Wykład 1: Kierunki Rozwoju Sieci Teleinformatycznych Sieci WieloUsługowe: lato 2008 Wykład 1: Kierunki Rozwoju Sieci Teleinformatycznych Prof. dr hab. inż. Wojciech Burakowski Instytut Telekomunikacji PW Zespół Technik Sieciowych Pokój 335 tnt.tele,pw,.edu.pl

Plan wykładu 1 2 3 4 Tematyka przedmiotu Sieć Teleinformatyczna i kierunki rozwoju 2 Sieć wielo-usługowa 3 Architektury sieciowe 4

1 Tematyka przedmiotu

Tematyka przedmiotu: Sieci Wielousługowe (Multi-service computer networks) Wykład Projekt – p. 331 Mgr inż. Robert Janowski Mgr inż.. Jarosław Śliwiński Mgr inż Jordi. Mongaja Mgr Piotr Krawiec Laboratorium (4 ćwiczenia, 4 osoby) – p. 334c Mgr Piotr Krawiec – kier. Prof. dr hab. inż. Wojciech Burakowski Pok. 335 E-mail: wojtek@tele.pw.edu.pl

Tematyka wykładu (1) Przedmiot obejmuje omówienie następujących zagadnień: 1 . Przedstawienie ogólnej charakterystyki sieci teleinformatycznych (komputerowych), w tym aspekty dla sieci wielo-usługowych · typy aplikacji użytkowników i wymagania na przekaz informacji przez sieć · własności techniki komutacji pakietów, wady i zalety · charakterystyka ważniejszych technik sieciowych dla realizacji sieci dostępowych i szkieletowych · koncepcja sieci wielo-usługowej oparta na definicji usług sieciowych 2. Podstawowe architektury sieciowe · model OSI · model TCP/IP 3. Zasady działania protokołów telekomunikacyjnych: · systemy sterowania przepływem danych · protokoły typu Stop&Wait, Go_Back_N, selektywne powtarzanie · sprawność działania protokołów

Tematyka wykładu (2) 4. Omówienie ważniejszych technik sieciowych wraz z protokołami i istotnymi algorytmami · technika ATM · technika IP v.4 i v.6 (w tym IP QoS) · MPLS 5. Zagadnienia współpracy pomiędzy sieciami, w tym protokół BGP (Border Gateway Protocol) 6. Działanie protokołu TCP/UDP warstwy transportowej 7. Architektura AQUILA oparta na koncepcji DiffServ 8. Architektura EuQoS (End-to-End QoS) dla sieci wielo-domenowych realizowanych w oparciu o różne techniki

Tematyka ćwiczeń laboratoryjnych (1) 1. Protokoły wyboru drogi w sieci IP 2. Protokół TCP 3. Architektura DiffServ 4. Pomiary w sieciach IP Tematyka projektów (1) 1. Badanie wybranych protokołów głównie dla sieci IP lub sieci ATM 2. Badanie wybranych algorytmów i mechanizmów zaimplementowanych głównie w sieciach IP lub w sieci ATM

Zalecana literatura Podstawowa: Ponadto 1. materiały z wykładu na stronie Zespołu Technik Sieciowych: tnt.tele.pw.edu.pl 2. książki i artykuły w j. angielskim dotyczące sieci ATM i IP (wiele pozycji, ok. 20), wykaz na stronie tnt.tele.pw.edu.pl 3. pomoce dydaktyczne do ćwiczeń laboratoryjnych 4. dokumenty wewnętrzne projektu AQUILA i EuQoS 5. Zalecenia IETF i ITU Ponadto 6. W.Stallings, Data and Computer Communications (5. edycja), Prentice Hall, 1997 7. A.S. Tanebaum, Computer Networks (3. edycja). Prentice Hall, 1997 8. J.Woźniak, K. Nowicki, Sieci LAN, MAN, WAN – protokoły telekomunikacyjne, Wydawnictwo Fundacji Postępu Telekomunikacyjnego, 1998 9. K. Nowicki, J. Woźniak, Przewodowe i bezprzewodowe sieci LAN, Oficyna Wydawnicza Polietchniki Warszawskiej, 2002 10. W. Burakowski et al, Szybkie Sieci Danych, Skrypt CITCOM PW, 1995

Sieć Teleinformatyczna i kierunki rozwoju 2

Kierunki rozwoju sieci teleinformatycznych (1) Sieć teleinformatyczna (computer networks) Sieć telekomunikacyjna dla przekazu informacji wysyłanych przez komputery Ruter Szkieletowy Sieć Dostępowa Ruter Brzegowy

Funkcje telekomunikacyjne w sieci teleinformatycznej (1) Wykorzystanie systemów teletransmisyjnych efektywne wykorzystanie przepływności łączy Styki (interfacing) pomiędzy urządzeniem (końcowym, komutacyjnym) a systemem transmisyjnym Generowanie sygnałów z urządzeń do systemów transmisyjnych Wymagane własności sygnału: forma i częstotliwość wysyłania tak aby (1) były zdolne do przesłania przez system transmisyjny, (2) muszą byś interpretowane jako dane w odbiorniku Synchronizacja pomiędzy nadajnikiem i odbiornikiem Zarządzanie wymianą informacji (zarządzanie na poziomie dialogu) Detekcja błędów i korekcja

Funkcje telekomunikacyjne w sieci teleinformatycznej (2) Sterowanie przepływem (flow control) Adresowanie Dobór drogi przez sieć Ponowne rozpoczęcie transmisji (recovery) z powodu błedów-awarii w sieci, np.. Przerwanie przekazu zbioru Formatowanie wiadomości Ustalenie formatu przekazu wiadomości pomiędzy dwoma urządzeniami (np.. Użycie tego samego kodu) Bezpieczeństwo sieci Zarządzanie siecią

Rozwój sieci INTERNET w Polsce

Rozwój INTERNET

Korzystanie z usług INTERNET (Austria) W 1996 42% użytkowników Internet było użytkownikami intensywnymi, obecnie 75% .

Prognozy odnośnie QoS

Oczekiwania użytkowników

Wymagania na przekaz przez sieć

Techniki telekomunikacyjne dla realizacji sieci wielo-usługowej (1) Zasadniczym rozróżnieniem pomiędzy technikami stosowanymi dla sieci telekomunikacyjnych i komputerowych jest użyta technika komutacji. Rozróżniamy dwie podstawowe techniki komutacji, czyli technikę komutacji kanałów i technikę komutacji pakietów. Proponowanym rozwiązaniem realizacji sieci wielo-usługowej w oparciu o technikę komutacji kanałów jest technika N-ISDN, rozwijana od końca lat 70-tych. N-ISDN umożliwia komutację kanałów o stałej szybkości nx64kbit/s. Takie podejście zapewnia efektywny przekaz mowy, jednakże fakt konieczności zestawiania połączeń o stałych i znormalizowanych szybkościach w istotny sposób ogranicza przekaz danych; w przypadku ruchu o zmiennej szybkości nadawania i jednoczesnej realizacji wielu połączeń krótkotrwałych przydział kanału o stałej szybkości dla każdego połączenia oddzielnie jest po prostu nieefektywny czy też wręcz niemożliwy do realizacji w przypadku np. miliona jednoczesnych połączeń, co obserwujemy w obecnych sieciach danych. W konsekwencji, technikę N-ISDN należy traktować jako technikę realizującą głównie przekaz mowy i w ograniczonym zakresie przekaz danych i wideo. Dodatkowo, technika N-ISDN nie jest rozwijalna w tym sensie, iż nie umożliwia wprowadzenia nowych mechanizmów dla zróżnicowania jakości przekazu sieci, co jest wymagane w przypadku sieci wielo-usługowej.

Techniki telekomunikacyjne dla realizacji sieci wielo-usługowej (2) ATM jest techniką opartą na komutacji pakietów o stałej długości (53 bajty), zwanych komórkami. Rozwój tej techniki w latach 90-tych doprowadził do takiego stanu, iż w chwili obecnej technika ta oferuje 6 usług sieciowych (tj. CBR, rt-VBR, nrt-VBR, ABR, GFR i UBR), każda z nich przystosowana do efektywnego przekazu innego rodzaju ruchu z odmiennymi wymaganiami. Przykładowo, usługa CBR (Constant Bit Rate) zapewnia przekaz danych o stałej szybkości (emulacja łącza), co pozwala na przekaz mowy z jakością porównywalną do oferowanej w sieci z komutacją kanałów. Obecnie, sieci ATM są głównie używane w szkielecie sieci dla integracji różnych rodzajów ruchu (tj. telefonii i danych). Głównym czynnikiem hamującym rozwój ATM jest brak na rynku aplikacji bezpośrednio korzystających z tej techniki. Przykładem jest usługa ABR (Available Bit Rate), zaprojektowana dla efektywnego przekazu danych komputerowych, z której w chwili obecnej nie może korzystać żadna aplikacja (nie ma zaimplementowanych odpowiednich mechanizmów w aplikacjach). Należy jednakże podkreślić, iż mechanizmy zastosowane w technice ATM stanowią podstawę dla mechanizmów przewidywanych w sieci IP z jakością obsługi.

Techniki telekomunikacyjne dla realizacji sieci wielo-usługowej (3) Technika IP (Internet Protocol) jest oparta na komutacji pakietów o zmiennej długości. W sieci Internet, bazującej na protokole IP v.4, oferuje się przekaz danych wg. zasady best effort. Oznacza to, iż dostęp do sieci nowych strumieni ruchu nie jest ograniczany przez mechanizmy sieciowe zaś sterowanie ruchem w ramach danego połączenia odbywa się za pomocą protokołów TCP (Transmission Control Protocol). W konsekwencji, przekaz danych odbywa się bez zapewnienia gwarancji dotyczących takich parametrów jak prawdopodobieństwo utraty pakietu, dopuszczalny czas przekazu pakietu przez sieć, zmienność (jitter) opóźnienia przekazu itp. Powyższe uniemożliwia efektywny przekaz informacji związanych z różnymi aplikacjami, co jest wymagane w sieci wielo-usługowej. Dlatego też, koniecznym jest wprowadzenie do sieci nowych mechanizmów zapewniających jakość obsługi, tzw. mechanizmów QoS.

Sieć wielo-usługowa 3

Wielo-usługowa sieć IP Typy ruchów przekazywane przez sieć wielo-usługową ruch strumieniowy - związany z aplikacjami takimi jak audio i wideo, wymagającymi reżimu czasu rzeczywistego. Wymagana jest funkcja przyjmowania nowych wywołań. ruch elastyczny - związany z przekazem dokumentów w postaci elektronicznej (zbiory, rysunki, ...) i cechujący się nie krytycznymi wymaganiami dotyczących czasu odpowiedzi. Tym niemniej, dla takich strumieni jest wymagana minimalna przepływność poniżej której użytkownicy odczuwają złą jakość sieci.

Sieć wielo-usługowa (Multi-service network) Korzysta z różnych aplikacji: www, telnet, e-mail, VoIP, videostreaming, tele-medicine, games Sieć Usługa sieciowa użytkownik Usługa sieciowa: określa gwarancje sieci do przekazu strumienia pakietów z określoną gwarancja Sieć z komutacją pakietów: ATM, IP. Może to być również sieć dostepowa: LAN/Ethernet, UMTS, WLAN, xDSL Cel: zapewnić wymagana jakość przekazu, z możliwością róźnicowania

Usługi sieciowe

Sieci wielousługowe Przekaz ruchu związanego z różnymi aplikacjami, za pomocą odpowiednich usług sieciowych Jedna sieć telekomunikacyjna Różne usługi sieciowe

Wymagania QoS aplikacji i typy ruchu Małe opóźnienie Mała zmienność opóźnienia Małe prawd. straty Gwarantowana szybkość bitowa VoIP Emulacja łącza PBX Aplikacje medyczne Aplikacje inżynieryjne Przekaz bezstratny Gwarantowana szybkość bitowa Gwarantowana szybkość bitowa FTP Strumieniowy CBR Strumieniowy VBR Elastyczny ciągły Strumieniowy  Ruch  Elastyczny Strumieniowy VBR Elastyczny sporadyczny ? Wideo-konferencja Internet TV Wideo na żądanie Audio na żądanie Małe opóźnienie Mała zmienność opóźnienia Małe prawd. straty Gwarantowana szybkość bitowa Przekaz bezstratny Krótki czas przesłania wiadomości WWW Usługi bankowe Gry sieciowe Zakupy w sieci Czat Peer-to-peer E-mail Brak ściśle określonych wymagań

Sieci „Best Effort” i QoS IP Sieć IP „Best Effort” Przyjmuje każdy pakiet, ale bez żadnej gwarancji dotyczącej czasu i niezawodności przesłania Brak różnicowania sposobu przekazu pakietów w zależności od wymagań QoS określonej aplikacji Sieć QoS IP (Quality of Service in IP-based network) Celem jest oferowanie ścisłych gwarancji jakości przekazu dla strumieni generowanych w ramach poszczególnych połączeń Rozważamy QoS na poziomie pakietów, opisany przez parametry takie jak: opóźnienie, zmienność opóźnienia, prawdopodobieństwo straty pakietu

Pakiety należące do różnych usług traktowane są tak samo Best effort: sieć przyjmie każdy pakiet ale bez gwarancji po jakim czasie zostanie przeslany i czy w ogóle zostanie przeslany Pakiety różnych usług Dyscyplina FIFO E-mail E-mail WWW WWW ?! VoIP VoIP Pakiety należące do różnych usług traktowane są tak samo

Pakiety każdej usługi mogą być obsługiwane w inny sposób Obsluga w ruterze z QoS Pakiety różnych usług Priorytety E-mail E-mail 1 WWW WWW Klasyfikator 2 VoIP VoIP 3 Pakiety każdej usługi mogą być obsługiwane w inny sposób

Problem zapewnienia QoS w sieci opartej o komutację pakietów Aplikacje Mechanizm monitorowania zgodności z profilem ruchowym (np. Token Bucket) Model ruchu (najgorszy przypadek) Multipleksacja (REM lub RSM) Dostępne zasoby (przepływność łącza i pojemność bufora) Uzyskany poziom QoS (opóźnienie, prawd. straty...) Różnorodność aplikacji Wiarygodność modeli ruchowych Efektywność opisu przez najgorszy przypadek Multipleksacja statystyczna Ruch elastyczny Brak ustalonej drogi połączenia Połączenia multikastowe Połączenia między-domenowe Skalowalność mechanizmów sieciowych

Mechanizmy sterowania w sieci Mechanizmy inżynierii ruchowej Wyznaczenie alokacji zasobów Wymiarowanie sieci Wyznaczenie przebiegu dróg w sieci Strategie taryfikacji Mogą stanowić zachętę do racjonalnego korzystania z sieci Zarządzanie siecią Nadzór operatora nad działaniem sieci Setup Call Proceeding Sygnalizacja Ustanawia połączenie i powinna pozwolić terminalowi przesłać do sieci deskryptor ruchowy i wymagania QoS Sterowanie przyjmowaniem nowych wywołań Dopuszcza nowe zgłoszenie jeśli sieć będzie w stanie przesłać ruch z założonym poziomem QoS, nie degradując ruchu już obsługiwanego Connect Pomiary i monitorowanie sieci Wsparcie niektórych mechanizmów sieciowych (np. sterowania przyjmowaniem wywołań i inżynierii ruchowej) poprzez dostarczenie aktualnej wiedzy o stanie sieci Sterowanie Mechanizm monitorowania zgodności Monitoruje ruch w ramach danego połączenia i sprawdza jego zgodność z profilem opisanym w kontrakcie ruchowym Mechanizmy szeregowania pakietów Regulują dostęp różnych strumieni ruchu do wspólnych zasobów transmisyjnych łączy Skala czasowa Przekaz danych

Kierunki rozwoju sieci Sieć wielo-usługowa Jakość obsługi (QoS – Quality of Service) Dostęp bezprzewodowy Rozszerzenie usług QoS na dostęp bezprzewodowy Połączenie różnych technik – tzw. sieć NGN – Next Generation Network Warstwa IP dla połączenia sieci o różnych technikach (projet EuQoS)

Architektury sieciowe 4

Architektury sieciowe (1) Pod pojęcie architektury rozumiemy zbiór protokołów, które wykorzystujemy w systemie telekomunikacyjnym (niektórzy włączają w to również mechanizmy i algorytmy) Mamy dwie zasadnicze ogólne architektury, tj. OSI i TCP/IP

Architektura OSI (1) Architektura warstwowa OSI (Open System Interconnection) Architektura: precyzyjna definicja wszystkich funkcji, które sieć i jej elementy powinny spełniać zbiór protokołów) Protokół: zbiór zdań procedury określający w jaki sposób dwie lub więcej części może współpracować (w jaki sposób nawiązywać połączenia, wymieniać dane, rozłączać połączenie) Warstwa: jasno zdefiniowana funkcja i sposób realizacji

Architektura OSI (2) Naczelna zasada: podział wszystkich funkcji na warstwy, niższa warstwa spełnia funkcje usługiwe dla warstwy wyższej Nie kreować za dużo warstw Kreować granicę w tych punktach, gdzie opis usług może być zwięzły Kreować warstwy dla tych funkcji, które są istotnie różne Zbiór podobnych funkcji umieszczać w jednej warstwie Kreować warstwy, dla których używamy różne różne przekazywane dane (np.. Bit, ramka, pakiet, segment)

Protokoły telekomunikacyjne Architektura OSI (3) użytkownik Sieć telekomunikacyjna użytkownik Aplikacja Prezentacji Sesji Transportowa Sieci Łącza danych Fizyczna Aplikacja Prezentacji Sesji Transportowa Sieci Łącza danych Fizyczna Protokoły telekomunikacyjne segment Sieci Łącza danych Fizyczna Sieci Łącza danych Fizyczna pakiet ramka bit

Architektura TCP/IP (1) OSI TCP/IP Aplikacja Prezentacji Sesji Transportowa Sieci Łącza danych Fizyczna Aplikacja Tych warstw nie ma Transportowa Internet Host-to-network

Architektura TCP/IP (2) Internet Layer Cel warstwy: dostarczenie wysłanego pakietu do miejsca przeznaczenia Zakłada przekaz pakietów w trybie bezpołączeniowym – aby pozwolić użytkownikowi wysłać pakiet do sieci i każdy pakiet może być przesyłany innymi sieciami Ta warstwa definiuje format przesyłanego pakietu i protokół IP (Internet Protocol)

Architektura TCP/IP (3) Transport Layer Zaprojektowany dla umożliwienia konwersacji pomiędzy stacją źródłową i docelową Zdefiniowano dwa protokoły end-to-end TCP (Transport Control Protocol) – dla przekazu wysyłanej informacji bez błędów – z użyciem metody sterowania z pętlą zamkniętą UDP (User Datagram Protocol) – dla przekazu informacji w trybie bezpołączeniowym z możliwością straty części informacji Telnet FTP SMTP DNS Aplikacje TCP UDP Transport Protokoły IP Sieć Łącze fizyczne + łącze danych Sieć radiowa Sieci LAN Sieć satelitarna WLAN