Systemy Teleinformatyczne

w Transporcie Morskim

Joanna Szłapczyńska

Katedra Nawigacji, ZD Podstaw Informatyki i Sieci Komputerowych

Wykład 6

Page
2

Definicje WAN/ MAN

Technologie sieciowe dla WAN/ MAN

•

X.25

•

Frame Relay

•

ATM

•

PPP

•

xDSL

Wykład 6

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
3

Podział sieci ze względu na obszar pokrycia

• Personal Area Network – PAN (np. domowa sieć Wi-Fi)

• Local Area Network – LAN (np. .sieć w jednym z laboratoriów bud. F)

• Campus Area Network – CAN (np. sieć w całym kampusie AM)

• Metropolitan Area Network – MAN (np. sieć TASK)

• Wide Area Network – WAN (sieć rozległa, obejmująca cały kraj lub

więcej)

Sieci LAN / MAN / WAN z uwagi na różny obszar pokrycia

wymagają zróżnicowanych modeli, technologii oraz usług

Wprowadzenie do sieci LAN / MAN / WAN

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
4

Sieci rozległe WAN są wykorzystywane w celu łączenia sieci

lokalnych LAN oraz innych typów sieci w taki sposób, że
użytkownicy i komputery w jednej lokacji mogą się komunikować z
użytkownikami oraz komputerami w innej lokacji tej sieci

Sieć rozległa WAN może być

•

prywatna – stanowi część pewnej firmy/organizacji i jest tylko przez nią
wykorzystywana

•

publiczna – udostępniana przez dostawców usług internetowych:
możliwość podłączenia komputera lub sieci LAN do Internetu

•

Funkcje sieci metropolitalnych MAN

• sieć szkieletowa - łączenie kilku/klikunastu LANów z wykorzystaniem

szerokopasmowej technologii (np. światłowodów)

• łączenie z prywatnymi sieciami WAN oraz Internetem

Funkcje MAN / WAN

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
5

Przełączanie obwodów – metoda w której dwa węzły (stacje)

ustanawiają dedykowany kanał transmisyjny (połączenie/

obwód)

na cały czas trwania sesji komunikacyjnej (tak jakby były one
połączone ze sobą elektrycznie)

• stałe opóźnienie bitowe

• brak możliwości reużycia kanału w czasie połączenia

Przełączanie pakietów – metoda która grupuje wszystkie

transmitowane dane w niewielkie bloki danych, zwane

pakietami.

Skutkuje to zmienną prędkością transmisji danych (sekwencji
pakietów) we współdzielonej sieci

• zmiene opóźnienie pakietu

• możliwość reużycia kanału w czasie połączenia

Przypomnienie paradygmatów telekomunikacyjnych

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
6

X.25 to standard sieci rozległej wprowadzony przez ITU-T w 1976r.

• rodzina protokołów dla sieci WAN z przełączeniem pakietów

• wspiera komunikację w trybie full-duplex

• obejmuje 3 pierwsze warstwy ISO/OSI (w. fizyczna, łącza danych i sieciowa)

Standard X.25 został zaprojektowany w odpowiedzi na potrzebę transmisji

danych cyfrowych za pomocą łączy analogowych

Elementy architektury X.25

• urządzenie abonenckie (końcowe)

DTE (Data Terminal Equipment)

• urządzenie pośredniczące

DCE (Data Communications Equipment)

• infrastruktura sieci

PSE (Packed Switching Exchange) – wykorzystuje często

linie dzierżawione

• urządzenie asynchronicznej translacji

PAD (Packet Assembling/dissassembling)

X.25 (1)

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
7

X.25 (2)

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Ź

ródło: Wikipedia

urządzenie końcowe

urządzenie

pośredniczące

infrastruktura sieci

urządzenie asynchronicznej

translacji

urządzenie
końcowe –
terminal tekstowy

Page
8

W sieciach pakietowych WAN/MAN dane przesyłane są za pośrednictwem

wirtualnych połączeń/obwodów (Virtual Circuits - VC)

Połączenie wirtualne to zorientowana połączeniowo usługa

telekomunikacyjna, w której wymiana danych może nastąpić dopiero gdy
ustanowione jest logiczne połączenie pomiędzy odbiorcą i nadawcą

Wyróżniamy dwa podstawowe typy połączeń wirtualnych

•

przełączane połączenie wirtualne SVC (Switched Virtual Connection) –
tworzone dynamicznie na żądanie i zamykane gdy transmisja jest zakończona
(fazy zestawiania, transmisji i rozłączania)

•

stałe połączenie wirtualne PVC (Permanent Virtual Connection) –
połączenie zestawiana na dłuższy czas („na stałe”) przez administratora sieci
(wyeliminowane fazy zestawiania i rozłączania), rozwiązanie efektywne
(szybsze od SVC) ale kosztowne i mniej elastyczne

Połączenia wirtualne: PVC i SVC

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
9

Charakterystyka X.25

W sieciach X.25 wykorzystywane mogą być oba typy połączeń

wirtualnych : PVC oraz SVC, jednak te drugie (SVC) są znacznie
częściej wykorzystywane dla X.25

X.25 dostarcza niezawodną transmisję danych dzięki

• systemowi potwierdzeń (ACK)

• mechanizmowi przesuwnego okna (podobnie do TCP) dla zapewnienia

kontroli przepływu

• retransmisjom w przypadku błędów

Technologia X.25 oferuje jednak ograniczoną maksymalną prędkość

transmisji (56 kb/sek) oraz duże opóźnienia transmisji, co głównie
spowodowane jest złożonym systemem kontroli i naprawy błędów
transmisji (pomimo tego, że podobna kontrola ma również miejsce w
wyższych warstwach ISO/OSI) - główny powód wyparcia X.25

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
10

Pakiet w X.25 w warstwie sieci (Packet Layer Protocol - PLP) ma

zmienną długość, podstawowe pola pakietu to

•

identyfikator ogólny formatu (General Format Identifier – GFI) –
informacje czy to pakiet kontrolny czy dane, parametry okna
przesuwnego, czy potrzebne potwierdzenia

•

logiczny identyfikator kanału (Logical Channel Identifier - LCI) –
identyfikuje wirtualne połączenie w ramach lokalnego interfejsu DCE-DTE

•

identyfikator typu pakietu (Packet Type Identifier – PTI) – wskazuje na
jeden z predefiniowanych (17-tu) typów pakietu

•

dane (User Data - UD) – zawiera enkapsulowane dane warstw wyższych
lub ew. dodatkowe dane kontrolne

Format pakietu X.25 w warstwie sieci (PLP)

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
11

Cechy sieci X.25

• wysoka niezawodność transmisji

• zapewnienie integralności danych na każdym etapie transmisji (store-and-forward)

•

małe prędkości transmisji (56 kb/sek) i duże opóźnienia transmisji

X.25 wykorzystywany był szczególnie szeroko do tworzenia WANów w

latach 1980-tych. Później technologia ta została wyparta przez rozwiązania
gwarantujące większe szybkości transmisji. Dziś

X.25 jest bardzo rzadko

wykorzystywany, głównie przez systemy wymagające wysokiej
niezawodności transmisji (np. sieci dla bankomatów)

X.25 stał się prekursorem innej technologii WAN - Frame Relay

X.25 - podsumowanie

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
12

Frame Relay to kolejny standard pakietowych sieci MAN/WAN (1984r.)

• w sieciach szkieletowych oraz rozległych wykorzystuje możliwości szybkich i

oferujących niższe stopy BER łączy cyfrowych (światłowody)

• obejmuje jedynie dwie pierwsze warstwy ISO/OSI (w. fizyczną i łącza danych)

• nazwa wynika z szybkiego przekazu ramek (2-ga warstwa ISO/OSI),

pozbawionego części mechanizmów zapewniania niezawodności z X.25

• podobnie jak X.25 polega na przełączaniu pakietów i działa w trybie full-duplex

• pozwala na wykorzystywanie tylko części łącza

• umożliwia przenoszenie zarówno cyfrowych jak i analogowych danych

Frame Relay zaprojektowano z myślą o transmisjach w ramach

infrastruktury ISDN, obecnie może być również wykorzystywana dla innych
interfejsów sieciowych. Dostawcy usług sieciowych chętnie implementują
Frame Relay jako technikę enkapsulacji dla

usług głosowych (Voice over

FR -VoFR) oraz danych na styku sieci LAN i WAN

Frame Relay

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
13

Frame Relay i X.25 a ISO/OSI

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Ź

ródło: Wikipedia

Page
14

Struktura sieci Frame Relay (1)

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Sieć Frame Relay składa się z następujących elementów

• urządzenia abonenckie (końcowe)

DTE (Data Terminal Equipment)

• urządzenia pośredniczące

DCE (Data Communications Equipment)- tworzą

infrastrukturę sieci (odpowiedzialne za przełączanie oraz synchronizację)

Frame Relay wspiera oba typy połączeń wirtualnych PVC oraz SVC (lecz

PVC są najczęściej wykorzystywane w sieciach FR)

Interfejs LMI (Local Management Interface) rozszerza Frame Relay o

• adresowanie globalne

• obwód wirtualny LMI dla komunikatów

• połączenia grupowe (multicasting)

Page
15

Struktura sieci Frame Relay(2)

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Przełączniki Frame Relay

DTE
stacja

DTE
router

Ź

ródło: Wikipedia

Page
16

W sieci Frame Relay brak jest rozwiniętych mechanizmów zapewniających

niezawodność transmisji (w przeciwieństwie do X.25)

• FR wykrywa jedynie błędy nagłówka, formatu i cyklicznego kodu nadmiarowego

FCS (Frame Check Sequence)

• FR jest w stanie zaoferować wysoką przepustowość (użytkownik wykupuje

odpowiednią gwarantowaną szybkość transmisji

CIR (Commited Information

Rate) która jest średnią prędkością (w bit/sek) z jaką sieć zapewni transfer
jednostek danych w określonym przedziale czasu, dodatkowo może zdefiniować
max. dopuszczalną prędkość transmisji

EIR (Excess Information Rate)

• niezawodności transmisji wymagana od wyższych warstw ISO/OSI!

Frame Relay zaprojektowano do przekazywania (relay) ramek (frame) z

jak najwyższą prędkością poprzez sieć o niskich stopach błędu BER

Cechy Frame Relay

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
17

Frame Relay korzysta z ramek o zmiennej długości

Format ramki Frame Relay

Maksymalny rozmiar to

262 lub 1600 bajtów

zależnie od typu sieci

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
18

Identyfikator DLCI w Frame Relay

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Identyfikator DLCI (Data Link Connection Identifier)

• 10 bitowy identyfikator połączenia wirtualnego

• wskazuje na lokalny numer PVC lub SVC

• ponieważ najczęściej wykorzystywane są PVC więc DLCI wskazuje na

(statycznie kojarzy) parę: punkt początkowy i punkt docelowy

• posiada przypisaną wartość CIR

• identyfikator o domyślnie lokalnym zasięgu (globalnym gdy LMI)

Page
19

Sieci ATM (Asynchronous Transfer Mode) to sieci z szybką

komutacją (przełączaniem) komórek wykorzystywane do tworzenia
szerokopasmowych sieci WAN oraz MAN

Przełączanie (komutacja) komórek to modyfikacja komutacji pakietów,

różnicą jest to, że komórka ATM ma ustalony rozmiar i jest mała

• celem wprowadzenia małych i o stałych rozmiarach komórek była redukcja

jitter-a (wariancji opóźnienia ->

miara zmienności: średnia arytmetyczna z kwadratów

odchyleń od wartości oczekiwanej

)

Z powodu niskich wartości jitter-a ATM może być z powodzeniem

wykorzystywany nie tylko do transmisji danych i głosu, lecz również do
wielu zastosowań typu real-time np.

Video-on-Demand (VoD) lub

TV-on-Demand (TVoD)

Podobnie do FR brak jest mechanizmów zapewniających niezawodną

transmisję w

ATM, co z kolei umożliwia oferowania dużych prędkości

Sieci ATM (Asynchronous Transfer Mode)

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
20

ATM – architektura (1)

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Ź

ródło: ITpedia

Page
21

ATM – klasy usług (klasy ruchu)

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
22

ATM – architektura (2)

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Ź

ródło: ITpedia

Page
23

Wirtualne połączenie (Virtual Connection - VCC) definiuje logiczną

trasę pomiędzy dwoma punktami końcowymi w sieci ATM. W sieciach
ATM możliwy jest transfer w ramach PVC, SVC oraz usług
bezpołączeniowych. W sieciach ATM wirtualne połączenie jest
specyfikowane za pomocą

•

wirtualny kanał (Virtual Channel - VC) – jednokierunkowe połączenie logiczne
w sieci ATM

•

wirtualna ścieżka (Virtual Path - VP) – logiczna ścieżka zawierająca grupę
VC-sów pomiędzy dwoma lub więcej hostami połączonymi z tymi samymi
punktami końcowymi (przełącznikami ATM)

W sieciach ATM wirtualne połączenie jest definiowane za pomocą pary

•

identyfikator wirtualnej ścieżki VPI (Virtual Path Identifier)

•

identyfikator wirtualnego kanału VCI (Virtual Channel Identifier)

ATM – wirtualna ścieżka i wirtualny kanał (1)

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
24

ATM – wirtualna ścieżka i wirtualny kanał (2)

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Ź

ródło: Wikipedia

VC – wirtualny kanał
VP – wirtualna ścieżka

Page
25

ATM – wirtualna ścieżka i wirtualny kanał (3)

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Ź

ródło: ITpedia

Page
26

ATM – format komórki

UNI – Interface użytkownik -sieć
NNI – Interface międzysieciowy

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
27

Kontrakt ruchu w ATM

• kiedy zestawiane jest połączenie (VCC) każdy przełącznik w połączeniu jest

informowany o klasie ruchu (klasie usług) dla tego połączenia

• stanowi część polityki zapewnienia jakości usług (Quality of Service - QoS)

•

kształtowanie ruchu to grupa mechanizmów wykorzystywana do utrzymania
kontraktu przez sieć



wprowadzanie dodatkowych opóźnień komórek niezgodnych z kontraktem
(np. algorytmy

Generic Cell Rate Algorithm - GCRA)

•

kontrola ruchu jest wykorzystywana aby wymusić zgodność z kontraktem



Ruch przekraczający kontrakt, zależenie od polityki administratora oraz
charakterystyki wykroczeń, może być



natychmiast odrzucony



oznaczony jako niezgodny



pozostawiony bez zmian

ATM – zarządzanie ruchem

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
28

Porównanie X.25, Frame Relay i ATM

X.25

Frame Relay

ATM

Wspierane typy
połączeń

Połączeniowe
PVC i SVC,

ale głównie SVC

Połączeniowe
PVC i SVC,

ale głównie PVC

Połączeniowe PVC,
SVC oraz usługi
bezpołączeniowe,

ale głównie PVC

Identyfikator
połączenia

pojedynczy (VCI) pojedynczy (DLCI)

para (VPI oraz VCI)

Niezawodna
transmisja

Tak

Nie

Nie

Jakość usług
(Quality of
Service – QoS)

Gwarantowana

Możliwa do
zapewnienia,
bazując na CIR

Możliwa do
zapewnienia, bazując
na klasach ruchu

Maksymalna
prędkość

Ograniczona
technologicznie

Wysoka, zależna
od CIR

Wysoka, zależna od
kontraktu ruchu

Zarządzanie
ruchem

-

Kontrola
przeciążeń

Kształtowanie oraz
kontrola ruchu

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
29

Protokół PPP (Point-to-Point Protocol) jest protokołem warstwy łącza

danych wykorzystywanym do łączenia ze sobą dwóch
komputerów/routerów. Ramka

PPP zazwyczaj enkapsuluje datagram IP,

jest również w stanie przenosić dane innych protokołów (np. IPX z sieci
Novell)

Począwszy od lat 80-tych do końca 90-tych XXw. większość dostawców

usług internetowych (ISP) udostępniało

PPP użytkownikom do

wdzwanianego (dial-up) dostępu do Internetu (np. 0-22 202122) za
pośrednictwem modelu oraz linii telefonicznej

Architektura PPP

• warstwa sieci – IP, IPX, Apple Talk

• warstwa łącza danych – HDLC, LCP, NCP

PPP

• warstwa fizyczna – RS-232, V.35, ISDN

PPP (1)

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
30

Fazy połączenia Point-to-Point Protocol

•

faza konfiguracji łącza – protokół LCP (Link Control Protocol)
negocjuje parametry (rozmiar datagramu, znaki ucieczki, itd.)

•

faza uwierzytelniania – opcjonalna, obie strony uwierzytelniają się
nawzajem przed ustanowieniem połączenia

•

faza negocjowania sieciowego – protokół NCP (Network Control
Protocol) negocjuje parametry (ustaw. Protokołu sieciowego, np.
protokół IPCP wykorzystywany jest do konfiguracji adresów IP)

•

faza utrzymania łącza – opcjonalna, obsługa błędów i utrzymanie
łącza na odpowiednim poziomie jakości przekazu

•

faza rozłączania – w tej fazie połączenie jest zamykane

PPP (2)

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
31

PPP (3)

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
32

Ramka PPP

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Ź

ródło: Itpedia

Page
33

Rodzina technologii xDSL (Digital Subscriber Line) udostępnia

możliwość cyfrowej transmisji danych za pośrednictwem sieci
telefonicznej (bez blokowania możliwości jednoczesnej analogowej
transmisji głosu)

Obecnie xDSL jest bardzo często wykorzystywane przez dostawców

usług internetowych dla zapewnienia szybkiego dostępu do Internetu

• duże szybkości transmisji (przeszło 30 razy szybszy niż dial-up z PPP)

• możliwość równoczesnego korzystania z telefonu oraz dostępu do Internetu

(separacja pasma danych i głosu za pomocą specjalnego filtru)

xDSL potrafi wykorzystać miedziane przewody telefoniczne. Pomimo iż

obecnie większość infrastruktury telefonicznej wykorzystuje transmisję
cyfrową, ostatni odcinek przyłącza abonenckiego jest zazwyczaj
analogowy. Więc pomimo, że technologie xDSL są w pełni cyfrowe,
wymagają one modemu dla przebycia ostatniego odcinka sieci
(technologia „ostatniej mili” - "last-mile")

xDSL (1)

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Page
34

xDSL (2)

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Użytkownik

Firma

telekomunikacyjna

Digital Subscriber Line Access Multiplexer

(DSLAM) to koncentrator dostępowy DSL.

Instalowane przez operatora, często w

pomieszczeniach centrali telefonicznej.

DSLAM agereguje ruch danych i kieruje go do

szybkiej sieci szkieletowej (ATM)

Page
35

xDSL (3)

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

W asymetrycznej wersji DSL - ADSL (Asymmetrical DSL) istnieje różnica

pomiędzy prędkością wychodzącą (ładowanie danych - upstream) oraz
przechodzącą (ściąganie danych - downstream)

• użytkownicy zazwyczaj potrzebują znacznie wyższych prędkości transmisji

podczas ładowania danych np. w czasie ładowania danych multimedialnych

• dlatego też w technologii ADSL transfer danych przychodzących posiada znacznie

większą prędkość (x10 lub więcej w ADSL 2/2+) w porównaniu do transferu danych
wychodzących

Technologia symetrycznego DSL - SDLS (Symmetrical DSL) ustala te same

prędkości transmisji dla obu kierunków

Poza technologiami ADSL oraz SDSL w rodzinie xDSL znajdziemy również

•

Integrated Services digital network DSL (IDSL) – połączenie DSL i ISDN

•

Very high bit rate DSL (VDSL) – ADSL o dużych prędk. np. 50Mb/sek: 12Mb/sek

•

Rate Adaptive DSL (RADSL) – ADSL w którym stosunek prędkości reguluje się

Page
36

xDSL (4)

In ADSL (Assymetrical DSL) there is a difference between

outgoing (upstream) and incoming (downstream) bitrate

• users usually require higher bitrates for the incoming (downstream)

direction

• thus in downstream direction xDSL offers much higher (x10 or more)

bitrate than for upstream transmissions

Basic SDLS (Symmetrical DSL) offers the same bitrates for both

directions of transmission

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

ś

ciąganie
danych

(downstream

)

ładowanie

danych

(upstream

)

Page
37

xDSL (5)

Systemy Teleinformatyczne w Transporcie Morskim

Ź

ródło: Vademecum Teleinformatyka III