Tiedonvälitystekniikka 1-3 ov Luennoitsija: Ma prof. Raimo Kantola raimo.kantola@hut.fi, SG 215 ke 10-12 Assistentti: Veikko Brax veikko.brax@hut.fi, SG 227c Tiedotus: http://keskus.hut.fi/opetus/s38110/ Rka - Raimo Kantola, ML - Marko Luoma Rka/ML -k98 Tiedonvälitystekniikka I 1-1 Kurssin sisältö ja tavoite Johdanto Merkinannot, perusteet Kytkentäkentät Luotettavuus, vikasietoisuus, synkronointi Merkinannot, jatko-osa Tavoite: Perehtyä televälitysjärjestelmien perusrakenteeseen ja perustoimintoihin. Rka/ML -k98 Tiedonvälitystekniikka I 1-2 Page 1 1
Kurssivaatimukset J. Y. Hui, luvut 1-5 Freeman, osa luvuista LME:n merkinantopaketti - harjoitustunteja Opetusmonisteet Laskuharjoitukset Arvostelu ƒ oikein suoritetut laskarit max + 3 pistettä ƒ suorittamatta jätetyt laskarit - 3 pistettä ƒ tentti 30 pistettä Rka/ML -k98 Tiedonvälitystekniikka I 1-3 Televerkot - johdanto Televerkkojen tyypit Televerkon laitteet Televerkon rakenne Televerkon hierarkia Välitysjärjestelmät Rka/ML -k98 Tiedonvälitystekniikka I 1-4 Page 2 2
Televerkot jaotellaan käytön mukaan Puhelinverkoiksi (PSTN, ISDN, GSM ) Dataverkoiksi (x.25, Internet) Erillisverkoiksi (PMR, Tetra ) Tällä kurssilla keskitytään puhelinverkkoon mutta dataverkkojen rakennetta sivutaan pakettikytkennän osalta Rka/ML -k98 Tiedonvälitystekniikka I 1-5 Puhelinverkot Puhelinverkot on jaoteltavissa karkeasti kahteen ryhmään: ƒ Kiinteiksi verkoiksi (lankaverkko) ƒ Liikkuvan liikenteen verkoiksi (matkapuhelin verkko) Kasvu tapahtuu matkapuhelinverkoissa. Kiinteitä puhelinverkkoja rakennetaan enää rajoitetusti. Rakentamiskustannus/tilaaja Lankaverkko Radioverkko kaupunki maaseutu Etäisyys keskuksesta Rka/ML -k98 Tiedonvälitystekniikka I 1-6 Page 3 3
Dataverkot Dataverkkoja ovat kaikki dataliikenteelle tarkoitetut rinnakkaisverkot. Dataverkkoja rakennetaan puolikiinteistä ja valinnaisista yhteyksistä. Dataverkkojen protokollia ovat X.25 ja Frame Relay (FR) ja Internet protocol. LAN R puolikiinteä/vuokrajohto WAN R R Valinnainen yhteys Rka/ML -k98 Tiedonvälitystekniikka I 1-7 Erillisverkot Erillisverkoiksi luetellaan mm seuraavat verkot: ƒ Sotilasverkot ƒ Pelastustoimen viestintäverkot ƒ Pelastustoimen hälytysverkko ƒ Poliisiverkko ƒ Yritysten / yhteisöjen sisäiset viestintäverkot (VR, kaupungit) Erillisverkkojen rakenne vaihtelee suuresti. Osa hyödyntää puhelinverkkoa osana itseään ja osa perustuu täysin omiin resursseihin. Suomessa rakenteilla VIRVE, perustuu Tetra standardiin Rka/ML -k98 Tiedonvälitystekniikka I 1-8 Page 4 4
Televerkon laitteet Televerkossa hyödynnetään laitteita, jotka on jaoteltavissa käyttötarkoituksensa mukaan seuraaviin: ƒ Päätelaitteet ƒ Keskuslaitteet ƒ Verkon palvelusolmut ƒ Ristikytkentälaitteet ƒ Siirtojärjestelmä laitteet Päästä-päähän tarkastelussa ristikytkentä- ja siirtolaitteet toimivat OSI:n tasoilla 1 ja 2. Rka/ML -k98 Tiedonvälitystekniikka I 1-9 Päätelaitteet Päätelaitteet ovat tilaajan omistamia tai hallussa olevia laitteita. Niillä kommunikoidaan kyseisen verkon läpi toiseen päätelaitteeseen tai verkon sisäiseen palveluun. Päätelaitteita ovat mm: ƒ Puhelimet ƒ Vaihteet ƒ Modeemit ƒ Reitittimet ja sillat ƒ Automaattiset hälytyksen siirtolaitteet (robotit) Rka/ML -k98 Tiedonvälitystekniikka I 1-10 Page 5 5
Keskuslaitteet toteuttavat valinnaiset palvelut Ovat verkon älykäs osa. Tilaajajohdot/ tai radio Ohjausosa Tilaajaliitäntä Kytkentäkenttä Yhdysjohtoliitäntä Suorittavat yhteyksien reititystä. Ovat vastuussa yhteyksien palvelutasosta Ovat nykyään prosessorikapasiteetin ja ohjelmiston jättiläisiä ~ tietokoneita useilla liitynnöillä ympäröivään verkkoon. Rka/ML -k98 Tiedonvälitystekniikka I 1-11 Palvelusolmut ovat televerkkoon liitettäviä tietokoneita Älyverkon SCP - palvelun ohjauspiste Puhepostijärjestelmä Älykäs tiedonantolaite Voice response system Palvelusolmujen avulla operaattorit pyrkivät palveludifferentiaatioon - erottumaan joukosta. Toteutus mieluiten keskuksista riippumatta. Rka/ML -k98 Tiedonvälitystekniikka I 1-12 Page 6 6
Ristikytkentälaitteet mahdollistavat siirtoyhteyksien uudelleen järjestelyt Piirikytkentäisessä verkossa on päästä päähän tarkastelussa tason 1 laite. Esim käyttö: vuokrajohtojen hallinta, yhteyksien tiivistäminen täysiksi PCM-johdoille. Ristikytkentälaite koostuu digitaalisesta kytkentäkentästä ja kevyestä ohjausosasta, joka toteuttaa verkonhallinnan käskyt. Yhteyksien hallinta tapahtuu verkon hallinnan avulla. Rka/ML -k98 Tiedonvälitystekniikka I 1-13 Siirtojärjestelmälaitteilla verkolle rakennetaan maantieteellinen peitto Siirtävät suuria määriä tietoa pitkiä maantieteellisiä etäisyyksiä. Päästä päähän tarkastelussa toimivat piirikytkentäisessä verkossa tasolla 1. Perustuvat usein optisiin komponentteihin. Esim PDH-järjestelmät ja SDH -järjestelmät SDH-järjestelmä vaatii yli miljoonan rivin ohjelmiston ==> on ohjelmistotuote! Rka/ML -k98 Tiedonvälitystekniikka I 1-14 Page 7 7
Televerkon rakenne eli topologia kuvaa keskusten yhteydet toisiinsa Täysin kytketty, kaikki keskukset on liitetty toisiinsa yhdellä tai useammalla väylällä. Tähti, kaksi keskusta on liitetty toisiinsa kolmannen avulla. Solmut ovat välitysjärjestelmiä ja kaaret siirtojärjestelmiä. Rka/ML -k98 Tiedonvälitystekniikka I 1-15 Suosittu televerkon rakenne muodostuu useista tähdistä ja oikojohdoista oikojohto Rka/ML -k98 Tiedonvälitystekniikka I 1-16 Page 8 8
Liikenteen suuntautuvuus määrää televerkon rakennetta Rakennetta ohjaa siis keskusten lukumäärä ja niiden välittämä liikenne eri verkon suuntiin. ƒ Suuri liikenne, pyritään täyteen kytkentään ƒ Pieni ylöspäin suuntautuva liikenne --> pyritään tähti rakenteeseen Televerkon rakenne on kaikkia edellisiä. ƒ Tähtirakenne on nähtävissä aivan tilaajan päässä, jossa ovat tilaajakeskittimet ja päätekeskus. ƒ Edelliset on tyypillisesti kytketty toisiinsa ylemmän tason keskuksen kautta tai suoraan lähimpiin rinnakkais keskuksiin. ƒ Korkeamman tason kaupunkikeskukset on yleensä täysin kytketty, koska liikennemäärät ovt hyvin suuria. ƒ Kaupungin sisältä on tyypillisesti rajallinen määrä yhteyksiä ulos muostaen seuraavan hierarkia asteen, telealueen. ƒ Telealueet on vastaavasti liitetty rajallisella määrällä yhteyksiä, jolloin muodostuu selvä hierarkia verkoon. Rka/ML -k98 Tiedonvälitystekniikka I 1-17 Televerkon hierarkia ITU-T on määritellyt televerkolle maailmanlaajuisen hierarkian. Hierarkian mukaan yhteydellä, voi olla maksimissaan 12 siirtoyhteyttä, joista 4 voi olla kansainvälistä. Keskukset jaetaan ƒ päätekeskus ƒ lähtökeskus/tulokeskus ƒ kauttakulkukeskus ƒ kaukokeskus ƒ kansainvälisen liikenteen keskus Neljäs alue Kolmas alue Toinen alue Ensinmäinen alue Paikallis alue Rka/ML -k98 Tiedonvälitystekniikka I 1-18 Page 9 9
ITU-T määrittelee välityksen: Pyynnöstä tapahtuva yksittäisen yhteyden muodostus halutusta liittymästä toiseen tunnettujen liittymien joukossa niin pitkäksi aikaa kuin yhteys on tarpeen tiedon siirtoa varten. Rka/ML -k98 Tiedonvälitystekniikka I 1-19 Valintaisen puhelinverkon palveluparadigma Tilaajalle myydään pyynnöstä kiinteänopeuksinen yhteys päästä päähän. Verkko takaa yhteyden laadun. Tilaaja saa tehdä ostamallaan yhteydellä mitä haluaa - käyttää sitä niin hyvin kuin osaa. Tilaaja maksaa käyttämistään verkon resursseista (käyttöön perustuva laskutus). Rka/ML -k98 Tiedonvälitystekniikka I 1-20 Page 10 10
Muodostamalla yhteys pyynnöstä verkkoa hyödynnetään tehokkaasti Tilaaja/käyttäjä/asiakas - puhe - data - video Ilman välitystekniikkaa kaikilta tilaajilta tarvitaan johto kaikille muille tilaajille. Tilaaja/käyttäjä/asiakas - puhe - data - video Rka/ML -k98 Tiedonvälitystekniikka I 1-21 Liittymille ja/tai tilaajille tarvitaan verkossa yksikäsitteiset osoitteet PSTN/ISDN/GSM - E.164 mukaiset puhelinnumerot ƒ kiinteämittaiset tai vaihtelevan mittaiset Internetissä IP -osoitteet ƒ IPv4 osoitteet --> IPv6 - osoitteet ATM - verkossa: NSAP - osoitteet Rka/ML -k98 Tiedonvälitystekniikka I 1-22 Page 11 11
Yhteydellisessä liikennöinnissä tarvitaan yhteyden muodostus, jolla verkko siirtyy globaaleista osoitteista lokaaleihin Muodostussanoma [ B:n globaali osoite] A -tilaaja Vastaus [ yhteysvälikohtainen tunnus] Yhteydellinen tila B -tilaaja Esim. puhetila Solmuvälikohtainen Puhelinverkossa yhteyden muodostuksen ja purun - aikaväli (PSTN ) mahdollistavaa ohjaustiedon välitystä nimitetään - looginen kanava (x.25) merkinannoksi. -... Rka/ML -k98 Tiedonvälitystekniikka I 1-23 Yhteyksiä voidaan muodostaa myös verkon hallintakomennoilla Puhelinverkkoa käytetään vuokrayhteyksien toteutukseen Frame relay on kiinteitä vuokrajohtoja korvaava vaihtelevan mittaisia paketteja välittävä tekniikka - esim LAN:ien yhdistämiseen Myös ATM:ää voidaan käyttää puolikiinteiden virtuaaliyhteyksien muodostukseen Tässä toimintamallissa verkon solmujen ei tarvitse ymmärtää merkinantoa. Rka/ML -k98 Tiedonvälitystekniikka I 1-24 Page 12 12
Kytkentäosan tehtävä on kytkeä tuleva ja lähtevä aikaväli Tulojohdot Kytkentäkenttä Lähtöjohdot tulevat aikavälit Johto = 2Mbit/s yhteys Aikaväli = 64kbit/s yhteys tulo-pcm, tulo-tsl lähtö-pcm, lähtö-tsl Rka/ML -k98 Tiedonvälitystekniikka I 1-25 Kurssin kuva välitysjärjestelmästä IP HLR PABX CAS, R2 ISDN Kytkentäkenttä MAP YKM AN V5 Ohjaus INAP SCP Rka/ML -k98 Tiedonvälitystekniikka I 1-26 Page 13 13
Tuotesukupolvien elinkaaret Optinen välitys Laajakaistakytkin Digitaalinen keskus SPC, analoginen kenttä Koordinaattikeskus Suoraan ohjattu 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 Rka/ML -k98 Tiedonvälitystekniikka I 1-27 Ohjelma Pe 23.1 - johdanto Ma 26.1 - R2 Pe 30.1 - PCM Ma 2.2. - ISDN Pe 6.2 - YKM Rka/ML -k98 Tiedonvälitystekniikka I 1-28 Page 14 14