Systemy i Sieci Telekomunikacyjne

Wprowadzenie

TelekomunikacyjneTI

Krzysztof Wajda

Katedra Telekomunikacji AGHmarzec, 2019

Zakres wykładu

•Aspekty ewolucji sieci i protokołów

•Podstawowe koncepcje sieciowe (szkieletowe,

„core”):

• ATM

• MPLS• MPLS

• GMPLS

• protokoły i koncepcje dodatkowe: IP,

Ethernet, ISDN,...

• ekosystem telekomunikacyjny

• podstawowe aspekty realizacji usług

• wirtualizacja (SDN, NFV)

Literatura

• Rekomendacje ITU

• Dokumenty IETF (RFC i drafty)

• D. Ginsburg, „ATM. Solutions for enterprise

networking”, Addison-Wesley, 1999

• K. Nowicki, J. Woźniak, „Sieci LAN, MAN, • K. Nowicki, J. Woźniak, „Sieci LAN, MAN,

WAN”, Wydawnictwo Fundacji Postępu

Telekomunikacji

• Materiały wykładowe: http://kt.agh.edu.pl/~wajda

• Artykuły z IEEE Communications Magazine

• Dokumenty standaryzacyjne ATM Forum

Standaryzacja

• ISO – International Organization for Standardization

• ITU-T – International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector

• ETSI – European Telecommunications Standard InstituteInstitute

• ANSI – American National Standards Institute

• TMF – TeleManagement Forum

• IAB – Internet Architecture Board

• DMTF – Distributed Management Task Force

• IETF – Internet Engineering Task Force

• OMG – Object Management Group

• OASIS – Organization for the Advancement of Structured Information Standards

Integracja sieci

Rozwój koncepcji sieci Rozwój koncepcji sieci szerokopasmowej

Architektura sieci

IP(MPLS)

ATM

SDH

fiber

System telekomunikacyjny

PBX

Systemnośny

CPE LocalLoop

SwitchingSystems

InterofficeTrunks

SwitchingSystems

LocalLoop

Urządzeniaużytkownika

Łączalokalne

Systemykomutacyjne

Systemytransmisyjne

Systemykomutacyjne

Łączalokalne

centralalokalna

centrala

siećabonencka systemy komutacji

międzymiastowej

tandem. tandem.centrala centrala

lokalna

systemsatelitarny

PBX

FAX

Multi-plexer

Local

NetworkArea

linia dzierżawiona

system światłowodowy

system mikrofalowy

modem

modem

modem

centralalokalna

łączamiędzycentralowe

modem lub inny system transmisyjny

gateway

System telekomunikacyjny

PBX

Systemnośny

CPE LocalLoop

SwitchingSystems

InterofficeTrunks

SwitchingSystems

LocalLoop

Urządzeniaużytkownika

Łączalokalne

Systemykomutacyjne

Systemytransmisyjne

Systemykomutacyjne

Łączalokalne

centralalokalna

centrala

siećabonencka systemy komutacji

międzymiastowej

tandem. tandem.centrala centrala

lokalna

systemsatelitarny

PBX

FAX

Multi-plexer

Local

NetworkArea

linia dzierżawiona

system światłowodowy

system mikrofalowy

modem

modem

modem

centralalokalna

łączamiędzycentralowe

modem lub inny system transmisyjny

gateway

sieć dostępowa obszar przełączania

tele-transmisja

Usługi telekomunikacyjneBroadband ISDN

EDI (Electronic DataInterchange)

Voice ConferencingVoice-to-text

ISDN

teletex

telegrafia

telefoniafacsimile

DATA

GRAPHICSmobile facsimile

color facsimile

videotextelex

packet switching

electronic mail

circuits switching

telemetry teleshoppping

usługi głosowe

transmisja danych

grafika

Voice-to-textText-to-voice

Satellite Communication Voice StorageHifi Telephony

Radio

Stereo Sound CD-quality Music AUDIO

TelevisionColor Television

Videotelephony

High Definition TVVideoconferencing

Cable TV Satellite News GatheringStereo Television

Video on Demend

VIDEO

1850 1880 1920 1930 1960 1970 1980 1990 2000

VOICE

global paging systems

nationwide paging systems

alphanumeric paging

digital mobile telephony

MOBILE SERVICES

mobile telephony

mobile data transmission

paging systemscelular telephony

wireless digital telephony

usługi głosowe

dźwięk

wideo

usługi mobilne

Zasoby dyskowe i sieciowe -trendy

Source: http://www.mkomo.com/cost-per-gigabyte

Koszty pamięci maleją

szybciej niż koszty sieciowe

(Gbit/s)

Ewolucja sieciUwarunkowania zewnętrzne Uwarunkowania zewnętrzne

Dystrybucja ruchu (godz.szczytu) w Europie

Dostęp przewodowy Dostęp mobilny

*Sandvine, “Global Internet Phenomena Report: 1H 2014”

Top 10 aplikacji w Europie Użytkownicy przewodowi

*Sandvine, “Global Internet Phenomena Report: 1H 2014” Użytkownicy mobilni

Ewolucja w stronę IoTRozwój od 5 mld do 50 mld obiektów w sieci

*Sandvine, “Global Internet Phenomena Report: 1H 2014”

Transmisja danych

*Sandvine, “Global Internet Phenomena Report: 1H 2014”

Zapotrzebowanie na przepływność w Europie oraz struktura przychodów

• Internet jest traktowany jako „tanie” medium (zapotrzebowanie na pasmo 35 %, tylko 4 % przychodów)• w krajach o niskim poziomie telekomunikacji powszechne jest narzekanie na zbyt wysokie koszty dostępu do Internetu, wręcz uważa się to za powód powstawania zapóźnień cywilizacyjnych

Ewolucja przychodów

ARPU: Average Revenue Per User

Problem operatorów

Nowe usługi/środowiska

Rozwój usług

• VoIP

• Video & Content Distribution

• Presence (joyn)

• Machine-2-Machine (M2M)

*Sandvine, “Global Internet Phenomena Report: 1H 2014”

• Machine-2-Machine (M2M)

• Unified Communications (Business)

• LAN as a Service (Business)

• Connected Life/Work

• Cloud Services (IaaS, SaaS)/App streaming

GAFA

• Google

• Amazon

• Facebook

• Apple

• Apple – kapitalizacja

– ok. 550 mld $

• Polska GNP:

1. ok. 2000 mld PLN ≈ 600 mld $

• W Kaliforni

• 900 firm o kapitalizacji ponad 10 mln $

• Zajmuje się rozwojem samochodów autonomicznych

• Marek Zuber, Polskie Radio 3, 2019.03.15

*Marek Zuber”

Ewolucja sieciUwarunkowania techniczne Uwarunkowania techniczne

(wewnętrzne)

Podstawowe trendy

• Dążenie do stosowania docelowo tylko

jednej sieci

• usługi multimedialne

• usługi “inteligentne”

•• usługi “inteligentne”

• duża przepływność do użytkownika końcowego

• ochrona istniejących inwestycji

• selektywność usług, QoS vs neutralność sieci

• „softwarization” (SDN/NFV)

• chmury (wirtualizacja)

System telekomunikacyjny -możliwości

Cable

1 cable * 200 fibers/cable * 160 λλλλ/fiber * 10 Gb/s/λλλλ

1101011000110101011

= 320 Tb1 cable * 200 fibers/cable * 160 λλλλ/fiber * 10 Gb/s/λλλλ = 320 Tb

→→→→ a single cable cut can lead to a dramatic amount of lost traffic

5 billion telephone lines (= 64 kb/s)

60.000 full CD’s per second

Warstwowa struktura sieci

IP

ATM

IP

ATM

IP/ATM

IP IPWarstwasieciowa

Warstwałącza danych

MPLS

SDH

WDM WDM

ATM

SDH

WDM

SDH

WDM WDM

Warstwafizyczna

Warstwaoptyczna

Żródło: projekt KT

Lata

Architektura sieci

IP(MPLS)

ATM

SDH

fiber

Obszary sieci

Tradycyjny podział sieci:

• LAN

• campus

• MAN

• WAN• WAN

+ sieci o krótkim zasięgu

• BAN

• V2V

• sensor networks

•…

Ekosystem telekomunikacyjny

Rozwój „stakeholders”

today

T OP SP CP

T – terminal vendors

interesariuszy„graczy”

today

tomorrow

T OP SP CP

T – terminal vendorsOP – operatorsSP – service providersCP – content providers

Ewolucja sieciPodstawowe koncepcje

transportu transportu

Komutacja przestrzenna

TDM

TDM multipleksacja z podziałem czasu

pole informacyjneszczelina czasowapoczątek ramki

kanał 1 kanał 2 kanał 3 kanał n

koniec ramki

kanał 1 kanał 2 kanał 3 kanał n

Wielkość ramki TDM = 125 µs

czyli 8000 ramek TDM/s

Komutacja pakietów

Komutacja pakietów

pakiet IP

nagłówek

pole informacyjne

Początki Internetu

• 1962 – Paul Baran, fundamentals of packet switching

• 1969 – birth of computer network (ARPANET)

• 1970 – NCP (Network Control Protocol)• 1970 – NCP (Network Control Protocol)

• 1972 – network email and „@” sign (Ray Tomlinson, BBN)

• 1974 – TCP, the term Internet used by Vint Cerf

• 1975 – telnet

• 1978 – split of TCP into TCP and IP

Multipleksacja etykietowana

ATM

pole informacyjne

pakiet ATM

multipleksacja etykietowana

nagłówek

pole informacyjne

TDM a multipleksacja etykietowana

ATM

nagłówek

pole informacyjne

pakiet ATM

multipleksacja etykietowana

TDM

nagłówek

multipleksacja z podziałem czasu

pole informacyjneszczelina czasowapoczątek ramki

kanał 1 kanał 2 kanał 3 kanał n

Komutacja kanałów i pakietów (1)

Komutacja kanałów• połączenie jest identyfikowane przy pomocy

indeksu pozycji kanału w ramce• transfer informacji jest poprzedzony fazą

zestawiania połączenia (realizowany przez sygnalizację)

• istnieje potrzeba synchronizacji strumienia danych • istnieje potrzeba synchronizacji strumienia danych ze źrodła w ramce czasowej

Komutacja pakietów• połączenie jest identyfikowane przez etykietę

(label)• generowanie i wysylanie komórek przez źródla jest

niezależne od sieci (stąd nazwa Asynchronous

Transfer Mode)

Komutacja kanałówzalety: transparentność sieci, niezależność od protokołów, nie wystepuje jitterwady: brak możliwości dostosowania wielkości wykorzystanego pasma do intensywności przenoszenia informacji

Komutacja pakietów

Komutacja kanałów i pakietów (2)

Komutacja pakietówzalety: realizowana optymalizacja wykorzystania zasobów łączy, pasmo dostępne “na żądanie”, technika dostosowana do ruchu “porowatego” (bursty)wady: silna zależność od stosowanych protokołów, zmienne i mało przewidywalne opóźnienie transmisji pakietów

technika ATM implementuje pozytywne cechy

obu technik

Transmisja

Ruch – 2 priorytety tryb kanałowy

tryb pakietowy

Jeśli pojemność łącza jest odpowiednia i nie ma izolacji ruchu

Podsumowanie

• Ewolucja sieci szerokopasmowej

• Wzrastająca rola komutacji pakietów i protokołu IP

• Stymulujaca rola rozwoju usług oraz konkurencji na rynku telekomunikacyjnymkonkurencji na rynku telekomunikacyjnym

Literatura

• Rekomendacje ITU

• Dokumenty IETF (RFC i drafty)

• Dokumenty standaryzacyjne ATM Forum

• D. Ginsburg, „ATM. Solutions for enterprise networking”, Addison-Wesley, 1999

• K. Nowicki, J. Woźniak, „Sieci LAN, MAN, WAN”, • K. Nowicki, J. Woźniak, „Sieci LAN, MAN, WAN”, Wydawnictwo Fundacji Postępu Telekomunikacji

• Materiały wykładowe: http://kt.agh.edu.pl/~wajda

• Artykuły z IEEE Communications Magazine

Obituary: Paul Baran

28 marca 2016 zmarł Paul Baran, twórca technologii leżącej u podstaw Internetu, autor rozwiązań, bez których rozwiązań, bez których dzisiejsza sieć nie mogłaby istnieć.

Obituary: Paul Baran

• Paul Baran w latach 60. ubiegłego wieku wpadł

na pomysł rozproszenia sieci komputerowych,

dzięki czemu ewentualny atak na infrastrukturę

nie zakłóciłby całkowicie komunikacji.

• Paul Baran jako pierwszy zaproponował • Paul Baran jako pierwszy zaproponował

podzielenie informacji na "bloki danych"

i wysyłanie ich przez rozproszone węzły w sieci.

• Była „zimna wojna” i Rand Corporation, w której

wówczas pracował Baran, myślała o metodach obrony sieci komputerowych przed atakiem.

Obituary: Paul Baran

David Baran, syn zmarłego, przekazał, że niedawno ojciec pokazał mu swoje zapiski wykonane w 1966 roku. Uczony zastanawiał się wówczas, jak ludzie będą wykorzystywali sieci telekomunikacyjne. Stwierdził, że do roku 2000 będziemy używali tych sieci do robienia zakupów i czytania informacji.

Wówczas wyglądało to na bajania szaleńca - mówi David.

Paul Baran urodził się w 1926 roku w polskim wówczas Grodnie. Dwa lata później jego rodzina przeniosła się do Filadelfii. Baran ukończył studia na Uniwersytecie Kalifornijskim w Los Angeles i rozpoczął pracę w RAND

Corporations.

Obituary: Paul Baran

Brał udział w pracach nad technologiami:• bankomatów, • modemów DSL, • opracował wykrywacz metali wykorzystywany na lotniskach, • był założycielem firm Com21 (modemy kablowe) • był założycielem firm Com21 (modemy kablowe) i GoBackTV (wyposażenie sieciowe dla operatorów telewizyjnych), • w ostatnich latach życia założył Plaster Networks, przedsiębiorstwo specjalizujące się w łączeniu domowych urządzeń za pomocą już istniejącego okablowania.

Dziękuję za uwagę !

Backup