lähetysaikaa • token rotation timer – vuoromerkin kiertoaika q Lisäksi tiedossa on • target token rotation time – tavoitteena oleva vuoromerkin kiertoaika q jos vuoromerkki etuajassa, kaikkia voidaan lähettää, jos myöhässä vain korkeimman prioriteetin sanomat (synkronisen liikenteen kehykset) 10/31/2020 35

q Lähetysvuoro asemalle aina vähintään 2*TTRT: n välein • riippuen synkronista dataa lähettävien asemien

q Lähetysvuoro asemalle aina vähintään 2*TTRT: n välein • riippuen synkronista dataa lähettävien asemien määrästä • ja yleisestä kuormituksesta • ei takaa isokronisuutta – lähetysvuoro aina tasaisin välein q Asynkroniset kehykset voidaan jakaa 8 prioriteetti luokkaan • kullekin luokalle oma ajastin q kytketyt eetteriverkot ja atm korvaamassa FDDI: n 10/31/2020 36

WLAN langaton lähiverkko (Wireless LAN) q IEEE 802. 11 -standardi • IEEE 802. 11:

WLAN langaton lähiverkko (Wireless LAN) q IEEE 802. 11 -standardi • IEEE 802. 11: 1 ja 2 Mbps • IEEE 802. 11 a: 6, 12, 24, 54 Mbps • IEEE 802. 11 b: 5. 5, 11 Mbps q ETSI: Hiper. LAN • • q Hiper. LAN 1: 20 Mbbps Hiper. LAN 2: 25 -54 Mbps Hiper. Access: 25 Mbps Hiper. Link: 155 Mbps Home. RF 10/31/2020 37

IEEE 802. 11 -standardi q Ratifioitu 1997 – 7 vuoden kehitystyön jälkeen q nopeus

IEEE 802. 11 -standardi q Ratifioitu 1997 – 7 vuoden kehitystyön jälkeen q nopeus 1 tai 2 Mbps q 2. 4 GHz: n lisenssivapaa alue • MAC-kerros ~ Ethernetin kaltainen – CSMA/CA (Collision Avoidance) – piilolähettäjäongelma (hidden terminal ) • fyysinen kerros – kaksi eri ratkaisua radioaalloille – hajaspektritekniikkoja (Spread spektrum), jotka hajauttavat lähetyksen laajalle taajuusalueelle – infapuna-aallot 10/31/2020 38

ISM q (Industrial, Scientific, and Medical) Radiotaajuudet ovat säänneltyjä ja luvanvaraisia – ‘rajallinen luonnonvara:

ISM q (Industrial, Scientific, and Medical) Radiotaajuudet ovat säänneltyjä ja luvanvaraisia – ‘rajallinen luonnonvara: UMTS-lisenssit’ q ISM: Vapaassa käytössä olevia radiotaajuuksia mm. : – 902 -928 MHz, – 2. 4 -2. 483 GHz, – 5. 15 -5. 35 GHz, – 5. 725 -5. 875 GHz. • Eri maissa alueiden rajat ja säännökset ovat erilaisia • yleensä paljon häiritseviä muita laitteita – esim. 2. 4 GHz: n taajuudelle toimivat monet mikroaaltouunit – hyvin korkeiden taajuuksien käyttö teknisesti vaativaa 10/31/2020 39

Hidden terminal -ongelma Lähettäjä ei kuule C: n lähetystä. Jos A lähettää B: lle,

Hidden terminal -ongelma Lähettäjä ei kuule C: n lähetystä. Jos A lähettää B: lle, niin tapahtuu törmäys! Vastaanottaja B A Lähettäjä C Este 10/31/2020 Piiloasema A: lle (hidden terminal) 40

q exposed station problem: • B: n lähetys A: lle estää turhaan C: tä

q exposed station problem: • B: n lähetys A: lle estää turhaan C: tä lähettämästä D: lle A B 10/31/2020 C D 41

Ratkaisu piilolähettäjän ongelmaan q RTS (Request to send) • lähettäjä kysyy vastaanottajalta lähetyslupaa q

Ratkaisu piilolähettäjän ongelmaan q RTS (Request to send) • lähettäjä kysyy vastaanottajalta lähetyslupaa q CTS (Clear to send) • vastaanottaja antaa luvan lähettää RTS A B C D CTS 10/31/2020 42

Datan lähetys B --> C q B lähettää C: lle RTS-kehyksen (Request To Send)

Datan lähetys B --> C q B lähettää C: lle RTS-kehyksen (Request To Send) • kehyksessä datalähetyksen pituus • => B: n kuuluvuusalueella olevat (esim. A) tietävät olla lähettämättä q C lähettää B: lle CTS-kehyksen (Clear To Send) • • datalähetyksen pituus => C: n kuuluvuusalueella olevat (esim. D) tietävät olla lähettämättä 10/31/2020 43

RTS A 10/31/2020 CTS B C D 44

RTS A 10/31/2020 CTS B C D 44

IEEE 802. 11 MAC-kerros q kaksi eri tapaa koordinoida lähetykset q. RTS, CTS, NAV

IEEE 802. 11 MAC-kerros q kaksi eri tapaa koordinoida lähetykset q. RTS, CTS, NAV qpelkät ajoitukset ja odottelut (~ Ethernet) q törmäyksiä voi sattua q ACK-kuittaus on tarpeen qainoa tapa saada selville menikö lähetys kunnolla perille 10/31/2020 45

Aikavälejä lähetyksen koordinointiin q IFS (Interframe space) • erilaisia aikavälejä – mitä lyhyempi aika

Aikavälejä lähetyksen koordinointiin q IFS (Interframe space) • erilaisia aikavälejä – mitä lyhyempi aika sitä suurempi prioriteetti – DIFS (Distributed IFS) – määrää kuinka pitkään aseman on kuunneltava ennenkuin se voi valmistautua lähettämään tavallista dataa – SIFS (short IFS) – määrää kuinka pitkään on kuunneltava ennen kuittauksen lähettämistä – ( PIFS – odotusaika ei -kilpailevile lähetyksile) 10/31/2020 46

RTS, CTS ja NAV SIFS Lähettäjä RTS CTS data Vast. ottaja RTS CTS data

RTS, CTS ja NAV SIFS Lähettäjä RTS CTS data Vast. ottaja RTS CTS data Asema j RTS ACK SIFS Asema i ACK NAV (Net Allocation Vector) CTS NAV = muiden odotusaika RTS: n ja CTS: n jälkeen (osataan laskea) 10/31/2020 DIFS 47

SIFS < DIFS CSMA/CA: lähettäminen Voi lähettää vapaasti, jos kanava vapaa DIFSajan kilpailuikkuna DIFS

SIFS < DIFS CSMA/CA: lähettäminen Voi lähettää vapaasti, jos kanava vapaa DIFSajan kilpailuikkuna DIFS SIFS Next frame Busy medium aikaviipaleita Odotetaan kanavan vapautumista 10/31/2020 Valitaan satunnainen aikaviipale ja odotetaan sen ajan. Jos mikään muu asema ei ole aloittanut lähetämistä, päästään itse lähettämään. 48

Satunnaisperääntyminen (Random backoff) q Kilpailuikkuna : 31 -1023 aikaviipaletta • oletusarvo 31 • kasvaa,

Satunnaisperääntyminen (Random backoff) q Kilpailuikkuna : 31 -1023 aikaviipaletta • oletusarvo 31 • kasvaa, jos lähetykset törmäävat, pienenee kun lähetys onnistuu – törmäys aina kaksinkertaistaa ikkunan q ikkunasta valitaan satunnainen odotusaika • aikaa vähennetään , jos kukaan muu ei ala lähettää q samankaltainen 10/31/2020 kuin Ethernetissä 49

Lähetysten kuittaukset DIFS Lähettäjä data Vastaanottaja kilpailuikkuna ACK SIFS DIFS Muu asema Odottelee perääntyy

Lähetysten kuittaukset DIFS Lähettäjä data Vastaanottaja kilpailuikkuna ACK SIFS DIFS Muu asema Odottelee perääntyy Jos lähettäjä ei saa kuittausta, niin sanoma lähetetään uudestaan 10/31/2020 50

Fyysinen kerros: hajaspektri q FHSS taajuushyppely (frequency hopping) • koko käytössä oleva taajuuskaista on

Fyysinen kerros: hajaspektri q FHSS taajuushyppely (frequency hopping) • koko käytössä oleva taajuuskaista on jaettu useaan alikaistaan – – maksimissaan 79 alikaistaa a’ 1 MHz lähetyksessä käytettävä ainakin 6 eri alikaistaa • lähettäjä vaihtaa alikaistaa koko ajan tietyn kuvion mukaan => vähentää häiriöiden vaikutusta q DSSS suorasegvenssi (direct sequence ) • lähettää datan yhdessä satunnaisen bittisekvenssin (pseudo -noise) kanssa eli useana siruna (vrt. CDMA) • tuloksena hyvin laajakaistainen, kohinan kaltainen signaali – kestää hyvin häiriöitä – ei häiritse voimakkaampaa kapeakaista lähetystä – vaikeaa havaita, salakuunnella tai väärentää 10/31/2020 51

IEEE 802. 11 a Nopeudet 6 ->54 Mbps q Käyttää 5 GHz: n kaistaa

IEEE 802. 11 a Nopeudet 6 ->54 Mbps q Käyttää 5 GHz: n kaistaa q • herkkä monenlaisille häiriöille • USA: ssa 300 MHZ vapaa-alue (UNII) • Euroopassa varattu Hiper. LAN 2: lle q fyysinen kerros OFDM (Orthoganal Frequency Division Multiplexing) • useita alikanavien eri taajuuksia, jotka keskenään ortogonaalisia q laitteita vuoden 2001 lopussa 10/31/2020 52

IEEE 802. 11 b q Yhteensopivuus perusversion kanssa • 2. 4 GHZ: n alue

IEEE 802. 11 b q Yhteensopivuus perusversion kanssa • 2. 4 GHZ: n alue • samankaltainen fyysinen kerros q nopeudet 5. 5 tai 11 Mbps (~10 Mbps perus. Ethernet) • nopeutus perustuu suurelta osin kehittyneempään modolointitekniikkaan – yhtä signaalimuutosta kohden enemmän bittejä • sopeutuu automaattisesti lähetyskanava ominaisuuksiin – nopeus voi olla vain 1 tai 2 Mbps! 10/31/2020 53

ETSI: n Hiperlan-standardit q Hiper. LAN-tavoitteita • • q suuret nopeudet (> IEEE: llä)

ETSI: n Hiperlan-standardit q Hiper. LAN-tavoitteita • • q suuret nopeudet (> IEEE: llä) turvallisuuspiirteet priorisointi yhteensopivuus 3 G-mobiililaitteiden kanssa Standardeja • • Hiper. LAN 1: 20 Mbbps Hiper. LAN 2: 25 -54 Mbps Hiper. Access: 25 Mbps Hiper. Link: 155 Mbps 10/31/2020 54

Hiper. LAN 2 q Nopea: fyysisellä tasolla 54 Mbps, verkkokerroksella q Fyysinenb kerros lähes

Hiper. LAN 2 q Nopea: fyysisellä tasolla 54 Mbps, verkkokerroksella q Fyysinenb kerros lähes samanlainen kuin 802. 11 a: ssa 25 Mbps) • OFDM (Orthogonal Frequency Digital Multiplexing) • 5 GHz q MAC-kerroksella dynaaminen aikajako (TDD, Time-Division Duplex) • MAC-kehys 2 ms – Resource Request -pyyntö ennen lähetystä – tässä kilpailua muiden lähettäjien kanssa – lähetysvuorot jaetaan ja lähetys tapahtuu ilman kilpailua q Yhteydellinen ja keskitetty valvoja => Qo. S • Sovituskerros: sovittaa erilaisten linkkikerrosten palvelut – solu- tai pakettiliikenteelle (atm tai Ethernet), UMTS, PPP, . . 10/31/2020 55

Hiper. Access ja Hiperlink q Hiperaccess • langaton laajakaistayhteys koteihin – vrt. x. DSL-yhteys

Hiper. Access ja Hiperlink q Hiperaccess • langaton laajakaistayhteys koteihin – vrt. x. DSL-yhteys ja kaapelimodeemi • 25 Mbps • max. 5 km: n etäisyydellä q Hiperlink • kiinteä kaksipisteyhteys • 17 GHz: n taajuusalueessa • 155 Mbps nopeus – atm-yhteensopivuus 10/31/2020 56

Home. RF q Korvaamaan kotiympäristössä 802. 11 b: n • 802. 11 b tarkoitettu

Home. RF q Korvaamaan kotiympäristössä 802. 11 b: n • 802. 11 b tarkoitettu yritysten käyttöön – kallis ratkaisu – jos laitteita tiiviisti kuten kotona 802. 11 b edellyttää keskitettyä valvontaa – ei sovi hyvin äänensiirtoon siirtoetäisyys n. 50 metriä q ääni + data q 10/31/2020 57

Laajaverkot (WAN) q Puhelinverkko • runkolinjat – digitaalisia, kuitua • local loop – analoginen,

Laajaverkot (WAN) q Puhelinverkko • runkolinjat – digitaalisia, kuitua • local loop – analoginen, kierretty pari • kanavointi X. 25, Frame Relay q Atm-verkko q 10/31/2020 58

Peruskerros b Bittien generointi ja lähettäminen linjalle • miten bitit esitetään ja koodataaan –

Peruskerros b Bittien generointi ja lähettäminen linjalle • miten bitit esitetään ja koodataaan – esim. voltteina ja ampeereina, taajuuksina ja vaiheina – Manchesterin koodaus • ajoitukset – kauanko yhden bitin lähetys kestää? • miten yhteys muodostetaan • millaiset liittimet 10/31/2020 59

Lainalaisuudet valonnopeus q informaatioteorian teoreemat q • maksimaalinen nopeus, jolla kanavalla voidaan siirtää dataa

Lainalaisuudet valonnopeus q informaatioteorian teoreemat q • maksimaalinen nopeus, jolla kanavalla voidaan siirtää dataa riippuu kanavan kaistan leveydestä – Nyquist: kohinattomalle kanavalle – Shannon: kohinaiselle kanavalle • teoreettiset raja-arvot – “ täysin kohinaton kanava, jossa pystytään erottamaan ääretön määrä tasoja” 10/31/2020 60

Tiedon koodaus signaaliin q bittien koodaukseen käytetään signaalin • taajuutta • amplitudia • vaihetta

Tiedon koodaus signaaliin q bittien koodaukseen käytetään signaalin • taajuutta • amplitudia • vaihetta q signalointinopeus • signaalia / s • yksikkönä baudi 10/31/2020 61

Sinifunktio q perusesimerkki jaksollisesta funktiosta s(t) = A sin (2 p f t +

Sinifunktio q perusesimerkki jaksollisesta funktiosta s(t) = A sin (2 p f t + q) A maksimiamplitudi f taajuus q vaihe 10/31/2020 62

Fourier-sarja (Tanenbaum ss. 78 -82) jaksollinen funktio voidaan esittää Fourier -sarjana q g(t) =

Fourier-sarja (Tanenbaum ss. 78 -82) jaksollinen funktio voidaan esittää Fourier -sarjana q g(t) = c/2 + S ( An sin (2 pii n f t ) + Bn cos (2 pii n f t ) ) summassa n saa arvot 1: stä äärettömään f = 1/T An , Bn = Fourier-kertoimet (harmonics) q 10/31/2020 63

Fysikaalinen tulkinta q mielivaltainen jaksollinen signaali • generoidaan tarpeellinen määrä eritaajuisia siniaaltoja – siniaaltoja

Fysikaalinen tulkinta q mielivaltainen jaksollinen signaali • generoidaan tarpeellinen määrä eritaajuisia siniaaltoja – siniaaltoja on helppo generoida – määrä voi olla myös ääretön • käytännössä mukaan vain äärellinen määrä – signaali vääristyy q spektri • signaalin siniaaltojen taajuuksien kokoelma 10/31/2020 64

Esimerkki: ‘b’-kirjain qb = 01100010 q tästä saadaan jaksollinen funktio, kun ajatellaan b: n

Esimerkki: ‘b’-kirjain qb = 01100010 q tästä saadaan jaksollinen funktio, kun ajatellaan b: n lähetyksen toistuvan q 01100010 jakso T T = 8; f =1/T = 1/8 10/31/2020 65

q g(t) 10/31/2020 = 0, 0 <= t < 1 1, 1 <= t

q g(t) 10/31/2020 = 0, 0 <= t < 1 1, 1 <= t < 2 1, 2 <= t < 3 0, 3 <= t < 4 …. . 1, 6 <= t < 7 0, 7 <= t < 8 66

1. Kun integroidaan lausekkeet An, Bn ja Cn käyttäen ‘b’: n jaksollista funktioita, saadaan

1. Kun integroidaan lausekkeet An, Bn ja Cn käyttäen ‘b’: n jaksollista funktioita, saadaan ‘b’-funktion Fourier-kertoimet. 2. ‘b’-signaalin tarkkaan esittämiseen tarvitaan ääretön määrä Fourier-sarjan kertoimia • signaali voidaan approksimoida äärellisellä määrällä termejä – äärellisellä määrällä sinifunktioita • mitä enemmän kertoimia sitä tarkempi approksimaatio 10/31/2020 67

Kaistanleveys (bandwidth) q signaalin kaistanleveys • f 2 - f 1, missä f 1

Kaistanleveys (bandwidth) q signaalin kaistanleveys • f 2 - f 1, missä f 1 on pienin ja f 2 suurin signaalin siniaaltokomponentin taajuus q kanavan kaistanleveys • väli [ f 1, f 2 ], jolla alueella olevia taajuuksia kanava pystyy välittämään 10/31/2020 68

Kaistanleveys ja tiedonsiirto mitä suurempi kaistanleveys, sitä suuremmat taajuudet mahdollisia, sitä useampi Fourier-termi kaistaan

Kaistanleveys ja tiedonsiirto mitä suurempi kaistanleveys, sitä suuremmat taajuudet mahdollisia, sitä useampi Fourier-termi kaistaan mahtuu ==> signaalin muoto säilyy paremmin q signaalilla voi olla useita tasoja q • kaksi tasoa: 0 ja 1 • useampia tasoja : esim. 0, 1, 2 ja 3 10/31/2020 69

Kanavan siirtokyky 1. siirtonopeus ja siirrettävän tietoyksikön koko (‘signaalin pituus bitteinä’) ==> tietoyksikön siirtoaika

Kanavan siirtokyky 1. siirtonopeus ja siirrettävän tietoyksikön koko (‘signaalin pituus bitteinä’) ==> tietoyksikön siirtoaika eli sen jaksonpituus T 2. 1. Kertoimen taajuus = 1/T 3. rajallisessa kanavassa voi lähettää vain rajallisen määrän harmonic-termejä 4. termien määrä ==> signaalin laatu 10/31/2020 70

Esimerkki q kanavan nopeus 9600 bps q tietoyksikön koko 8 bittiä (‘b’) q tietoyksikön

Esimerkki q kanavan nopeus 9600 bps q tietoyksikön koko 8 bittiä (‘b’) q tietoyksikön siirtoaika q T = 8/9600 = 0. 833 ms q 1. termi = 1/T = 9600/8 = 1200 Hz 10/31/2020 71

Esimerkki jatkuu q Jos kanavan kapasiteetti on 3000 Hz (~puhelinlinjalla ) q => kanavaan

Esimerkki jatkuu q Jos kanavan kapasiteetti on 3000 Hz (~puhelinlinjalla ) q => kanavaan mahtuu 3000/1200 eli 2 termiä => lähetyksen laatu on huono 10/31/2020 72

Esimerkki jatkuu yhä q tiedonsiirtonopeus 38400 bps ja kanavan kaista 3000 Hz => 1.

Esimerkki jatkuu yhä q tiedonsiirtonopeus 38400 bps ja kanavan kaista 3000 Hz => 1. termi = 4800 Hz q => binääritietoa ei voida lähettää, sillä kaistaan ei mahdu yhtään tämän taajuisen signaalin termiä! 10/31/2020 73

Nyquistin kaava q maksimaalinen tiedonsiirtonopeus häiriöttömällä kanavalla C = 2 H log 2 V

Nyquistin kaava q maksimaalinen tiedonsiirtonopeus häiriöttömällä kanavalla C = 2 H log 2 V bps C = tiedonsiirtonopeus (bps) H = kaistanleveys V = tasojen lukumäärä 10/31/2020 74

Näytteiden otto q Nyquist q => Jos kanavan kaistanleveys on H, niin kaikki kanavan

Näytteiden otto q Nyquist q => Jos kanavan kaistanleveys on H, niin kaikki kanavan informaatio saadaan ottamalla kanavasta 2 H näytettä sekunnissa – tiuhempi näytteiden otto ei enää tuota lisää informaatiota 10/31/2020 75

Esimerkki q q q Modeemi yleisessä puhelinverkossa käyttää 8 tasoa. Verkon kaistanleveys on 3100

Esimerkki q q q Modeemi yleisessä puhelinverkossa käyttää 8 tasoa. Verkon kaistanleveys on 3100 Hz. Mikä on tiedonsiirtonopeus? Nyquistin kaava: C = 2 H log 2 (V) bps C = 2*3100* log 2 (8) bps = 6200 * 3 bps = 18600 bps 10/31/2020 76

Kohinaksi kutsutaan johtimessa aina taustalla esiintyvää sähkömagneettista aaltoliikettä – vahvistamaton signaali vaimenee kohinaksi q

Kohinaksi kutsutaan johtimessa aina taustalla esiintyvää sähkömagneettista aaltoliikettä – vahvistamaton signaali vaimenee kohinaksi q signaali-kohina -suhde SNR = 10 log 10 ( S/N ) d. B S = signaalin teho N =kohinan teho • ilmoitetaan desibeleinä • suuri SNR => hyvä signaalin laatu 10/31/2020 77

Shannonin kaava q maksimaalinen tiedonsiirtonopeus kohinaisessa kanavassa C = H log 2 (1+ S/N)

Shannonin kaava q maksimaalinen tiedonsiirtonopeus kohinaisessa kanavassa C = H log 2 (1+ S/N) bps H kaistan leveys S signaalin teho wateissa N kohinan teho wateissa 10/31/2020 78

Esimerkki q Yleisessä puhelinverkossa H = 3000 Hz ja SNR = 20 d. B.

Esimerkki q Yleisessä puhelinverkossa H = 3000 Hz ja SNR = 20 d. B. Mikä on (teoreettinen) maksiminopeus C? SNR = 20 = 10 log 10 (S/N) 2 = log 10 (S/N) eli S/N = 10**2 = 100 C = H log 2 (1+S/N) = 3000 log 2 (1+100) = 3000 log 10(101) / log 10(2) = 19974 bps 10/31/2020 79

Esimerkki jatkuu q Tyypillisesti SNR = 30 DB ==> q 3000 Hz: n kanavalla

Esimerkki jatkuu q Tyypillisesti SNR = 30 DB ==> q 3000 Hz: n kanavalla teoreettinen maksimi aina < 30000 käytettiin koodauksessa kuinka monta tasoa tahansa q q ‘luonnonlaki’ ~ valon nopeus 10/31/2020 80

Laajaverkot (WAN) q Puhelinverkko qkanavointi X. 25, Frame Relay q Atm-verkko q 10/31/2020 81

Laajaverkot (WAN) q Puhelinverkko qkanavointi X. 25, Frame Relay q Atm-verkko q 10/31/2020 81

Kanavointi (multiplexing) b Kanavointi (tai limitys) • runkolinja yhteiskäytössä 10/31/2020 82

Kanavointi (multiplexing) b Kanavointi (tai limitys) • runkolinja yhteiskäytössä 10/31/2020 82

T 1 Carrier b 24 äänikanavaa, kanavista näyte vuorotellen b näyte = 8 bittiä,

T 1 Carrier b 24 äänikanavaa, kanavista näyte vuorotellen b näyte = 8 bittiä, joista yksi pariteettibitti – 7*8000 = 56 000 bps dataa ja 8000 bps signallointi-infoa b kehys: – 24 * 8 = 192 bittiä – + kehystysbitti: 01010101 …. 10/31/2020 – 193 bittiä/125 ms => 1. 544 Mbps 83

b T 2 = 4*T 1 + tahdistusbitit = 6. 312 Mbps b T

b T 2 = 4*T 1 + tahdistusbitit = 6. 312 Mbps b T 3= 6*T 2 + tahdistusbitit = 44. 736 Mbps b T 4 = 7*T 3 + tahdistusbitit = 274. 175 Mbps b E 1 = 2. 048 Mbps • 32 * 8 bittiä dataa, joista 30 dataa varten ja 2 signallointiin b Ei+1 = 4*Ti => 8. 848, 34. 304, 139. 264, 565. 148 Mbps 10/31/2020 84

CCITT PCM b vähemmän signalontia, • 8 bittiä dataa, • common channel signaling –

CCITT PCM b vähemmän signalontia, • 8 bittiä dataa, • common channel signaling – kehysbitti: 101010 … parittomissa kehyksissä • channel associated signaling – kullakin kanavalla oma signalointi alikanava » yksi bitti joka kuudennesta kehyksestä 10/31/2020 85

E 1 (2. 048 Mbps) b 32 kanavaa – 32 näytettä a’ 8 bittiä

E 1 (2. 048 Mbps) b 32 kanavaa – 32 näytettä a’ 8 bittiä => 2. 048 Mbps • • 30 datakanavaa 2 signalointikanavaa eli 16 bittiä/kehys – neljä kehystä => 64 bittiä signalointidataa – 32 bittiä kanavien signalointiin – 32 bittiä kehyssynkronointiin + maakohtaisiin tarpeisiin 10/31/2020 86

SONET/SDH (ss. 125 -130) b SONET (Synchronous Optical NETwork) – Bellcore b SDH (Synchronous

SONET/SDH (ss. 125 -130) b SONET (Synchronous Optical NETwork) – Bellcore b SDH (Synchronous Digital Hierarchy) – ITU-T – eroaa vain hyvin vähän b korvaamaan eri tahoilla kehitetyt optiset TDMkäytännöt 10/31/2020 87

Tavoitteet b kaukopuhelun fyysisen kerroksen standardi • operaattoreiden yhteistoiminta – aallonpituus, ajoitus, kehysrakenne, …

Tavoitteet b kaukopuhelun fyysisen kerroksen standardi • operaattoreiden yhteistoiminta – aallonpituus, ajoitus, kehysrakenne, … • • PCM-kanavoinnin ‘yhtenäistäminen’ digitaalikanavien limitys runkolinjoihin – T 3 => • toiminnan, hallinnan ja ylläpidon tuki – OAM 10/31/2020 88

b TDM • yksi kanava, josta aikaviipaleita alikanaville b synkroninen • • master clock,

b TDM • yksi kanava, josta aikaviipaleita alikanaville b synkroninen • • master clock, tarkkuus ~1/10**9 bitit lähetään kellon tahdissa b kehys • 810 tavua , 125 ms välein (~ PCM-näytteenottoa) • lähetetään, oli dataa tai ei 10/31/2020 89

b SONET-järjestelmä koostuu • kytkimistä • kanavointilaitteista • toistimista b yhteyshierarkia • sektio: kuitu

b SONET-järjestelmä koostuu • kytkimistä • kanavointilaitteista • toistimista b yhteyshierarkia • sektio: kuitu kahden laitteen välissä • linja: kahden kanavointilaitteen väli • polku: lähteen ja kohteen väli 10/31/2020 90

SONET-kehys b 810 tavua = 9 riviä, jolla kullakin 90 saraketta • kehyksen 3

SONET-kehys b 810 tavua = 9 riviä, jolla kullakin 90 saraketta • kehyksen 3 ensimmäistä saraketta hallintaa varten – kolmella ensimmäisellä rivillä ‘section overhead’ – kuudella viimeisellä ‘line overhead’ • 87 saraketta käyttäjän dataa = > SPE (Synchronous Payload Envelope) 10/31/2020 – 87*9*8*8000 = 50. 112 Mbps 91

SPE b kuljetushallinnon yksikkö b alkaa mistä tahansa kohtaa kehystä • osoitin alkuun –

SPE b kuljetushallinnon yksikkö b alkaa mistä tahansa kohtaa kehystä • osoitin alkuun – ‘line overhead’ 1. rivillä • voi jatkua toiselle kehykselle • ei tarvitse odottaa kehyksen alkua • esim. atm-solukuorma sopii paremmin b SPE: n 10/31/2020 1. sarake ‘path overhead’ 92

Datavirtojen limitys b siirtonopeus • 8*810 = 6480 bittiä => 51. 84 Mbps =>

Datavirtojen limitys b siirtonopeus • 8*810 = 6480 bittiä => 51. 84 Mbps => STS-1 (Synchronous Transport Signal-1) b limitys • • • kolme STS-1 => STS-3 neljä STS-3 => STS-12 … => STS-48 = 2488. 32 Mbps b limitys 10/31/2020 tavuittain 93

X. 25 b (ss. 59 -60) ensimmäinen julkinen pakettikytkentäinen teknologia, maks 64 kbps •

X. 25 b (ss. 59 -60) ensimmäinen julkinen pakettikytkentäinen teknologia, maks 64 kbps • kehitettiin 70 -luvun lopussa, käytössä 90 luvulla, nyt väistymässä • vanhanaikaiseen puhelinverkkoon – vanhoja kuparikaapeleita => paljon virheitä => HDLC-tyyppinen siirtoyhteysprotokolla – virhetarkistus ja kuittaus sekä vuonvalvonta joka linkillä • tyhmiä päätteitä => älykkyys verkkoon 10/31/2020 => virtuaalipiiriverkko 94

Kehysvälitys (Frame Relay ) (ss. 60 -61) b “second-generation • • • X. 25”

Kehysvälitys (Frame Relay ) (ss. 60 -61) b “second-generation • • • X. 25” kehitettiin 80 -lopussa, käytössä 90 -luvulla virtuaalipiiriverkko (usein pysyvä) ei virhevalvontaa, ei vuonvalvontaa – lasikuitulinkit lähes virheettömiä • käytetään LANien yhdistämiseen – IP-liikennettä eri konttoreiden välillä – luotettavampi kuin Internet • 64 kbps … 1. 544 Mbps 10/31/2020 95

Frame relay b ‘virtual leased line’ – vastaa vuokralinjaa kahden pisteen välillä b nopeus

Frame relay b ‘virtual leased line’ – vastaa vuokralinjaa kahden pisteen välillä b nopeus 1. 5 Mbps • ‘purskeet’ täydellä nopeudella • keskimääräinen lähetysmäärä ei saa ylittää sovittua tasoa b myös monipisteyhteys mahdollinen • kehyksessä osoite, joka kertoo mihin yhteyteen lähetetään 10/31/2020 96

Pääte tai IP-reititin Kehysvälitys verkko Pääte tai IP-reititin 10/31/2020 Pääte tai IP-reititin 97

Pääte tai IP-reititin Kehysvälitys verkko Pääte tai IP-reititin 10/31/2020 Pääte tai IP-reititin 97

b voi lähettää kehyksiä (paketteja) – max 1600 tavua b minimaalinen’ • • yhteydellinen

b voi lähettää kehyksiä (paketteja) – max 1600 tavua b minimaalinen’ • • yhteydellinen palvelu tunnistaa kehyksen alun ja lopun havaitsee siirtovirheet virheellinen kehys tuhotaan ei kuittauksia eikä vuonvalvontaa – kehyksessä yksi bitti, jolla voi ilmoittaa ongelmista 10/31/2020 98

Sovittu datan lähetysnopeus b Tästä käyttäjä maksaa b paketeilla kaksi eri prioriteettiä • kehyksessä

Sovittu datan lähetysnopeus b Tästä käyttäjä maksaa b paketeilla kaksi eri prioriteettiä • kehyksessä 1 bitti tätä varten b taattu toimitus vain korkean prioriteetin paketeille • kun kytkimen puskuri liian täynnä, hävitetään alemman prioriteetin paketteja 10/31/2020 99

b Palvelun tarjoaja tarkkailee lähettämistä • tarkistaa tietyin välein, onko lähetetty liikaa – esim.

b Palvelun tarjoaja tarkkailee lähettämistä • tarkistaa tietyin välein, onko lähetetty liikaa – esim. 500 ms välein katsotaan, onko lähettäjä pysynyt sovitussa lähetysmäärässä (esim. 32 Kbps) ja lähettänyt vain 10 kpl 1600 bitin kehystä. – jos lähettää kehyksiä tiuhempaan kuin sovittu, ylimenevä osa kehyksistä merkitään alemman prioriteetin paketeiksi – toimitetaan perille vain, jos linjakapasiteettia 10/31/2020 riittää 100

b Mitä pitempi tarkkailun aikaväli, sitä purskeisempi voi lähetys olla, mitä lyhyempi sitä tasaisempi

b Mitä pitempi tarkkailun aikaväli, sitä purskeisempi voi lähetys olla, mitä lyhyempi sitä tasaisempi b palvelun tarjoaja yleensä ‘ylibuukkaa’ käytettävissä olevan kapasiteetin • datansiirto purskeista, vähän samanaikaisia aktiivisia lähettäjiä 10/31/2020 101

B-ISDN (Broadband Integrated Services Digital Network) (ss. 61 -65, 144 -147) b yksi verkko

B-ISDN (Broadband Integrated Services Digital Network) (ss. 61 -65, 144 -147) b yksi verkko korvaamaan puhelinverkon ja kaikki erilliset verkot – X. 25, DQDB, frame relay, …, kaapeli-TV b sopii kaikille sovelluksille b ISDN • liian hidas, piirikytkentäinen b ATM (Asynchronous Transfer Mode) • siirtoteknologia, siirtopalvelu 10/31/2020 102

ATM (Asynchronous Transfer Mode) b Soluvälitys (cell relay) • pienet kiinteämittaiset solut – solukytkentäinen

ATM (Asynchronous Transfer Mode) b Soluvälitys (cell relay) • pienet kiinteämittaiset solut – solukytkentäinen teknologia – 53 tavua: 5 tavua otsaketta, 48 käyttäjän dataa • virtuaalipiiri – virtuaalikanava • joustava – vakionopeutinen liikenne (audio, video) – purskeinen liikenne • 25 -622 Mbps 10/31/2020 – solun käsittely nopeaa 103

B-ISDN (Broadband Integrated Services Digital Network) b 1980 -luvulla: yksi verkko korvaamaan puhelinverkon ja

B-ISDN (Broadband Integrated Services Digital Network) b 1980 -luvulla: yksi verkko korvaamaan puhelinverkon ja kaikki erilliset verkot – X. 25, DQDB, frame relay, …, kaapeli-TV b sopii kaikille sovelluksille b vähittäinen muutos=> ISDN – liian hidas, piirikytkentäinen b ATM (Asynchronous Transfer – siirtoteknologia, siirtopalvelu 10/31/2020 Mode) 104

ATM-verkko b yhteydellinen verkko • yhteyspyyntö muodostaa kanavan – muut paketit kulkevat samaa reittiä

ATM-verkko b yhteydellinen verkko • yhteyspyyntö muodostaa kanavan – muut paketit kulkevat samaa reittiä • solujen järjestys taataan • mutta soluja voi kadota b yleensä WAN-verkkojen – telelaitokset b myös 10/31/2020 rakenne LAN-verkkoja 105

Verkon nopeudet b 155 Mbps • teräväpiirtotelevio • yhteensopivuus AT&T: n SONET siirtojärjestelmän kanssa

Verkon nopeudet b 155 Mbps • teräväpiirtotelevio • yhteensopivuus AT&T: n SONET siirtojärjestelmän kanssa b 622 Mbps • neljä 155 kanavaa b Gigabittejä tulevaisuudessa b Tarvitaan huippunopeat kytkimet! • Kytkentäaikaa korkeintaan muutama sata ns! 10/31/2020 106

atm-standardit b ATM FORUM b ITU b standardi määrittelee koko protokollapinon • sovelluskerrokselta fyysiselle

atm-standardit b ATM FORUM b ITU b standardi määrittelee koko protokollapinon • sovelluskerrokselta fyysiselle tasolle 10/31/2020 107

Atm-käyttö b Runkolinjoissa • n. 80% on atm-linjoja – atm-kytkin on nopea – terabittejä

Atm-käyttö b Runkolinjoissa • n. 80% on atm-linjoja – atm-kytkin on nopea – terabittejä sekunnissa – IP-over-atm – IP pitää atm-verkkoa linkkitason yhteytenä • LANeissa käyttö vähäistä 10/31/2020 108

10/31/2020 109

10/31/2020 109

ATM-viitemalli b protokollapino • • • ATM-sovituskerros (~kuljetuskerros) ATM-kerros atm: n fyysinen kerros –

ATM-viitemalli b protokollapino • • • ATM-sovituskerros (~kuljetuskerros) ATM-kerros atm: n fyysinen kerros – riippumaton siirtomediasta: – usein SONET/SDH, T 1/T 3 b valvontataso ja käyttäjätaso (Control plane /user plane b verkonhallinta 10/31/2020 110

ATM-protollat b ATM-kerros • • solujen kuljetus solun rakenne virtuaalipiirien muodostus ja purku vuonvalvonta

ATM-protollat b ATM-kerros • • solujen kuljetus solun rakenne virtuaalipiirien muodostus ja purku vuonvalvonta b AAL • 10/31/2020 • (sovituskerros) muodostaa paketeista soluja soluista paketteja 111

b valvonta taso (control plane) • yhteyksien valvonta b käyttäjätaso • • • (user

b valvonta taso (control plane) • yhteyksien valvonta b käyttäjätaso • • • (user plane) datasiirto vuonvalvonta virheiden korjaus b verkonhallinta • resurssien hallinta 10/31/2020 • kerrosten toiminnan koordinointi 112

b telelaitosten suurisuuntainen projekti – koko puhelinverkon korvaaminen! – muiden televerkkojen korvaaminen – TV-verkkojen

b telelaitosten suurisuuntainen projekti – koko puhelinverkon korvaaminen! – muiden televerkkojen korvaaminen – TV-verkkojen ‘kaappaaminen’ b käytössä lähinnä runkoverkkoina • TCP/IP kulkee atm-verkossa => – “ linkkikerroksen yhteys” 10/31/2020 113

Erilaisia IP-reitittimiä yhdistäviä linkkejä X. 25 -verkko atm-verkko puhelinverkko 10/31/2020 114

Erilaisia IP-reitittimiä yhdistäviä linkkejä X. 25 -verkko atm-verkko puhelinverkko 10/31/2020 114

5. 6 Verkkokerros atm-verkoissa b toiminnallisesti atm-kerros vastaa verkkokerrosta • solujen siirto lähettäjältä vastaanottajalle

5. 6 Verkkokerros atm-verkoissa b toiminnallisesti atm-kerros vastaa verkkokerrosta • solujen siirto lähettäjältä vastaanottajalle – reititys – globaali osoittaminen • samankaltainen kuin X. 25: n 3 kerros b => siis käsitellään tässä b monet kuitenkin pitävät siirtoyhteys 10/31/2020 kerroksena, jopa peruskerroksena! 115

atm-kerros on yhteydellinen b virtuaalikanava (virtual channel) • yksisuuntainen b atm-kerroksella • • ei

atm-kerros on yhteydellinen b virtuaalikanava (virtual channel) • yksisuuntainen b atm-kerroksella • • ei käytetä kuittauksia tarkoitettu luotettaville valokaapeliverkoille tosiaikainen liikenne b solujen järjestys virtuaalikanavassa säilyy • eri virtuaalikanavilla järjestystä ei taata 10/31/2020 116

2 -tasoinen yhteyshierarkia b siirtopolulla (transmission path) virtuaalipiirit voidaan ryhmitellä virtuaalipoluiksi(virtual path) – ~

2 -tasoinen yhteyshierarkia b siirtopolulla (transmission path) virtuaalipiirit voidaan ryhmitellä virtuaalipoluiksi(virtual path) – ~ johtokimppu – reititetään yhdessä 10/31/2020 117

b rajapinnat • UNI (User-Network Interface) • NNI (Network-Network Interface) – kahden atm-kytkimen (reitittimen)

b rajapinnat • UNI (User-Network Interface) • NNI (Network-Network Interface) – kahden atm-kytkimen (reitittimen) välillä b solun rakenne • 5 tavun otsake • 48 tavua dataa 10/31/2020 118

soluotsake 4 bittiä 8 bittiä GFC VP I GFC VPI VCI PTI CLP HEC

soluotsake 4 bittiä 8 bittiä GFC VP I GFC VPI VCI PTI CLP HEC 16 bittiä VC I 3 bittiä 1 bitti 8 bittiä C PTI L HEC P General Flow Control Virtual Path Identifier Virtual Channel Identification Payload Type Cell Loss Priority Header Error Check GFC on vain UNI-liitännässä, NNI-liitännässä VPI on 12 bittiä. (GFC on bugi !) 10/31/2020 119

Kuorman tyyppi 000 001 010 011 100 101 110 111 käyttäjän dataa, ei ruuhkaa,

Kuorman tyyppi 000 001 010 011 100 101 110 111 käyttäjän dataa, ei ruuhkaa, solutyyppi 0 käyttäjän dataa, ei ruuhkaa, solutyyppi 1 käyttäjän dataa, ruuhkaa, solutyyppi 0 käyttäjän dataa, ruuhkaa, solutyyppi 1 hallintatietoa vierekkäisten reitittimien välillä hallintatietoa lähde- ja kohdereitittimen välillä resurssinhallintasolu (ABR ruuhkan valvonta) varattu tulevaan käyttöön 10/31/2020 120

b CLP • tärkeä tai vähemmän tärkeä solu • ruuhkan sattuessa hävitetään ensin vähemmän

b CLP • tärkeä tai vähemmän tärkeä solu • ruuhkan sattuessa hävitetään ensin vähemmän tärkeät b HEC • laskee tarkistussumman otsakkeelle 10/31/2020 – korjaa yhden bitin virheet – havaitsee noin 90 % virheryöpyistä – valokuidussa suurin osa virheistä yhden bitin virheitä 121

yhteyden muodostus b pysyvät virtuaalipiirit – ~ vuokralinja (permanent) b kytkentäiset virtuaalipiirit – ~puhelun

yhteyden muodostus b pysyvät virtuaalipiirit – ~ vuokralinja (permanent) b kytkentäiset virtuaalipiirit – ~puhelun muodostaminen b teknisesti yhteyden muodostuksen hoitaa valvontataso – ITU-protokolla Q. 2931 b loogisesti toimintaa 10/31/2020 osa verkkokerroksen 122

b b hankitaan virtuaalipiiri signallointia varten – pyyntösolut virtuaalipolun 0 virtuaalipiiriin 5 – jos

b b hankitaan virtuaalipiiri signallointia varten – pyyntösolut virtuaalipolun 0 virtuaalipiiriin 5 – jos varaus onnistuu, muodostetaan uusi virtuaalipiiri, jossa sovitaan yhteydestä tarkemmin yhdeyden muodostuksessa käytetään 6 sanomatyyppiä • SETUP • CALL PROCEEDING • CONNECT ACK • RELEASE COMPLETE 10/31/2020 123

b monilähetyskanava • muodostetaan normaali yhteys yhteen vastaanottajaan • lisätään uusia vastaanottajia (ADD PARTY)

b monilähetyskanava • muodostetaan normaali yhteys yhteen vastaanottajaan • lisätään uusia vastaanottajia (ADD PARTY) b atm-osoitteita on kolmenlaisia • 20 tavun mittainen OSI-osoite – maantieteellinen (maa) – organisaation mukaan • 15 -numeroinen ISDN-puhelinnumero 10/31/2020 124

Reititys b reititys virtuaalipolkutunnuksen mukaan • kerran tehty, helppo lisätä uusia virtuaalikanavia • nopeampi

Reititys b reititys virtuaalipolkutunnuksen mukaan • kerran tehty, helppo lisätä uusia virtuaalikanavia • nopeampi teknisesti • uudelleenreititys helppoa • suljetut käyttäjäryhmät helppo toteuttaa b reititysalgoritmin 10/31/2020 voi valita vapaasti 125

Palveluluokat b b b CBR constant bit rate – T 1 - piiri, ~sähköjohto

Palveluluokat b b b CBR constant bit rate – T 1 - piiri, ~sähköjohto RT-VBR variable bit rate, real time – videokonferenssi NRT-VBR variable bit rate, non-real time – multimedia sähköposti ABR available bit rate – selailu www-verkossa UBR unspecified bit rate – tiedonsiirto tausta-ajona, IP-pakettien siirto 10/31/2020 126

Palvelusopimus b Asiakkaan ja verkon välinen sopimus • asiakkaan liikenteen kuvaus • sovittu palvelun

Palvelusopimus b Asiakkaan ja verkon välinen sopimus • asiakkaan liikenteen kuvaus • sovittu palvelun laatu (Quality of Service) • sopimuksen noudattamisehdot ja rikkomissanktiot b sekä liikenteen kuvaus että palvelun laatu esitettävä mitattavina suureina • atm-standardin Qo. S-parametrit 10/31/2020 127

Qo. S-parametrit PCR (Peak Cell Rate) b SCR (Sustained Cell Rate) b MCR (Minimun

Qo. S-parametrit PCR (Peak Cell Rate) b SCR (Sustained Cell Rate) b MCR (Minimun Cell Rate b CVDT (Cell Variation Tolerance) b CLR (Cell Loss Ratio) b CTD (Cell Transfer Delay) b CDV (Cell Delay Variation) b CER (Cell Error Ratio) b SECBR (Severely-Errored Cell Block Ratio) b CMR (Cell Misinsertion Ratio) 10/31/2020 b 128

Liikenteen tasoitus (Traffic shaping) GCRA (Generic Cell Rate Algorithm) • tarkistaa joka solusta, onko

Liikenteen tasoitus (Traffic shaping) GCRA (Generic Cell Rate Algorithm) • tarkistaa joka solusta, onko se sovittujen liikenneparametrien mukainen • kaksi parametria – PCR maksimi saapumisnopeus » T= 1/PCR minimi solujen välinen aika – CDVT hyväksytty viipeen vaihtelu • solu ei ole parametrien mukainen, jos se saapuu liian pian edellisen jälkeen – hylätään / merkitään tarvittaessa 10/31/2020 129 poistettavaksi b

Ruuhkan valvonta b ruuhka on ongelmallista • suuret nopeudet • suuret linjojen määrät kytkimissä

Ruuhkan valvonta b ruuhka on ongelmallista • suuret nopeudet • suuret linjojen määrät kytkimissä b pitkäkestoinen ruuhka • liian paljon liikennettä b lyhytkestoinen ruuhka • liikenne purskeista 10/31/2020 130

Ruuhkan valvontamenetelmät atm-verkossa ruuhka pyritään estämään – erittäin nopea verkko – tosiaikainen liikenne b

Ruuhkan valvontamenetelmät atm-verkossa ruuhka pyritään estämään – erittäin nopea verkko – tosiaikainen liikenne b pääsyvalvonta (admission control) – hyväksytään vain ellei haittaa muita – reiluus b resurssien varaus (resource reservation) – varataan kaikki resurssit etukäteen – SETUP-paketti varaa linjakapasiteettia edetessään 10/31/2020 – varaukset keskimääräiselle vai b 131

ABR-liikenteen ruuhkan valvonta b ruuhkatilanteen sattuessa • CBR- ja VBR-liikennettä ei voi hidastaa •

ABR-liikenteen ruuhkan valvonta b ruuhkatilanteen sattuessa • CBR- ja VBR-liikennettä ei voi hidastaa • UBR-liikenne voidaan kokonaan lopettaa • vain ABR-liikennettä voidaan hidastaa – vain ABR-käyttäjiä pyydettävä hidastamaan b ruuhkan valvonta perustuu lähetysnopeuden pienentämiseen ruuhkatilanteessa (rate-based congestion control) 10/31/2020 132

RM-solu b aina tietyin välein (k solun välein) lähettäjä lisää datavirtaan RM-solun (resource management)

RM-solu b aina tietyin välein (k solun välein) lähettäjä lisää datavirtaan RM-solun (resource management) b RM-solu kulkee samaa polkua kuin datasolut, mutta kytkimet käsittelevät sitä eri tavalla b kohteeseen saapunut RM-solu tutkitaan, päivitetään ja palautetaan takaisin 10/31/2020 133 lähettäjälle

b ylikuormitetut kytkimet voivat myös itse ilmoittaa ruuhkasta • lähettämällä RM-solun lähettäjälle • asettaa

b ylikuormitetut kytkimet voivat myös itse ilmoittaa ruuhkasta • lähettämällä RM-solun lähettäjälle • asettaa vastaanottajalle menevässä solussa PTI-kentän bitin – nämä solut voivat kuitenkin kadota ruuhkassa b RM-solun lähettäjä huomaa aina, jos solu ei tule takaisin riittävän nopeasti 10/31/2020 134

b nykyinen lähetysnopeus (ACR) – MCR < ACR < PCR b jos ruuhkaa lähetysnopeutta

b nykyinen lähetysnopeus (ACR) – MCR < ACR < PCR b jos ruuhkaa lähetysnopeutta pienennetään – ei kuitenkaan pienemmäksi kuin miniminopeus b jos ei ruuhkaa lähetysnopeutta kasvatetaan – ei kuitenkaan suuremmaksi kuin maksiminopeus b lähetetyssä RM-solussa on lähettäjän toivoma lähetysnopeus (ER) b kytkimet tarvittaessa muuttavat nopeuden pienemmäksi b 10/31/2020 kun RM-solu palaa lähettäjälle, lähettäjä 135

Atm-LAN b atm-teknologian käyttö lähiverkoissa – LAN: ina – siltana LAN: ien välissä b

Atm-LAN b atm-teknologian käyttö lähiverkoissa – LAN: ina – siltana LAN: ien välissä b yhteydettömän LAN-palvelun toteuttaminen yhteydellisessä atm-verkossa – kullakin koneella atm-virtuaalipiiri jokaiseen toiseen koneeseen (pysyvä /tarvittaessa muodostettava) – paketti kapseloidaan ATM AAL -sanomaan ja lähetetään tavalliseen tapaan – miten IP-osoite => virtuaalipiirin osoite? 10/31/2020 (ARP-protokolla) 136

b atm-lähiverkko ei ole yleislähetysverkko b LES (LAN Emulation Server) – kyselypaketti LES: lle

b atm-lähiverkko ei ole yleislähetysverkko b LES (LAN Emulation Server) – kyselypaketti LES: lle – LES etsii osoitteen ja palauttaa sen kyselijälle b BUS (Broadcast /Unknown Server) – yhteys kaikkiin koneisiin – yleislähetys = paketti jokaiselle erikseen 10/31/2020 137

Laajaverkot (WAN) b Puhelinverkko • runkolinjat – digitaalisia, kuitua • local loop – analoginen,

Laajaverkot (WAN) b Puhelinverkko • runkolinjat – digitaalisia, kuitua • local loop – analoginen, kierretty pari • kanavointi 10/31/2020 138