8304500 Tietoliikenneverkkojen perusteet Otto Alhava LM Ericsson otto.alhava@ericsson.fi 20.8.2003 2003, Otto Alhava
Sisältö Luento 4 a) ATM ja Frame Relay b) ISDN,POTS,PSTN ja SDH 20.8.2003 2003, Otto Alhava
8304500 Tietoliikenneverkkojen perusteet Johdanto (siirto)verkkotekniikoihin: Asynkroninen ToimintaMuoto (ATM) 20.8.2003 2003, Otto Alhava
Motivointi - miksi ATM on syytä opetella?! Käytössä olevaa runkoverkkotekniikkaa - operaattorit asentaneet ATM-verkkoja runkoverkoiksi! Standardoitu osa ADSL:ää! ADSL-verkkojen runko liikenne kootaan ATM:llä keskittimiltä (DSLAM) reitittimille! Standardoitu osa 3G-verkkoja, 3G:n transmissio tänään! UMTS:n takia kytkinmäärällä mitattuna suurimmat ATMverkot vasta rakenteilla! Selventää eron pakettikytkentäisyyden ja piirikytkentäisyyden välillä - kompromissi
Opetustavoitteet - ATM 1) Virtuaalipiirikytkentä! Kiinteämittainen paketti ja sen kytkentä! Yhteydellisyys ja virtuaaliset yhteydet (SVC, PVC)! Transparentti siirtotapa: AAL/ATM/SDH 2) Tilastollinen aikajakoinen kanavointi! Siirtokapasiteetin käyttö: puskurointi ja kanavointialgoritmi! Kanavointi resurssivarauksen perusteella (kanavointipäätös ei perustu tasajakoisiin aikaväleihin)
Opetustavoitteet - ATM 3) Tekniikka ja topologia! ATM-kytkin! ATM osana ADSL-verkkoa! ATM:n käyttö ja merkitys operaattoriverkoissa! ATM:n käyttö IP:n kanssa: NBMA:n rajoitukset 4) Laatu ja palvelut! Laatu: QoS ja liikenneluokat! Yhteyksien valvonta:upc/npc ja CAC! Yhteydelle sovittava liikenne- ja laatumääritys! mahdollista tuottaa erilaisia palveluja! yhteyksillä verkossa tilastollinen luonne (Jitter, CDV)
Yhteydettömyys ja pakettikytkentäisyys reititysverkko Pakettikytkentäisyys:... 5 3 1 2 -Best Effort -palvelu -Yhteydettömyys =>Älykäs päätelaite 4 =>Tyhmä verkko => Ei QoS
Yhteydellisyys ja virtuaalipiirikytkentäisyys Olennaista: ATM-verkko -tilastollinen aikajakokytkentä -tilastollinen kanavointi -läpimenoviiveen vaihtelu -yhteydenmuodostus... 5 4 3 2 1 -yhteyden kesto ja pysyvät yhteydet -laskutuksen vaikeus -yhteyden laatuluokat -yhteensopivuus siirtoverkkoihin
ATM-verkon topologia! ATM-kytkin ja ATM-sovitinkortti (NIC)! Fyysisen ja loogisen topologian erot! ATM-tekniikan soveltaminen operaattorien runko- ja pääsyverkoissa! Ks. piirros taululla
Vakiomittainen paketti: ATM-solu ATM-solun otsikkokentät: GFC: Generic Flow Controll VPI: Virtual Path Identifier VCI: Virtual Channel Identifier PT: Payload Type CLP: Cell Loss Priority HEC: Header Error Controll 5tavua 48 tavua GFC VPI VCI VPI VCI VCI PT CLP HEC Hyötykuorma (payload)
Kytkentätaulu: PC A, Portti 1: VPI/VCI kohde 0/7 PC B 0/2 PC C 15/2 PC C 15/18 PC C Virtuaalipolku/kanava-kytkennän periaate: PC B Portti 8 ATM-kytkin Kuitupari Portti 1 PC A Portti 13 PC C ATM-kytkin VCI = 7 kytketään VCI = 150 VCI = 2 Kytkimen portti #8 VPI = 31 VCI = 150 VCI = 7 VCI = 2 VPI = 0 VPI = 32 VCI = 2 VCI = 18 VCI = 2 VPI = 15 VCI = 18 VCI = 2 Kytkimen portti #1 Kytkimen portti #13
B-ISDN -referenssimalli: ATM B-ISDN:n toimintamuoto
ATM ja OSI-malli Uutta:! Kanavan ulkoinen merkinanto! Merkinantoyhteydet määritelty valmiiksi! Merkinanto on yksi sovelluksista! Seurauksia: Protokollarajapinnat yksinkertaistuvat ja protokollapinosta tulee kolmiulotteinen Käyttäjäosa Ohjausosa AAL ATM Fyysinen Sovellus Esitystapa Yhteysjakso Kuljetus Verkko Siirtoyhteys Fyysinen
B-ISDN - malli ja ATM Ylemmät kerrokset AAL ATM Fyysinen Ohjausosa Käyttäjäosa Konvergenssi Paloittelu Siirtosovitus Siirtomedia Yhteyksien hallinta, merkinanto Käyttäjän datan siirto Sovituskerrospalvelut Sovitus ATM-soluihin Yleinen vuonohjaus (FCS) Solun otsikon käsittely Solujen kytkeminen Solunopeuksien sovitus HEC-kentän käsittely Solujen tahdistus Sovitus siirtokehykseen Siirtokehyksen käsittely Bittien tahdistus Bittisiirto
ATM-verkon toimintaperiaate: Ylemmän kerroksen datapaketti Muut protokollakerrokset (ATM:n yläpuolella) Sovituskerros: kehystys ja pilkkominen 48 tavun mittaiseksi (CS Payload Data Unit) ATM-kerros: Otsikkokenttien tuottaminen ja liittäminen sovituskerroksilta saatuihin kehyksiin 0 0 0 1 20.8.2003 2003, Otsikkokentän Otto Alhava pt-kentän arvo
ATM-verkon toimintaperiaate, jatkuu: Fyysinen kerros: solujen pakkaaminen siirtotielle ATM solut SDH-kehyksessä SDH-kehystys: 8000 kertaa sekunnissa jatkuva kehysvälitys RSOH AU PTR MSOH.. Kehys lähetettävä 125 mikrosekunnin aikana RSOH AU PTR MSOH... - Jos ei ole lähetettävää solua generoidaan nollasolu. - Jos samasta ajanhetkestä kilpailee useampi solu, viivästetään huonompaa palvelua saavaa solua.
Vuonohjaus ATM-verkossa! Vuonohjaus tehdään siis verkkokerroksella = ATM-kerros (vrt OSI: siirtoyhteys+kuljetuskerros)! Resurssinvaraus jokaisesta ATM-kytkimestä ohjausosan avulla! Yhteyden keston ajaksi verkosta varataan päästä-päähän solusiirtoputki! Pyydetty palvelunlaatu on taattu
UPC/NPC (Usage Parameter Control/Network Parameter Control) Yhteyden valvonta: ATM-verkon toimilaitteiden täytyy seurata yhteyksiä, koska on otettu käyttöön palvelun laatu ja laadun takuu. Valvontaa tehdään verkon reunoilla, eli operaattorin näkökulmasta asiakkaalta tuleva liikenne kuljetetaan seulan läpi, joka poistaa asiakkaan soluvirrasta ne solu, jotka rikkovat liikennöintisopimusta, ts. parametreja, joilla yhteys on määritetty. (policing)
CAC-mekanismi (Connection Admission Control) Palvelun laatu määritetään ennen tiedonsiirron aloittamista ja tiedonsiirtoyhteyden muodostamista: CAC:n vastuulla on keskustelun käyminen yhteyden aloittavan osapuolen kanssa ennaltamääritettyjen yhteysparametrien avulla. CAC päättää: huonontaako uusi yhteys muiden yhteyksien toimintaa käytettävän palvelutason voiko yhteyden ylipäänsä ottaa käyttöön Palvelutasoa ei voi toistaiseksi muuttaa kesken yhteyden, mutta standardointityö pyrkii mahdollistamaan myös tälläisen toiminnan.
Yhteyden luominen ATM-merkinantoa käyttäen: signalointi ja SVC-yhteys 1) 1) Luo yhteys B-päätelaitteelle 2) Yhteys hylätty/hyväksytty 2) 2) 1) 1) 1) 2) 2) Jos verkkoyhteys syystä tai toisesta menetetään, menetetään myös SVC-yhteydet. Kun kytkin käynnistetään, ovat voimassa vain PVC-yhteydet: Kuinka puhelinverkko toimii tällöin, jos kytkimestä katoaa hetkeksi virta? Uutta: Yhteys muodostetaan joko kiinteäksi (PVC) tai valinnaiseksi SVC: ensimmäinen tehdään verkonhallintatyökaluilla jälkimmäinen muodostetaan merkinantoprotokollalla.
ATM-osoitteistus: DCC, ICD ja NSAP+E.164 ATM-solun tunniste so. osoite on VPI/VCI GFC VPI VPI VCI VCI VCI PT CLP HEC Hyötykuorma (payload)
Yhteyksien varmentaminen SDH: 1+1 varmennus ja n+1 vamennus ATM: yhteyden uudelleen reititys IP: pakettien jatkuva reititys
ATM-Ethernet -pähkinä! Nimeä viisi operaattori-/lähi-/pääsyverkon kannalta tärkeää ominaisuutta ja vertaile ATM-tekniikkaa Ethernet-tekniikan soveltuvuutta verkkoon näiden ominaisuuksien osalta.
Puhelin vs. Internet Yksityiskohta Puhelin Internet Verkon osat Päätelaite (puhelin, fax, PC), Tietokoneet (solmut (host), keskus, siirtotie työasemat, PC:t), reitittimet, siirtotie Kontrollointitapa keskitetty hajautettu Yhteystapa yhteydellinen yhteydetön (datagram) Protokollat Merkinanto, OSI TCP/IP (de facto standardi) (ISDN ja ATM) Osoitteistus Numerointisuunnitelma: maa- IP osoitteet, solmujen nimet tunnus, teleliiikennealuetunnus (tulkinta DNS-palvelimella) Veloitus Aika ja etäisyys perusteena Vaihtelee, aika tai flat rate, liikennemäärä QoS Viive, ei viivevaihtelua Viivevaihtelu (max. viivettä (eston todennäköisyys taattu) ei taata) Turvallisuus Operaattori takaa Käyttäjän vastuulla
Miksi ATM-tekniikkaa tarvitaan? Puhelin Data Video Videoneuvottelu Yhteydellinen On On Ei On Yhteydetön Ei On On Ei Viivekriittisyys Suuri Pieni Ei Suuri Herkkyys viiveen vaihtelulle Suuri Ei Suuri Suuri Kaistanleveys Pieni Kohtalainen Suuri Suuri Kiinteä bittinopeus (CBR) On Ei On On Vaihteleva bittinopeus (VBR) Ei On On On Siirtoformaatti PCM Ether- MPEG I-sarjan net määritykset
ATM-verkon yhteystyypit: CBR, VBR ja UBR Best-effort bittivirta: takaamaton kaista Unspecified Bit Rate (UBR) 155 Mbps siirtokaista Vaihteleva bittivirta: osittain taattu kaista Variable Bit Rate (VBR) Kiinteä bittivirta: taattu kaista Constant Bit Rate (CBR)
ATM palveluluokat: CBR, rt-vbr, nrt-vbr, ABR ja UBR Sovellusalue CBR rt-vbr nrt-vbr ABR UBR Luotettava datasiirto ** * *** * n/s LAN -yhteys: LAN Emulation * * ** *** ** Data siirto/ Interworking * * ** *** ** (IP-FR-SMDS) Circuit emulation -PABX *** ** n/s n/s n/s POTS/ISDN - Videokonferenssi *** n/s n/s Kompressoitu Audio * *** ** ** * Videojakelu *** ** * n/s n/s Interactive Multimedia *** *** ** ** * optimi: ***, hyvä: **, kohtuullinen : *; tyhjä ehkä tulevaisuudessa; n/s = epäsopiva
Tilastollinen aikajakoinen kanavointi! Aikajakoinen kanavointi: ks. taulu! ATM:ssä aikavälien sijaan soluja! Jokainen liikennelähde noudattaa omaa liikennöintisopimusta => vuonvalvonta ja kanavointi erilaista jokaiselle yhteydelle! Kytkentäkapasiteetti varattava ennakolta! Mahdollistetaan erilaisia laatuluokkia! Palvellaan erilaisia liikennelähteitä! Liikenneluokkien toteutus kompleksista kytkimissä
Tilastollinen aikajakoinen kanavointi Seuraukset:! => samaa verkkoa voidaan käyttää tehokkaasti eri liikenne tarpeisiin! => verkkolaitteet kalliita ja vaikeita hallita
Miten ATM sijoittuu kerrosmalliin? Älyverkkopalvelut Mobiiliverkko, palvelut PSTN, palvelut Datasiirto, palvelut Siirtoverkko Fyysiset yhteydet, kaapelointi ja radiotie
Miten ATM sijoittuu verkkoon? ISP B Viimeinen maili/ Pääsyverkko ISP A NSP W Asiakasverkot Kotiverkko NAP/IX ISP C Yritysverkko Operaattoriverkot
IP:n ja ATM:n yhdistäminen! Ongelma: ATM on NBMA-tekniikka (Non Broadcast Multiple Access)! RFC 1483, 2684: Multiprotocol over AAL5, tyypillisesti käytetty esim. ADSL liittymissä! RFC 1577: Classical IP over ATM, hallintayhteydet, vrt UMTS! RFC 2364: PPP over AAL5, esim. tunnelointi,palvelunvalinta ja ADSL-liittymät! LANE, LAN Emulation (ATM Forum)
Ulkoisen liikenteen ohjaaminen Esimerkki: ATM-yhteyden käyttö reitittimessä Siltaus RFC 1483:n mukaisesti: Käytettäessä ATM-verkon pysyviä yhteyksiä (PVC, Permanent Virtual Circuits) voidaan yhteys reitittimien välillä toteuttaa kahdella tavalla:! virtual circuit (VC) multiplexing: PVC/protokolla! LLC kehystys: Ethernet-tason siltaus B A R R ATM R C
Virtual Private Network (VPN) Esimerkki: ATM-verkko VPN-verkkona Sivukonttori A Sivukonttori B Sivukonttori C ATM-verkon avulla toteutetaan tyypillisesti VPN-ratkaisuja SMI- K K BPX K R suuryrityksille: ATM ATM! jaettu operaattoriverkko! tietoturvan takaaminen! QoS/Cos-ratkaisu Operaattorin ATMrunkoverkko! usein käytössä SLA ATM Internet K K R BPX Pääkonttori
ATM terminologiaa! Switched Virtual Circuit (SVC)! Soft-PVC, soft-pvp (Permanent Virtual Circuit)! UBR+! private network node interface, (myös networknetwork, P-NNI, PNNI)! traffic shaping! LAN emulation (LANE)
Mitä, missä, milloin?! VPI/VCI #1! CAC #2! UPC #3! AAL5/ATM/SDH #4! Ethernet #5! ATM/SDH #6! ATDM! Virtuaaliyhteys! tilastollinen TDM! varmennus ATM ATM K R R K ATM ATM
ATM esimerkki - ADSL! ks piirros taululla:! Pääsyverkko (first mile)! Aggregointi: DSLAM! ATM = second mile! Käyttäjäkohtainen PVC/SoftVC! ATM-yhteys modeemilta terminointipisteeseen (reunareititin)! DHCP:n käyttö! IP-osoitteistus
Frame Relay ATM:n edeltäjä Tunnusomaista Frame Relay:lle: " Pakettikytkentäinen, tilastollinen kytkentä " Kehyspohjainen, säilyttää kehysjärjestyksen " mahdollistaa rinnakkaisia linkkikerroksen yhteyksiä " suuri kaistanleveys (suuri siirtokapasiteetti) " ei DLCI-kohtaista UPC/CAC-toimintoa " Minimikaista: CIR ATM = Cell Relay
Frame Relay FR-verkon toiminta: " tarkistaa HDLC FCS (Frame Check Sequence) " kytkee DLCI:n (Data Link Connection Identifier) mukaan etukäteen verkkoon muodostetuissa virtuaalipiireissä
Tyypillinen FR-yhteys: FR-kehys: Reititin CSU/SDU (modeemi) FLAG DLCI (MSB) C/R O DLCI (LSB) F B de ea OPTIONAL ADDRESS EXTENSIONS CSMA/CD (10BaseT) Sarjaliitäntä (V.35/G.703) Nelijohtiminen E1 CONTROL AND INFORMATION (FR-verkolle edustaa käyttäjälle tarjottavaa hyötykuormaa) FCS (MSB) FCS (LSB) FLAG FLAGS kehysten erottajat DLCI Data Link Connection ID, osoitteistus EA Address Extension Bits, laajennusvara FCS Frame Check Sequence, virheen havaitseminen EA Address Field Extension Bit, laajennusvara C/R Command/Response transported end-to-end, kuittaus F Forward Explicit Congestion Notification, vuonohjaus, alkeellinen merkinanto B Backward Explicit Congestion Notification, vuonohjaus, alkeellinen merkinanto DE Discard Eligible, alkeellinen priorisointi