ιαδίκτυα & Ενδοδίκτυα Η/Υ

Transcript

1 ιαδίκτυα & Ενδοδίκτυα Η/Υ (κεφ. 9) ροµολόγηση σε ίκτυα Μεταγωγής Κυκλώµατος Σηµατοδοσία Ελέγχου Λειτουργίες Σηµατοδοσίας Τοποθεσία Σηµατοδοσίας Σηµατοδοσία Κοινού Καναλιού Σύστηµα Σηµατοδοσίας Νο 7 Βιβλίο Μαθήµατος: Επικοινωνίες Υπολογιστών & εδοµένων, William Stallings, 6/e, ΕΥ - κεφ.9 (2/2) ρ Παύλος Θεοδώρου 1

2 ροµολόγηση σε ίκτυα Μεταγωγής Κυκλώµατος Πολλές συνδέσεις κυκλώµατος απαιτούν ένα µονοπάτι µέσω περισσότερων από έναν µεταγωγείς ύο απαιτήσεις στην αρχιτεκτονική του δικτύου ασκούν πίεση στην στρατηγική δροµολόγησης Αποδοτικότητα (Efficiency) Προσαρµοστικότητα (Resilience) Οι µεταγωγείς σε δηµόσια τηλεπικοινωνιακά δίκτυα οργανώνονταν σε δοµή δέντρου Η στατική δροµολόγηση δεν προσαρµόζεται σε µεταβαλλόµενες καταστάσεις Στη δυναµική δροµολόγηση οι αποφάσεις δροµολόγησης επηρεάζονται από τις τρέχουσες καταστάσεις κίνησης Οι κόµβοι µεταγωγής κυκλώµατος έχουν µία οµότιµη σχέση ο ένας µε τον άλλο και όχι ιεραρχική ΕΥ - κεφ.9 (2/2) ρ Παύλος Θεοδώρου 2

3 Εναλλακτική ροµολόγηση (Alternate Routing) Οι πιθανές διαδροµές ανάµεσα σε δύο τερµατικά κέντρα προκαθορίζονται Είναι ευθύνη του αρχικού µεταγωγέα να επιλέξει την κατάλληλη διαδροµή για κάθε κλήση Σε κάθε µεταγωγέα υπάρχει ένα σύνολο προσχεδιασµένων διαδροµών µε σειρά προτίµησης για κάθε προορισµό ιαφορετικό σύνολο προσχεδιασµένων διαδροµών χρησιµοποιείται για διαφορετικές χρονικές περιόδους της ηµέρας ΕΥ - κεφ.9 (2/2) ρ Παύλος Θεοδώρου 3

4 ιάγραµµα Εναλλακτικής ροµολόγησης από Χ στο Υ ΕΥ - κεφ.9 (2/2) ρ Παύλος Θεοδώρου 4

5 Λειτουργίες Σηµατοδοσίας Ελέγχου (1/2) Ακουστική επικοινωνία µε το συνδροµητή Ήχος εισερχόµενης κλήσης, σήµα κατειληµµένου, κτλ Μετάδοση του αριθµού που εκλήθη στα κέντρα µεταγωγής Μετάδοση πληροφορίας που δηλώνει ότι µία κλήση δε µπορεί να ολοκληρωθεί Μετάδοση πληροφορίας που δηλώνει ότι µία κλήση έχει τερµατιστεί ΕΥ - κεφ.9 (2/2) ρ Παύλος Θεοδώρου 5

6 Λειτουργίες Σηµατοδοσίας Ελέγχου (2/2) Σήµα που κάνει το τηλέφωνο να κουδουνίζει Μετάδοση πληροφορίας για σκοπούς χρέωσης Μετάδοση πληροφορίας που δίνει την κατάσταση του εξοπλισµού ή των τηλεπικοινωνιακών διαύλων µέσα στο δίκτυο Μετάδοση πληροφορίας για διάγνωση και αποµόνωση σηµείων του συστήµατος που έχουν βλάβη Έλεγχος ειδικού εξοπλισµού, όπως εξοπλισµό δορυφορικού καναλιού ΕΥ - κεφ.9 (2/2) ρ Παύλος Θεοδώρου 6

7 Ακολουθία Τηλεφωνικής Σηµατοδοσίας (1/2) Πριν το τηλεφώνηµα και τα δύο τηλέφωνα δεν είναι σε χρήση Ο συνδροµητής σηκώνει το ακουστικό Αυτόµατα µεταδίδεται ένα σήµα στον µεταγωγέα του τερµατικού κέντρου Ο µεταγωγέας σηµατοδοτεί στον συνδροµητή ότι µπορεί να κληθεί ο αριθµός Ο συνδροµητής καλεί τον αριθµό Αν ο καλούµενος συνδροµητής δεν είναι κατειληµµένος, ο µεταγωγέας κάνει το τηλέφωνο του να χτυπήσει ΕΥ - κεφ.9 (2/2) ρ Παύλος Θεοδώρου 7

8 Ακολουθία Τηλεφωνικής Σηµατοδοσίας (2/2) Ανάδραση στον συνδροµητή που κάλεσε Καλεί, κατειληµµένο, µήνυµα επανάκλησης Η καλούµενη πλευρά αποδέχεται την κλήση σηκώνοντας το ακουστικό Ο µεταγωγέας τερµατίζει το σήµα κλήσης (σήµα καλεί) όπως και το σήµα κουδουνίσµατος Ο µεταγωγέας αποκαθιστά τη σύνδεση ανάµεσα στους δύο συνδροµητές. Η σύνδεση ελευθερώνεται όταν ένας από τους δύο συνδροµητές κλείσει το ακουστικό ΕΥ - κεφ.9 (2/2) ρ Παύλος Θεοδώρου 8

9 Λειτουργίες Σηµατοδοσίας από Μεταγωγέα σε Μεταγωγέα Οι συνδροµητές συνδέονται σε διαφορετικούς µεταγωγείς Ο αρχικός µεταγωγέας καταλαµβάνει έναν κενό εσωτερικό του τηλεπικοινωνιακό δίαυλο Ο αρχικός µεταγωγέας στέλνει ένδειξη off-hook στον τηλεπικοινωνιακό δίαυλο και ζητά ψηφιακό καταχωρητή στο αποµακρυσµένο άκρο για να µεταδοθεί η διεύθυνση Ο τερµατικός µεταγωγέας στέλνει ένα off-hook που ακολουθείται από ένα on-hook σήµα, διαδικασία γνωστή ως «κλείσιµο του µατιού». Ο αρχικός µεταγωγέας στέλνει τα ψηφία της διεύθυνσης ΕΥ - κεφ.9 (2/2) ρ Παύλος Θεοδώρου 9

10 Σηµατοδοσία Ελέγχου Τηλεφωνικού ικτύου Μεταγωγής Κυκλώµατος ΕΥ - κεφ.9 (2/2) ρ Παύλος Θεοδώρου 10

11 Οµαδοποίηση Σηµατοδοσίας Ελέγχου Οι λειτουργίες των σηµάτων ελέγχου οµαδοποιούνται στις κατηγορίες Επίβλεψης, καθορίζουν αν ένας αναγκαίος πόρος είναι διαθέσιµος ιεύθυνσης, προσδιορίζουν έναν συνδροµητή Πληροφορίας κλήσης, ακουστικοί τόνοι που παρέχουν στο συνδροµητή πληροφορία σχετικά µε την κατάσταση µιας κλήσης ιαχείρισης δικτύου, χρησιµοποιούνται για την υποστήριξη, τον εντοπισµό και την επισκευή βλαβών του δικτύου ΕΥ - κεφ.9 (2/2) ρ Παύλος Θεοδώρου 11

12 Τοποθεσία Σηµατοδοσίας Μεταξύ συνδροµητή και το δίκτυο Καθορίζεται από τα χαρακτηριστικά της συσκευής του συνδροµητή και του µεταγωγέα Εσωτερικά στο δίκτυο ιαχείριση κλήσεων συνδροµητών και διαχείριση δικτύου Πολύπλοκο σύνολο από εντολές, απαντήσεις και παραµέτρους ΕΥ - κεφ.9 (2/2) ρ Παύλος Θεοδώρου 12

13 Ενδοκαναλική Σηµατοδοσία (1/2) Χρησιµοποιεί το ίδιο κανάλι για σηµατοδοσία και µεταφορά της τηλεφωνικής συνδιάλεξης εν απαιτούνται πρόσθετες υποδοµές µετάδοσης σηµατοδοσίας Εντός ζώνης σηµατοδοσία χρησιµοποιεί την ίδια ζώνη συχνοτήτων µε τα σήµατα φωνής Μεταδίδονται οπουδήποτε µπορούν να µεταδοθούν και τα σήµατα φωνής Είναι απίθανο να αποκατασταθεί µία κλήση σε ένα λάθος µονοπάτι φωνής ΕΥ - κεφ.9 (2/2) ρ Παύλος Θεοδώρου 13

14 Ενδοκαναλική Σηµατοδοσία (2/2) Σηµατοδοσία εκτός ζώνης Τα σήµατα φωνής δεν χρησιµοποιούν ολόκληρο το εύρος ζώνης των 4 khz που τους διατίθεται Μία ξεχωριστή στενή ζώνη σηµατοδοσίας που βρίσκεται µέσα στα 4 khz χρησιµοποιείται για την αποστολή σηµάτων ελέγχου Τα σήµατα ελέγχου µπορούν να σταλθούν είτε υπάρχουν είτε όχι σήµατα φωνής στη γραµµή Απαιτεί επιπλέον ηλεκτρονικά Οι ρυθµοί σηµατοδοσίας είναι µικρότεροι επειδή το σήµα περιορίζεται σε στενό εύρος ζώνης ΕΥ - κεφ.9 (2/2) ρ Παύλος Θεοδώρου 14

15 Μειονεκτήµατα Ενδοκαναλικής Σηµατοδοσίας Ορυθµός µεταφοράς πληροφορίας είναι σχετικά περιορισµένος Καθυστέρηση από την ώρα που ο συνδροµητής καλεί έναν αριθµό µέχρι τη στιγµή της σύνδεσης Τα προβλήµατα αυτά επιλύονται µε τη σηµατοδοσία κοινού καναλιού ΕΥ - κεφ.9 (2/2) ρ Παύλος Θεοδώρου 15

16 Σηµατοδοσία Κοινού Καναλιού (1/2) Τα σήµατα ελέγχου µεταφέρονται µέσω µονοπατιών τα οποία είναι ανεξάρτητα από τα κανάλια φωνής Ένα ανεξάρτητο µονοπάτι σηµάτων ελέγχου µπορεί να µεταφέρει τα σήµατα για έναν αριθµό καναλιών συνδροµητών Εποµένως είναι ένα κοινό κανάλι ελέγχου για αυτά τα κανάλια συνδροµητών ΕΥ - κεφ.9 (2/2) ρ Παύλος Θεοδώρου 16

17 Σηµατοδοσία Κοινού Καναλιού (2/2) ύο τρόποι λειτουργίας στη σηµατοδοσία κοινού καναλιού Συσχετιζόµενη λειτουργία Το κοινό κανάλι παρακολουθεί, σε όλο το µήκος του, τις µεταγώµενες οµάδες διαύλων που εξυπηρετούνται µεταξύ τερµατικών σηµείων Μη συσχετιζόµενη λειτουργία Το δίκτυο αυξάνεται µε επιπρόσθετους κόµβους Υπάρχουν δύο ξεχωριστά δίκτυα µε ζεύξεις ανάµεσά τους έτσι ώστε το τµήµα ελέγχου του δικτύου ασκεί έλεγχο στους κόµβους µεταγωγής που εξυπηρετούν κλήσεις συνδροµητών ΕΥ - κεφ.9 (2/2) ρ Παύλος Θεοδώρου 17

18 Ενδοκαναλική Σηµατοδοσία και Σηµατοδοσία Κοινού Καναλιού ΕΥ - κεφ.9 (2/2) ρ Παύλος Θεοδώρου 18

19 Λειτουργίες Σηµατοδοσίας Κοινού Καναλιού ΕΥ - κεφ.9 (2/2) ρ Παύλος Θεοδώρου 19

20 Σύστηµα Σηµατοδοσίας Νο 7 (Signaling System Number 7 - SS7) Το πιο ευρέως χρησιµοποιούµενο σχήµα σηµατοδοσίας κοινού καναλιού Χρησιµοποιείται στο ISDN Βελτιστοποιηµένο για ψηφιακά κανάλια των 64 kbps Έλεγχο κλήσης, αποµακρυσµένο έλεγχο, διαχείριση και συντήρηση Αξιόπιστο µέσο για τη µεταφορά πληροφορίας στη σωστή σειρά χωρίς απώλειες ή διπλά αντίτυπα Κατάλληλο για λειτουργία σε αναλογικά κανάλια και σε ταχύτητες κάτω των 64 kbps Χρησιµοποιείται σε σηµείο προς σηµείο βιοµηχανικές και δορυφορικές ζεύξεις ΕΥ - κεφ.9 (2/2) ρ Παύλος Θεοδώρου 20

21 SS7 Στοιχεία Σηµατοδοσίας ικτύου Σηµείο σηµατοδοσίας (signaling point - SP) Οποιοιδήποτε σηµείο στο δίκτυο σηµατοδοσίας ικανό να χειριστεί µηνύµατα ελέγχου SS7 Σηµείο µεταφοράς σήµατος (signal transfer point - STP) Ένα σηµείο σηµατοδοσίας που είναι ικανό να δροµολογεί µηνύµατα ελέγχου Επίπεδο ελέγχου (control plane) Υπεύθυνο για την αποκατάσταση και διαχείριση των συνδέσεων Επίπεδο πληροφορίας (information plane) Όταν αποκατασταθεί µία σύνδεση η πληροφορία µεταφέρεται από άκρο σε άκρο στο επίπεδο πληροφορίας ΕΥ - κεφ.9 (2/2) ρ Παύλος Θεοδώρου 21

22 Σηµατοδοσία SS7 και Σηµεία Μεταφοράς Πληροφορίας ΕΥ - κεφ.9 (2/2) ρ Παύλος Θεοδώρου 22

23 οµές Σηµατοδοσίας ικτύου Ικανότητες του STP περιλαµβάνουν : Αριθµό των ζεύξεων σηµατοδοσίας που µπορεί να χειριστεί Χρόνο µεταφοράς του µηνύµατος σηµατοδοσίας ιαµετακοµιστική χωρητικότητα (throughput capacity) Απόδοση δικτύου περιλαµβάνει: Αριθµό των SPs Καθυστερήσεις σηµατοδοσίας ιαθεσιµότητα και αξιοπιστία Η ικανότητα του δικτύου να παρέχει υπηρεσίες σε περίπτωση αποτυχίας του STP ΕΥ - κεφ.9 (2/2) ρ Παύλος Θεοδώρου 23

24 ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ (1/4) 9.1. Υποθέστε ότι η ταχύτητα διάδοσης σε µία αρτηρία TDM είναι 0,8 c, το µήκος της είναι 10 m και ο ρυθµός δεδοµένων είναι 500 Mbps. Πόσα bit πρέπει να µεταδοθούν σε µία χρονοθυρίδα για να επιτύχουµε βαθµό χρήσης 99 % ; Απάντηση C = 3 x 10 8 m/sec Καθυστέρηση διάδοσης = 10m/(0.8 x 3 x 10 8 m/sec) = 4.17 x 10 8 sec Για βαθµό χρήσης 99 % η ταχύτητα διάδοσης ανα χρονοθυρίδα πρέπει να είναι 99 % της καθυστέρηση διάδοσης Άρα ταχύτητα διάδοσης = 4.13 x 10-6 sec Αριθµός bit / χρονοθυρίδα = 4.13 x 10-6 sec x 500 x 10 6 bps = 2065 bits ΕΥ - κεφ.9 (2/2) ρ Παύλος Θεοδώρου 24

25 ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ (2/4) 9.2. Θεωρείστε ένα απλό τηλεφωνικό δίκτυο που αποτελείται από δύο τερµατικά κέντρα έναν ενδιάµεσο µεταγωγέα έναν αµφίδροµο τηλεπικοινωνιακό δίαυλο του 1 MHz ανάµεσα σε κάθε τερµατικό κέντρο και τον ενδιάµεσο µεταγωγέα. Το µέσο τηλέφωνο χρησιµοποιείται για να κάνει 4 κλήσεις κάθε 8 ώρες σε κάθε εργάσιµη µέρα, µε µέση διάρκεια κλήσης 6 λεπτά. Το εύρος ζώνης του κάθε τηλεφωνικού κυκλώµατος (καναλιού) είναι 4 khz. Ποιος είναι ο µέγιστος αριθµός τηλεφώνων που µπορεί να υποστηρίξει ένα τερµατικό κέντρο; Απάντηση Κάθε τηλέφωνο κάνει 4/8 = 0,5 κλήσεις / ώρα µε µέση διάρκεια κλήσης 6 λεπτά Άρα το κάθε τηλέφωνο απασχολεί ένα κύκλωµα για 3 λεπτά ή 20 τηλέφωνα µοιράζονται ένα κύκλωµα για µία ώρα Ο τηλεπικοινωνιακός δίαυλος έχει 10-6 / (4 x 10 3 ) = 250 κανάλια Με 20 τηλέφωνα ανά κανάλι το τερµατικό κέντρο στηρίζει 250 x 20 = 5000 τηλέφωνα ΕΥ - κεφ.9 (2/2) ρ Παύλος Θεοδώρου 25

26 ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ (3/4) 9.3. Θα ήταν εφικτό να έχουµε µία υλοποίηση µεταγωγής κυκλώµατος αντί για µεταγωγή πακέτου για το SS7; Ποια θα ήταν τα πλεονεκτήµατα για µία τέτοια υλοποίηση; Απάντηση Το SS7 µπορεί να υλοποιηθεί µε µεταγωγή κυκλώµατος και µάλιστα αυτό θα έχει ως αποτέλεσµα την ελάχιστη καθυστέρηση για την µεταφορά πληροφορίας ελέγχου. Ωστόσο, θα χρειάζεται περισσότερος χρόνος για την εγκατάσταση του κυκλώµατος αν το κύκλωµα δεν είναι µόνιµο. ΕΥ - κεφ.9 (2/2) ρ Παύλος Θεοδώρου 26

27 ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ (4/4) 33 [Tanenbaum, κεφ. 2, ίκτυα Υπολογιστών]. Συγκρίνετε την καθυστέρηση κατά την αποστολή ενός µηνύµατος των xbitµέσω ενός µονοπατιού κ βηµάτων (hops) σε α) δίκτυο µεταγωγής κυκλώµατος και β) σε µη υπερφορτωµένο δίκτυο µεταγωγής πακέτου. Ο χρόνος εγκατάστασης κυκλώµατος είναι s sec Ο χρόνος διάδοσης ανα βήµα(hop) είναι d sec Το µέγεθος πακέτου είναι p bit Ο ρυθµός δεδοµένων είναι b bps Κάτω από ποιες προϋπόθεσης παρουσιάζει το δίκτυο µεταγωγής πακέτου χαµηλότερη καθυστέρηση; Απάντηση Mε µεταγωγή κυκλώµατος Τη χρονική στιγµή t = s έχουµε εγκατάσταση του κυκλώµατος Τη χρονική στιγµή t = s + x/b αποστέλλεται και το τελευταίο bit Τη χρονική στιγµή t = s + x/b + kd όλο το µήνυµα φτάνει στον προορισµό του Mε µεταγωγή πακέτου Τη χρονική στιγµή t = x/b αποστέλλεται και το τελευταίο bit Γι να φτάσει στον προορισµό του το τελευταίο πακέτο πρέπει να περάσει µέσα από κ-1 ενδιάµεσους κόµβους. Κάθε επανεκποµπή πακέτου από τους κόµβους κρατάει p/b sec Τη χρονική στιγµή t = x/b + (k-1)p/b + kd όλο το µήνυµα φτάνει στον προορισµό του. Άρα η µεταγωγή πακέτου θα είναι γρηγορότερη αν s > (k-1)p/b ΕΥ - κεφ.9 (2/2) ρ Παύλος Θεοδώρου 27

28 Ύλη προς Μελέτη Επικοινωνίες Υπολογιστών & εδοµένων, κεφ.9 Ιστοσελίδα της ITU-T Ιστοσελίδες τηλεφωνικών εταιριών web sites (κυρίως προϊόντα παροχής και ISDN) ΕΥ - κεφ.9 (2/2) ρ Παύλος Θεοδώρου 28