Prezentacja multimedialna
współfinansowana przez Unię Europejską
w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
w projekcie
 Innowacyjna dydaktyka bez ograniczeń
Tomasz Kacprzak
 zintegrowany rozwój Politechniki A
ódzkiej 
zarządzanie Uczelnią,
nowoczesna oferta edukacyjna
Systemy i sieci
i wzmacniania zdolności do zatrudniania
telekomunikacyjne osób niepełnosprawnych
Zadanie nr 30  Dostosowanie kierunku Elektronika i Telekomunikacja
do potrzeb rynku pracy i gospodarki opartej na wiedzy
90-924 A
ódz
, ul. Żeromskiego 116,
tel. [phone]
www.kapitalludzki.p.lodz.pl
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Systemy i sieci telekomunikacyjne
Kierunek studiów: elektronika i telekomunikacja
studia stopnia I - inżynierskie
sem VII (V)
Tomasz Kacprzak
Technical University of A
ódz

Institute of Electronics
Ul. Wólczańska 211/215, 3 piętro, pok. 317b
90-924 A
ódz

e-mail: tomasz.kacprzak@.p.lodz.pl
tel: [phone]
Systemy i sieci telekomunikacyjne, Tomasz Kacprzak, 2011/2012 - wykład 7
2
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Systemy i sieci telekomunikacyjne
Wykład 7
Systemy i sieci telekomunikacyjne, Tomasz Kacprzak, 2011/2012 - wykład 7
3
Przełączanie obwodów
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
H1
R1
R4
n obwodów,
np. SDM, TDM,
FDM
R2
R3
H2
Systemy i sieci telekomunikacyjne, Tomasz Kacprzak, 2011/2012 - wykład 7
4
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
" Obwód w łączu jest realizowany za pomocą metody multipleksacji
(zwielokrotnienia), która jest sposobem wykorzystania jednego
fizycznego medium przez wielu użytkowników.
multiplekser
demultiplekser
.
medium
.
.
transmisyjne
.
.
.
" Najważniejsze rodzaje multipleksacji:
- przestrzenna (Space Division Multiplexing, SDM)
- z podziałem czasu (Time Division Multiplexing, TDM)
- z podziałem częstotliwości (Frequency Division
Multiplexing, FDM).
Systemy i sieci telekomunikacyjne, Tomasz Kacprzak, 2011/2012 - wykład 7
5
Komutacja przestrzenna, SDM
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
" Najprostszy
komutator
przestrzenny typu
matrycowego.
" Taki komutator
jest zainstalowany
np. w centralach
telefonicznych
starego typu.
Systemy i sieci telekomunikacyjne, Tomasz Kacprzak, 2011/2012 - wykład 7
6
Multipleksacja czasowa, TDM
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
" Jeżeli przepustowość maksymalna łącza pomiędzy
dwoma ruterami wynosi C bitów/sek., to każdy obwód
ma do dyspozycji przepustowość C/n.
" Każdy obwód okresowo podczas krótkich odcinków
czasu, tzw. szczelin czasowych, dysponuje całą
dostępną przepustowością.
szczelina
czasowa nr 2
ramka ramka
kierunek
TS
TS TS TS TS TS TS TS TS TS TS TS TS
transmisji
n
0 n 4 3 2 1 0 4 3 2 1 0
Systemy i sieci telekomunikacyjne, Tomasz Kacprzak, 2011/2012 - wykład 7
7
Multipleksacja częstotliwościowa, FDM
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
" Każdemu obwodowi
nieprzerwanie jest
przydzielana część
przepustowości łącza
(jego pojemności C,
czyli C/n).
fn
//
łącze
f3
f2
f1
Systemy i sieci telekomunikacyjne, Tomasz Kacprzak, 2011/2012 - wykład 7
8
Przykładowe obliczenia
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
" Policzymy, ile czasu zajmie wysłanie za pośrednictwem
sieci z przełączaniem obwodów z hosta H1 do hosta H2
pliku o rozmiarze 640 000 bitów metodą multipleksacji
czasowej. Czas zestawiania połączenia 0.5 s.
" Ramka zawiera 24 szczeliny czasowe, n = 24.
" Przepustowość maksymalna łącza pomiędzy ruterami
(pojemność łącza) wynosi C = 1.536 Mb/s.
" Przepustowość pojedynczego obwodu:
C/n = (1.536 Mb/s) / 24 = 64 kb/s
" Czas transmisji pliku L = 640 000 bitów:
L/C = 640 000 bitów / 64000 b/s = 10 s
" A
ączny czas wysyłania pliku 0.5 + 10 = 10.5 sek. i jest
niezależny od liczby aktywnych obwodów.
Systemy i sieci telekomunikacyjne, Tomasz Kacprzak, 2011/2012 - wykład 7
9
Przełączanie pakietów
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Kolejka pakietów
H1
oczekująca na zwolnienie
łącza wyjściowego
R2
A
ącze wyjściowe
H2
1.5 Mb/s
R1
R3
Transmisja buforowana
w przełączniku
H3
Systemy i sieci telekomunikacyjne, Tomasz Kacprzak, 2011/2012 - wykład 7
10
Transmisja buforowana
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
" Przełącznik musi odebrać cały pakiet przed
rozpoczęciem wysyłania do łącza wyjściowego jego
pierwszego bitu.
Problem:
" Ile czasu zajmie przesłanie między hostami np. H1 i H3 pakietu o
rozmiarze L bitów.
" Załóżmy że oba hosty są połączone N łączami i każde z nich działa
z szybkością R bitów/s.
" Pakiet jest najpierw przesyłany z hosta H1 pierwszym łączem, co
zajmuje L/R sekund.
" Następnie trzeba przeprowadzić transmisję przez N-1 pozostałych
łączy.
" Pakiet będzie zatem zapisany i przekazany N-1 razy, zatem łączne
opóz
nienie buforowania: NL/R sekund.
Systemy i sieci telekomunikacyjne, Tomasz Kacprzak, 2011/2012 - wykład 7
11
Opóz
nienie buforowania
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
" Do przełącznika dochodzi wiele łączy transmitujących
pakiety.
" Jeżeli łącze wyjściowe jest zajęte transmisją innego pakietu,
wtedy nadchodzące pakiety muszą czekać w kolejce.
" Opóz
nienie kolejkowania jest zmienne i zależne od
charakteru (parametrów statystycznych) ruchu wejściowego
do przełącznika.
" Gdy bufor kolejkowania zostanie całkowicie wypełniony
pakietami, nowe pakiety nadchodzące będą tracone.
opóz
nienie wykorzystanie implementacja
zasobów
Przełączanie obwodów stałe małe skomplikowana (droga)
Przełączanie pakietów zmienne dobre łatwa (tania)
Systemy i sieci telekomunikacyjne, Tomasz Kacprzak, 2011/2012 - wykład 7
12
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Dlaczego przełączanie pakietów jest efektywniejsze ?
" N użytkowników korzysta ze wspólnego łącza C =1 Mb/s.
" Każdy użytkownik generuje dane z szybkością 100 kb/s,
a jego profil aktywności jest następujący:
10% aktywny 90% nieaktywny
" Rozpatrzymy efektywność transmisji użytkowników w
dwóch przypadkach: sieci z przełączaniem obwodów i w
sieci z przełączaniem pakietów.
Systemy i sieci telekomunikacyjne, Tomasz Kacprzak, 2011/2012 - wykład 7
13
Przełączanie obwodów TDM
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
" Przepustowość 100 kb/s musi być zarezerwowana dla
pojedynczego użytkownika przez cały czas połączenia.
" Multipleksacja czasowa: ramkę o czasie trwania 1
sekundy podzielimy na szczeliny 100 ms.
" W ramce jest zatem 10 szczelin czasowych, każda dla
jednego z 10 użytkowników, czyli N = 10.
" Czas transmisji jednego bitu w łączu międzywęzłowym
jest:
Tb = 1/C = 1/1 Mb/s = 10-6 s = 1 m�s/bit.
" W czasie trwania jednej szczeliny użytkownik prześle
100 ms / 1 m�s = 100 000 bitów
" Ponieważ okres powtarzania szczeliny jest równy 1 s, to
użytkownik transmituje z szybkością 100 kb/s.
Systemy i sieci telekomunikacyjne, Tomasz Kacprzak, 2011/2012 - wykład 7
14
Przełączanie pakietów
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
" Prawdopodobieństwo, że określony użytkownik jest
aktywny wynosi 0.1.
" Załóżmy, że jest 35 użytkowników.
" Prawdopodobieństwo, że w tej samej chwili jest
aktywnych 11 lub więcej użytkowników jest równe około:
P(X > 11) @� 0.0004
" Gdy jednocześnie aktywnych jest 10 lub mniej
użytkowników, to szybkość z jaką będą wysyłane dane
będzie równa lub mniejsza od pojemności łącza 1 Mb/s.
" Ten stan jest wysoce prawdopodobny, ponieważ:
P(X d" 10) @� 0.9996
" W tym przypadku przełączanie pakietów zapewnia taką
samą wydajność jak przełączanie obwodów.
" Jednak umożliwia obsługę ponad trzykrotnie więcej
Systemy i sieci telekomunikacyjne, Tomasz Kacprzak, 2011/2012 - wykład 7
użytkowników !
15
Kolejny przykład
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
" Załóżmy, że jest 10 użytkowników.
" Jeden z nich generuje nagle 1000 pakietów 1000
bitowych:
1000 bitów
użytkownik X
Razem paczka 1
miliona bitów
1000 pakietów
czas
pozostali użytkownicy
Przełączanie obwodów z multipleksacją czasową TDM
" Tworzymy ramkę złożoną z 10 szczelin, każda o czasie
trwania transmisji 1000 bitów, tzn.
1 m�s/bit x 1000 bitów = 1 ms.
Systemy i sieci telekomunikacyjne, Tomasz Kacprzak, 2011/2012 - wykład 7
16
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
" Czas trwania ramki jest 1 ms x 10 = 10 ms.
" W czasie trwania jednej ramki jest przesyłany tylko
jeden pakiet.
" Zatem do przesłania 1000 pakietów potrzeba czasu:
10 ms x 1000 = 10 000 ms = 10 sekund.
Przełączanie pakietów
" Ponieważ jest aktywny tylko jeden użytkownik, zajmuje
całą przepustowość łącza i paczka 1000 pakietów
zostanie przesłana w ciągu:
1 000 000 bitów / 1 000 000 b/s = 1 sekundy.
Systemy i sieci telekomunikacyjne, Tomasz Kacprzak, 2011/2012 - wykład 7
17
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Zasadnicze różnice pomiędzy przełączaniem
obwodów a przełączaniem pakietów
" Przełączanie obwodów  odgórnie decyduje o
wykorzystaniu łącza, niezależnie od zapotrzebowania
" Przełączanie pakietów  przydziela przepustowość
łącza na żądanie - multipleksacja statystyczna.
Systemy i sieci telekomunikacyjne, Tomasz Kacprzak, 2011/2012 - wykład 7
18
Opóz
nienia w sieciach
z przełączaniem pakietów
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Kolejka pakietów
H1
oczekująca na zwolnienie
łącza wyjściowego
R2
H2 R1
Co dzieje się z pakietem docierającym do węzła R1 ?
1. Ruter R1 sprawdza nagłówek i identyfikuje łącze
wyjściowe  opóz
nienie przetwarzania Tp.
2. Jeżeli w buforze interfejsu wyjściowego pakiety oczekują
na transmisję, pakiet jest umieszczony na końcu kolejki 
opóz
nienie kolejkowania Tk.
Systemy i sieci telekomunikacyjne, Tomasz Kacprzak, 2011/2012 - wykład 7
19
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
3. Po czasie oczekiwania w kolejce na zwolnienie łącza,
pakiet jest transmitowany przez interfejs łącza
wyjściowego, trwa to L/C sekund, gdzie L  długość
pakietu w bitach  opóz
nienie transmisji Tt.
4. Następnie kolejne bity pakietu propagują się w
medium transmisyjnym. Czas propagacji zależy od
fizycznej długości łącza i technologii jego wykonania
(kabel, światłowód, fala radiowa)  opóz
nienie
propagacji Tpr.
Całkowite opóz
nienie od węzła do węzła:
Tc = Tp + Tk + Tt + Tpr
Systemy i sieci telekomunikacyjne, Tomasz Kacprzak, 2011/2012 - wykład 7
20
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Protokół internetowy IP
" Jeden z najważniejszych protokołów funkcjonowania
sieci transmisji danych, ponieważ jest
zaimplementowany w każdym hoście (komputerze
końcowym użytkownika) i w każdym ruterze.
" Jest też bardzo złożonym protokołem, ponieważ
odpowiada za wybór trasy transmisji datagramów,
ruting.
Systemy i sieci telekomunikacyjne, Tomasz Kacprzak, 2011/2012 - wykład 7
21
Warstwa sieci Warstwa sieci
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
warstwa łącza danych warstwa łącza danych
Warstwa sieci
warstwa fizyczna warstwa fizyczna
warstwa łącza danych
warstwa fizyczna
R3
R1
R4
WAN
H1
warstwa aplikacji
warstwa transportowa
LAN 1
Warstwa sieci
LAN 2 R2
warstwa łącza danych
warstwa fizyczna
warstwa aplikacji
warstwa transportowa
H2
Warstwa sieci
warstwa łącza danych
warstwa fizyczna
Systemy i sieci telekomunikacyjne, Tomasz Kacprzak, 2011/2012 - wykład 7
22
OSI Model
Encapsulation
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
kapsułkowanie
Commonly used applications: file
Application Layer
transfer, directory services, www,
7 7
virtual terminal, etc.
Encryption, compression,
Presentation Layer
6 6
security, format conversion
Supervision of connection
Session Layer
5 5
between end systems
Segmentation, flow control, error
control, end-to-end transmission
4 4
Transport Layer
segment
of packets
Routing, guides the packets from
3 3
Network Layer
their source to their destination
pakiet
Packet delivery service between
Data Link Layer
2 2
nodes attached to the same
ramka
physical link
Delivers bits
Physical Layer
1 1
strumień bitów
Systemy i sieci telekomunikacyjne, Tomasz Kacprzak, 2011/2012 - wykład 7
23
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
nagłówek
dane
Segment Transportowa
Datagram
Sieci
nagłówek dane
pakiet
A
ącza danych
dane
nagłówek
Ramka
Systemy i sieci telekomunikacyjne, Tomasz Kacprzak, 2011/2012 - wykład 7
24
Budowa datagramu IP
32
1
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Długość
Wersja
Typ usługi Długość całkowita
nagłówka
4 bity
8 bitów 16 bitów
4 bity
Identyfikacja Przesunięcie
DF
RF MF
16 bitów fragmentów, 13bitów
Czas życia TTL Protokół Suma kontrolna
8 bitów 8 bitów 16 bitów
Adres z
ródłowy
32 bitów
Adres docelowy
32 bitów
Opcje nagłówka
Dane
Systemy i sieci telekomunikacyjne, Tomasz Kacprzak, 2011/2012 - wykład 7
25
Datagram IP
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
" Typ usługi TOS (Type of Service)  informuje ruter w
jaki sposób datagram powinien być traktowany pod
względem szybkości i niezawodności dostarczenia.
Aplikacja TOS wartość
Telnet minimalne opóz
nienie 1000
FTP minimalne opóz
nienie 1000
SMTP max. przepustowość 0100
" Inne kombinacje bitów wartość sygnalizują ruterowi
np. maksymalizację niezawodności czy minimalizację
kosztów.
" Bity 6 i 7 pola TOS używane są do powiadamiania
rutera o zatorach w sieci.
Systemy i sieci telekomunikacyjne, Tomasz Kacprzak, 2011/2012 - wykład 7
26
Datagram IP
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
" Długość całkowita  pozwala na ustawienie długości
datagramu maksymalnie 65 535 bajtów.
" Identyfikacja  używana do skompletowania datagramu
jeżeli przed wysłaniem został pofragmentowany.
" Bity znaczników:
1. RF  reserved, zarezerwowany do użycia w przyszłości,
np. IPv6.
2. DF  do not fragment, bit jest ustawiany jeśli odbiorca
nie jest w stanie skompletować fragmentów. Informuje
rutery, że nie mogą dzielić datagramu.
3. MF  more fragments, wszystkie fragmenty, poza
ostatnim, mają bit 1.
Systemy i sieci telekomunikacyjne, Tomasz Kacprzak, 2011/2012 - wykład 7
27
Datagram IP
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
" Przesunięcie fragmentu  wartość całkowita, określająca
położenie bieżącego fragmentu wewnątrz datagramu.
" Czas życia TTL  time to live, za każdym razem gdy
datagram przechodzi przez ruter TTL jest zmniejszane o 1.
Maksymalnie 255.
" Protokół  pole to łączy warstwę IP z warstwą
transportową. Zawiera liczbę identyfikującą protokół
transportowy, np. UDP  17, TCP  6.
" Suma kontrolna nagłówka  prosta funkcja obliczana na
podstawie wszystkich bajtów nagłówka. Jeśli wartość
sumy kontrolnej jest niewłaściwa, datagram jest
odrzucany.
Systemy i sieci telekomunikacyjne, Tomasz Kacprzak, 2011/2012 - wykład 7
28
Datagram IP
Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
" Pola opcjonalne  do wykorzystania w przyszłości,
np. informacje o trasie rutingu, aspektach
bezpieczeństwa, szyfrowanie, informacje o
przeciążeniu sieci, itp.
Systemy i sieci telekomunikacyjne, Tomasz Kacprzak, 2011/2012 - wykład 7
29
Prezentacja multimedialna
współfinansowana przez Unię Europejską
w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
w projekcie
 Innowacyjna dydaktyka bez ograniczeń
Tomasz Kacprzak
 zintegrowany rozwój Politechniki A
ódzkiej 
zarządzanie Uczelnią,
nowoczesna oferta edukacyjna
Systemy i sieci
i wzmacniania zdolności do zatrudniania
telekomunikacyjne osób niepełnosprawnych
Zadanie nr 30  Dostosowanie kierunku Elektronika i Telekomunikacja
do potrzeb rynku pracy i gospodarki opartej na wiedzy
90-924 A
ódz
, ul. Żeromskiego 116,
tel. [phone]
www.kapitalludzki.p.lodz.pl