Wykład 2: Metody komutacji w sieciach teleinformatycznych Sieci Wielousługowe: lato 2008 Wykład 2: Metody komutacji w sieciach teleinformatycznych Prof. Dr hab. Inż. Wojciech Burakowski Instytut Telekomuniacji PW Zespół Technik Sieciowych Pokój 335 tnt.tele,pw,.edu.pl

Plan wykładu 1 2 3 4 Komutacja kanałów Komutacja pakietów: usługa bezpołączeniowa 2 Komutacja pakietów: usługa połączeniowa 3 Kierunki rozwoju dla wielo-usługowej sieci Internet 4

Pojęcie komutacji Komutacja dotyczy sposobu w jaki realizujemy przekierowywanie odbieranych strumieni informacji z danego portu wejściowego na dany port wyjściowy Łącza wejściowe Łącza wyjściowe Zespół sterujący Pole komutacyjne węzeł Strumień informacji

1 Komutacja kanałów

Komutacja kanałów (1) Łącze o przepływności C bit/s Węzeł B Węzeł A Podział przepływności bitowej łacza na N kanałów podstawowych, każdy o pojemności C/N bit/s Kanał 1 Łącze o przepływności C bit/s Kanał 2 Jednemu połączeniu przydziela się jeden kanał podstawowy lub wiele kanałów podstawowych Przykład: Kanał podstawowy 64 kbit/s Przydział kanałów n x 64 kbit/s Kanał ... Kanał N-1 Kanał N Ważne własności: (1) Szybkość przydzielonego kanału dla jednego połączenia jest stała ! (2) Konieczna faza zestawienia połączenia

Komutacja kanałów (2) Zestawienie połączenia Terminal A1 wysyła żądanie zestawienia połączenia do węzła źródłowego A Węzeł A sprawdza: (a) jaki jest ruting do węzła końcowego D, (b) czy mamy dostateczne zasoby do węzła B. Jeżeli TAK (b), wówczas rezerwuje kanał do węzła B i zapisuje w tablicy połączeń w węźle A Wiadomość żądania zestawiania połączenia jest przesyłana kolejno do węzłów B, C i D Węzeł D przesyła sygnał „dzwonienia” do terminal B1. Jeżeli terminal B1 jest obecny, wówczas zostaje przesłane potwierdzenia do węzła źródłowego A i terminala A1 Rozpoczyna się faza wymiany danych – sieć przydzieliła dla tego połączenia stały kanał Po zakończeniu przekazu danych następuje faza rozłączenia – doprowadzając do zwolnienia przydzielonych zasobów A B C D Kolejne węzły A,B,C i D na ścieżce pomiędzy terminalami A1 i B1 A1 B1 czas Faza Zestawienia Połączenia Faza wymiany danych Faza rozłaczenia d Konieczna sygnalizacja w sieci

Komutacją kanałów: funkcjonalność węzła komutacyjnego (3) Realizuje komutację kanałów z portów wejściowych na porty wyjściowe Technika komutacji kanałów nie jest obecnie widziana jako rozwiązanie dla sieci teleinformatycznych Główne wady: Konieczność zestawiania połączeń (rezerwacji zasobów) dla każdego rodzaju ruchu Kanały o stałej szybkości zarezerwowane wyłącznie na rzecz danego połączenia Łącza wejściowe Łącza wyjściowe Zespół sterujący Pole komutacyjne Zespół sterujący Obsługa sygnalizacji Dobór drogi Utrzymanie tablicy połączeń Pole komutacyjne (1) Realizacja komutacji kanałów zgodnie z tablicą połaczeń Pewne cechy komutacji kanałów są konieczne w sieci Internet z jakością przekazu informacji !

Komutacją kanałów: Przykładowe pola komutacyjne (4) Pola jednostopniowe: crossbar ścieżki 1 2 3 4 1 Prostokątny crossbar dla komutacji pomiędzy terminalami dla transmisji dwukierunkowej 2 3 terminale 4 5 6 7 crosspoint 8 Przykład bezblokadowego pola komutacyjnego z drogami alternatywnymi

Komutacja pakietów 2

Komutacja pakietów (1) Aplikacja Warstwa transportu Warstwa sieci DANE DANE DANE Aplikacja Warstwa transportu Warstwa sieci pakiet Nagłówek pakietu Nagłówek segmentu Jak przesłać pakiet przez sieć: Ważne informacje w nagłówku pakietu: (1) adres sieciowy terminala wysyłającego, (2) adres sieciowy miejsca przeznaczenia (3) Numer pakietu

Komutacja pakietów (2) Multipleksacja statystyczna czas Multipleksacja na łączu wyjściowym Napływ poszczególnych strumieni pakietów Buforowanie pakietów Strumień #1 Strumień #2 Strumień # Strumień #(N-1) Strumień #N Strumienie pakietów mogą być generowane przez źródło ze zmienną szybkością bitową Pakiety są przesyłane kiedy jest wolne łącze wyjściowe

Komutacja pakietów (3) Usługi przekazu pakietów przez sieć Usługa bezpołączeniowa (connectionless) W sieci nie zestawiamy połączenia dla przekazu pakietów z tym samym adresem źródłowym i docelowym Rutery przekazują pakiety do następnych ruterów na podstawie analizy adresu docelowego Usługa połączeniowa (connection oriented) W sieci tzw. zestawiamy połączenia wirtualne Konieczna faza zestawienia połaczenia

Komutacja pakietów: usługa bezpołączeniowa 2

Komutacja pakietów: usługa bezpołączeniowa (1) Przekaz pakietów przez sieć: Terminal A1 wysyła pierwszy pakiet (po uprzednim zestawieniu połączenia na poziomie warstwy transportowej !!!) do węzła źródłowego A Węzeł A sprawdza: (a) jaki jest ruting do węzła końcowego D – w zasadzie podaje ruting do następnego węzła, (b) wysyła pakiet do wskazanego węzła Pakiety są przesyłane kolejno do węzłów B, C, D i miejsca przeznaczenia Kolejne węzły A,B,C i D na ścieżce pomiędzy terminalami A1 i B1 A1 A B C D B1 Pakiet 1 Pakiet 1 Pakiet 2 Pakiet 1 Pakiet 2 Pakiet 3 Pakiet 2 Pakiet 3 Pakiet 3 Uwagi: Pakiet zazwyczaj są przesyłane tą samą drogą przez sieć, gdyż z reguły w czasie przekazu danych gdyż zmiany rutingu odbywają się w dłuższych skalach czasowych czas W sieci nie ma sygnalizacji, połączenie jest zestawiane na poziomie warstwy transportowej

Funkcjonalność rutera: usługa bezpołaczeniowa (2) Realizuje obsługę pakietów w trybie usługi bezpołączeniowej (ang. connectionless) Komutacja pakietów zgodnie z: założonym rutingiem w sieci adresem przeznaczenia Łącza wejściowe Łącza wyjściowe Zespół sterujący Dobór drogi Komutacja pakietu na port wyjściowy Port wyjściowy Obsługa pakietów na porcie wyjściowym Ruter nie przetrzymuje informacji o połączeniach !

3 Komutacja pakietów: usługa połączeniowa

Komutacja pakietów: usługa połączeniowa (1) Przekaz pakietów przez sieć: Terminal A1 wysyła żądanie zestawienia połączenia W kolejnych węzłach informacje o połączeniu zapisujemy w tablicy połączeń Przychodzące pakiety mają w nagłówku pole dotyczące numeru przyznanego połączenia W zasadzie nie rezerwujemy zasobów w sieci (tak jak w komutacji kanałów), ale możemy to uczynić poprzez wprowadzenie funkcji Przyjmowania Nowych Wywołań (Admission Control) Liczba połączeń w sieci jest ograniczona Pakiety są przesyłane tą samą drogą Kolejne węzły A,B,C i D na ścieżce pomiędzy terminalami A1 i B1 A1 A B C D B1 Faza Zestawienia Połączenia Faza wymiany danych Pakiet 1 Pakiet 1 Pakiet 2 Pakiet 1 Pakiet 2 Pakiet 2 Faza rozłaczenia d czas Przykłady sieci: X.25, ATM

Komutacja pakietów: funkcjonalność węzła komutacyjnego (2) Realizuje obsługę pakietów w trybie usługi połączeniowej (ang. Connection oriented) – komutacja kanałów wirtualnych Komutacja pakietów zgodnie z: założonym rutingiem adresem przeznaczenia Zespół sterujący, tablice połączeń Łącza wejściowe komutacja Łącza wyjściowe Węzeł przetrzymuje informacji o połączeniach Zespół sterujący Dobór drogi Utrzymanie tablicy połaczeń Pole komutacyjne Komutacja pakietu na port wyjściowy Port wyjściowy Multipleksacja: Obsługa pakietów na porcie wyjściowym Napływające pakiety Bufor na pakiety/komórki Urządzenie obsługujące/łącze wyjściowe

Kierunki rozwoju dla wielo-usługowej sieci Internet 4

Kierunki rozwoju (1) Uwagi ogólne Wprowadzenie jakości do sieci wymaga wprowadzenia dodatkowych informacji do ruterów dotyczących rozróżniania strumieni Liczba strumieni ruchu (liczba połączeń) w sieci Interenet jest bardzo duża – jeden użytkownik może utrzymywać wiele połączeń a np. korzystanie usług www generuje coraz to nowe połaczenia Niezmiennie jako bazowa jest technika IP

Kierunki rozwoju dotyczące komutacji (2) Kierunki badawczo-wdrożeniowe Wprowadzenie systemu sygnalizacji w sieci Internet (podobnie jak w komutacji kanałów) – np. projekt EuQoS Działanie na strumieniach zbiorczych Ukierunkowanie się na tworzenie połaczeń wirtualnych (jak np. MPLS) Rozbudowa ruterów o możliwości przechowywania danych o połaczeniach