ΕΥΡΥΖΩΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ (βασικά στοιχεία)

ΑΝΩΤΑΤΗ ΣΧΟΛΗ ΠΑΙΔΑΓΩΓΙΚΗΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ (Α.Σ.ΠΑΙ.Τ.Ε.) Τμήμα Εκπαιδευτικών Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Εκπαιδευτικών Ηλεκτρονικών Μηχανικών Δρ. Γερ. Κ. Παγιατάκης Αναπληρωτής Καθηγητής Α.Σ.ΠΑΙ.ΤΕ. ΕΥΡΥΖΩΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ (βασικά στοιχεία) 1. ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΚΑΙ ΥΠΗΡΕΣΙΕΣ ΠΟΛΥΜΕΣΩΝ 2. ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΜΕΤΑΓΩΓΗΣ 3. ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΕΣ ΔΙΚΤΥΩΝ ΕΥΡΕΙΑΣ ΖΩΝΗΣ (ΤΟ ΔΙΚΤΥΟ B-ISDN) 4. ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΗΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ATM ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΑΝΑΦΟΡΑΣ ΤΟΥ B-ISDN 5. Η ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ETHERNET ΣΤΑ ΔΙΚΤΥΑ ΚΟΡΜΟΥ (METRO-ETHERNET) 6. ΔΙΚΤΥΑ ΠΡΟΣΒΑΣΗΣ (ΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ) 2015

1. ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΚΑΙ ΥΠΗΡΕΣΙΕΣ ΠΟΛΥΜΕΣΩΝ 1.1. Κατηγορίες υπηρεσιών Σύμφωνα με τη σύσταση F.700 της ITU-T, εφαρμογή (υπηρεσία) πολυμέσων είναι η εφαρμογή (υπηρεσία) που απαιτεί τη συσχετισμένη χρήση δύο ή περισσότερων τύπων (μέσων) πληροφορίας (φωνής, εικόνας, δεδομένων) 1. Σύμφωνα με τη σύσταση Ι.211 της ITU-T, οι υπηρεσίες πολυμέσων κατηγοριοποιούνται ως εξής: Διαδραστικές (interactive) υπηρεσίες (ή υπηρεσίες με αλληλεπίδραση). Η κατηγορία αυτή περιλαμβάνει τις παρακάτω υποκατηγορίες: Υπηρεσίες διαλόγου (interactive conversational services) 2 : Οι υπηρεσίες αυτές προβλέπουν αμφίδρομη επικοινωνία σε πραγματικό χρόνο. Αντιπροσωπευτικά παραδείγματα (με αυξανόμενο βαθμό δυσκολίας) είναι η τηλεφωνία, η εικονοτηλεφωνία, η τηλεδιάσκεψη και οι on-line συνδέσεις (π.χ. on-line games) 3. Υπηρεσίες ανταλλαγής μηνυμάτων (interactive messaging services): Οι υπηρεσίες αυτές είναι αμφίδρομες αλλά όχι πραγματικού χρόνου. Χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελεί το ηλεκτρονικό ταχυδρομείο (e-mail). Υπηρεσίες ανάκτησης πληροφορίας (interactive retrieval services) 4 : Οι υπηρεσίες αυτές είναι αμφίδρομες αλλά η συρρευματική κίνηση (downloading, κατεύθυνση «δίκτυο χρήστης») έχει σημαντικά μεγαλύτερο ρυθμό μετάδοσης από την αντιρευματική κίνηση (uploading, κατεύθυνση «χρήστης δίκτυο»). Αντιπροσωπευτικά παραδείγματα είναι το «video κατ απαίτηση» ( Video on Demand VoD) και η λήψη τηλεοπτικών προγραμμάτων. 1 Εναλλακτικά μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι όροι «πολυμεσική» ή «ευρυζωνική» εφαρμογή ή υπηρεσία. Υπό την έννοια αυτή, ως ευρυζωνικό χαρακτηρίζεται ένα δίκτυο που είναι σε θέση να παρέχει τέτοιου είδους υπηρεσίες. Παρ όλο που, βάσει του συγκεκριμένου ορισμού, υπηρεσίες όπως η τηλεφωνία, η κινητή τηλεφωνία, η τηλετυπία (telex), η τηλεομοιοτυπία (fax) κ.α. δεν συμπεριλαμβάνονται στις πολυμεσικές υπηρεσίες (αφού διαχειρίζονται μόνον έναν τύπο πληροφορίας), ένα ευρυζωνικό δίκτυο θα πρέπει να είναι σε θέση να παρέχει με ενιαίο και ορθολογικό τρόπο όλες τις τηλεπικοινωνιακές υπηρεσίες ανεξαρτήτως τύπου. 2 Οι υπηρεσίες διαλόγου, συμπίπτουν, σε μεγάλο βαθμό με τις επιλεγόμενες (dial-up) υπηρεσίες (με εξαίρεση τις on-line συνδέσεις που, τις περισσότερες φορές, συνιστούν υπηρεσία δεδομένων). Χαρακτηριστικό των επιλεγόμενων υπηρεσιών είναι η εφαρμογή τεχνικών μεταγωγής κυκλώματος (βλ. ενότητα 2.2). 3 Οι υπηρεσίες ανταλλαγής μηνυμάτων, συμπίπτουν, σε μεγάλο βαθμό με τις υπηρεσίες δεδομένων (data). Χαρακτηριστικό των υπηρεσιών δεδομένων είναι η εφαρμογή τεχνικών μεταγωγής πακέτου (βλ. ενότητα 2.3). 4 Οι υπηρεσίες ανάκτησης πληροφορίας και οι υπηρεσίες κατανεμημένης μετάδοσης συναποτελούν τις υπηρεσίες ευρυεκπομπής (broadcasting services). Οι υπηρεσίες αυτές είναι, συνήθως, σταθεροζευκτικές (δεν εφαρμόζονται τεχνικές μεταγωγής). Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ευρυζωνικές Επικοινωνίες (βασικά στοιχεία) 1

Υπηρεσίες κατανεμημένης μετάδοσης (distribution services) 5 : Οι υπηρεσίες αυτές είναι, κατά κύριο λόγο, μίας κατεύθυνσης (μονόφορες), ο δε χρήστης έχει περιορισμένη ή και καθόλου δυνατότητα παρέμβασης στο δίκτυο. Αντιπροσωπευτικά παραδείγματα είναι το «video σχεδόν κατ απαίτηση» ( near Video on Demand near VoD), η ψηφιακή ευρυεκπομπή (broadcasting) κινηματογραφικών ταινιών κλπ. Από τις παραπάνω υπηρεσίες: Οι υπηρεσίες διαλόγου (τηλεφωνία, εικονοτηλεφωνία, τηλεδιάσκεψη, παιγνίδια online) υλοποιούνται με σχετικά χαμηλούς ρυθμούς μετάδοσης (τυπικά 64, 128, 512 kb/s, 2 Mb/s αντιστοίχως) και χαμηλές απαιτήσεις για τον BER (10 4 10 5 ) (6), θέτουν όμως πολύ αυστηρές απαιτήσεις για την καθυστέρηση (πρέπει να είναι αρκετά μικρότερη των 100 ms). Οι υπηρεσίες ανταλλαγής μηνυμάτων, συνήθως απαιτούν υψηλό ρυθμό μετάδοσης (άνω των 2 Mbit/s) και εξαιρετικά χαμηλό BER (10 9 10 12 ) όμως οι απαιτήσεις για την καθυστέρηση είναι χαμηλές. Οι υπηρεσίες άντλησης πληροφοριών (π.χ. VoD) και κατανεμημένης μετάδοσης απαιτούν σχετικά υψηλό ρυθμό μετάδοσης (2 4 Mbit/s), εξαιρετικά χαμηλό BER (κάτω του 10 9 ) ενώ η καθυστέρηση (αν και μπορεί να είναι της τάξης των sec) πρέπει να είναι ομοιόμορφη. Βλέπε: Ι. Βενιέρης, Δίκτυα Ευρείας Ζώνης, ενότητες 1.1 και 1.1.1. 1.2. Απαιτήσεις για το δίκτυο Ένα ευρυζωνικό δίκτυο θα πρέπει να είναι σε θέση να χειρίζεται και να παρέχει όλων των ειδών της τηλεπικοινωνιακές υπηρεσίες ανεξάρτητα με τον τύπο ή τους τύπους πληροφορίας (φωνή, εικόνα, δεδομένα) που μπορεί να απαρτίζουν την υπηρεσία. Ο πομπός, σε μια ευρυζωνική σύνδεση, μπορεί να λειτουργεί με δύο διαφορετικούς τρόπους: 1 ος τρόπος: Πολυπλέκει τις επιμέρους πληροφορίες (π.χ. φωνή εικόνα, δεδομένα) που συνθέτουν την υπηρεσία δημιουργώντας ένα ενιαίο σήμα (ροή) το οποίο διοχετεύει στο δίκτυο. Για παράδειγμα, η εικόνα, ο αντίστοιχος ήχος και τα δεδομένα συνθέτουν ένα ενιαίο τηλεοπτικό σήμα το οποίο και διοχετεύεται σε συγκεκριμένο κύκλωμα. 5 Η βασική διαφορά μεταξύ των υπηρεσιών ανάκτησης πληροφορίας και των υπηρεσιών κατανεμημένης μετάδοσης εντοπίζεται στη δυνατότητα παρέμβασης του χρήστη (που, στις υπηρεσίες κατανεμημένης μετάδοσης, είναι σχεδόν ανύπαρκτη). 6 Η παράμετρος BER (Bit-Error-Rate ή ρυθμός δυφιακών σφαλμάτων) εκφράζει το ποσοστό εσφαλμένων bits που λαμβάνει ο δέκτης. Π.χ. ΒΕR = 10 4 = 1/10000 σημαίνει ότι, κατά μέσο όρο, 1 από τα 10000 bits που λαμβάνει ο δέκτης είναι εσφαλμένο. Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ευρυζωνικές Επικοινωνίες (βασικά στοιχεία) 2

2 ος τρόπος: Δημιουργεί επιμέρους σήματα (ροές) τα οποία διοχετεύει σε ξεχωριστά κυκλώματα. Τα επιμέρους σήματα είναι μεταξύ τους συσχετισμένα, τους δε μηχανισμούς για την αναγνώριση και το χειρισμό των συσχετισμένων σημάτων τους παρέχει το δίκτυο. Ο δέκτης λαμβάνει τα επιμέρους σήματα και, βάσει του συσχετισμού τους, συνθέτει τη συνολική τηλεπικοινωνιακή υπηρεσία. Για παράδειγμα, τα τρία (3) σήματα (εικόνα, ήχος, δεδομένα που απαρτίζουν ένα ψηφιακοποιημένο τηλεοπτικό σήμα) μπορεί να διοχετεύονται σε τρία (3) διαφορετικά κυκλώματα και, στη συνέχεια, να συνδυάζονται στο δέκτη (βάσει των πληροφοριών συσχέτισης που έχουν μεταφερθεί από το δίκτυο) ανασυνθέτοντας το συνολικό τηλεοπτικό σήμα. Γενικά, ένα ευρυζωνικό δίκτυο (δηλαδή ένα δίκτυο κατάλληλο για την υποστήριξη πολυμεσικών υπηρεσιών) πρέπει να ικανοποιεί τις παρακάτω γενικές απαιτήσεις 7 : Το δίκτυο να μπορεί να χειρίζεται υπηρεσίες με διαφορετικό και δυναμικά καθοριζόμενο εύρος ζώνης (ακριβέστερα, ρυθμό μετάδοσης), με διαφορετικές απαιτήσεις για καθυστέρηση και με διαφορετικές απαιτήσεις για τον BER. Ο χρήστης να μπορεί να διαπραγματεύεται με το δίκτυο και να διαμορφώνει συγκεκριμένες παραμέτρους του (π.χ. ρυθμό και ποιότητα μετάδοσης) όχι μόνον κατά την έναρξη αλλά και κατά τη διάρκεια της συνόδου. (Οι δύο παραπάνω απαιτήσεις προϋποθέτουν δυνατότητα για δυναμικά μεταβαλλόμενη δρομολόγηση / χρέωση). Να παρέχεται η δυνατότητα δημιουργίας ιδεατών ιδιωτικών δικτύων (Virtual Private Networks VPNs). Βλέπε: Ι. Βενιέρης, Δίκτυα Ευρείας Ζώνης, ενότητα 1.1.2. 1.3. Τεχνολογίες δικτύου (υφιστάμενα δίκτυα υποψήφια για την παροχή πολυμεσικών υπηρεσιών) 1.3.1. Ν-ISDN (Narrow-band ISDN ή ΙSDN στενής ζώνης) To N-ISDN (ή, απλώς, ISDN) παρέχει, στο χρήστη, μια ενοποιημένη διεπαφή χρήστη-δικτύου (User-Network Interface UNI) για την ενοποιημένη παροχή αμιγώς ψηφιακών υπηρεσιών 7 Οι συγκεκριμένες απαιτήσεις αναφέρονται και ως «βασικές ή γένιες υπηρεσίες δικτύου» ( generic network services ). Εδώ, ο όρος «υπηρεσίες» νοείται ως «ευκολίες» ή «δυνατότητες» του δικτύου και δεν πρέπει να συγχέεται με τον όρο «τηλεπικοινωνιακές υπηρεσίες» (π.χ. τηλεφωνία, υπηρεσίες δεδομένων, υπηρεσίες ευρυεκπομπής κλπ.). Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ευρυζωνικές Επικοινωνίες (βασικά στοιχεία) 3

φωνής και δεδομένων. Οι διεπαφές εσωτερικά στο δίκτυο χαρακτηρίζονται ως Network- Network Interfaces (NNIs) 8. Τύποι καναλιών: B (64 kb/s) Η (H0: 384 kb/s ή H11: 1536 kb/s ή H12: 1920 kb/s) D (σηματοδοσία 16 ή 64 kb/s). Παρεχόμενες υπηρεσίες: Συνήθως, υλοποιούνται με ακέραια πολλαπλάσια των παραπάνω ρυθμών. Συνήθεις υλοποιήσεις: Βασική πρόσβαση (Basic-Rate Access ή ΒRA) με 2 κανάλια Β (για πληροφορία) και 1 κανάλι D (16 kb/s) για σηματοδοσία (υλοποίηση 2B+D). Πρωτεύουσα πρόσβαση (Primary-Rate Access ή PRA) με 30 κανάλια Β (για πληροφορία) και 1 κανάλι D (64 kb/s) για σηματοδοσία (υλοποίηση 30Β+D). Σηματοδοσία: Είναι «εξωζωνική» (out-of-band signaling) υπό την έννοια ότι η σηματοδοσία δρομολογείται ξεχωριστά από το σήμα πληροφορίας. Για τη σηματοδοσία, χρησιμοποιείται το κανάλι D και τα πρωτόκολλα DSS1 (Digital Subscriber Signaling type 1) για τη διεπαφή χρήστη-δικτύου (UNI) και SS7 (Signaling System 7) για τη διεπαφή δικτύου-δικτύου (ΝNI). Η εξωζωνική σηματοδοσία πλεονεκτεί της συμβατικής (ενδοζωνικής), διότι τα κυκλώματα μεταφοράς της κυρίως πληροφορίας (π.χ. φωνής) δεσμεύονται μόνον όταν (με βάση τη σηματοδοσία) η κλήση είναι επιτυχής (με αποτέλεσμα την καλύτερη εκμετάλλευση των πόρων του δικτύου). Πρότυπα συστάσεις: Ι.320, Η.320 (συμπεριλαμβάνει και την Η.261 που αναφέρεται στη συμπίεση κινούμενης εικόνας) της ΙΤU-T. ΝΤ1 Τ/Κ Τ/Κ ΝΤ1 UΝΙ NΝΙ NΝΙ UΝΙ Το Ν-ISDN (narrow-band ISDN), λόγω της ευρείας διάδοσής του και του αμιγώς ψηφιακού χαρακτήρα του θεωρήθηκε ως υποψήφιο δίκτυο για την παροχή πολυμεσικών υπηρεσιών. Παρ όλα αυτά, το N-ISDN παρουσιάζει τις παρακάτω αδυναμίες (που γίνονται εμφανείς στην προσπάθεια υλοποίησης πολυμεσικών υπηρεσιών, π.χ. υπηρεσιών τηλεδιάσκεψης): Κεντρικοποιημένη αρχιτεκτονική ανάγκη για ύπαρξη κεντρικού σημείου (MCU στο 8 τηλεφωνικό κέντρο) To N-ISDN είναι το «γνωστό» δίκτυο ISDN (Intergrated Services Digital Network) μέσω του οποίου είναι δυνατή η ενοποιημένη και αμιγώς (από άκρο σε άκρο) ψηφιακή παροχή υπηρεσιών φωνής και δεδομένων. Η χρήση της συγκεκριμένης τεχνολογίας επεκτάθηκε σημαντικά κατά τις δεκαετίες του 1990 και του 2000, ανακόπηκε όμως λόγω της εγκατάστασης βρόχων ADSL. Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ευρυζωνικές Επικοινωνίες (βασικά στοιχεία) 4

Μεταγωγή κυκλώματος που συνεπάγεται έλλειψη ευελιξίας. Συγκεκριμένους ρυθμούς μετάδοσης (έλλειψη ευελιξίας). Αδυναμία τροποποίησης των χαρακτηριστικών της σύνδεσης κατά τη διάρκεια μιας συνόδου. Ουσιαστικά, δημιουργούνται απ άκρου σε άκρο συνδέσεις (αντικείμενα) που δεν μπορούν να τροποποιηθούν. Βλέπε: Ι. Βενιέρης, Δίκτυα Ευρείας Ζώνης, ενότητα 1.2.1. Γ. Παγιατάκης, Τηλεπικοινωνιακά Συστήματα - σημειώσεις (κεφάλαιο 22) 1.3.2. Διαδίκτυο (Internet) Διασυνδέει επιμέρους δίκτυα που το καθένα τερματίζεται σε έναν δρομολογητή (router). Η επικοινωνία των δρομολογητών γίνεται με χρήση του πρωτοκόλλου ΙΡ (επιτόπου διασύνδεση και χωρίς απαιτήσεις αξιοπιστίας). Η ποιότητα των παρεχομένων υπηρεσιών διασφαλίζεται μέσω του πρωτοκόλλου TCP το οποίο προβλέπει επανεκπομπή χωρίς απαιτήσεις καθυστέρησης. Το Διαδίκτυο παρουσιάζει το πλεονέκτημα της εφαρμογής μεταγωγής πακέτου (που είναι περισσότερο ευέλικτη από τη μεταγωγή κυκλώματος). Παρ όλα αυτά: Δεν παρέχει σηματοδοσία μεταξύ χρήστη και δικτύου. Δεν αναγνωρίζει «κλάσεις» (κατηγορίες) υπηρεσιών (γενικά είναι ένα δίκτυο με χαλαρές απαιτήσεις αναφορικά με την ποιότητα μετάδοσης ενώ δεν μπορεί να διακρίνει τις διαφορετικές απαιτήσεις ποιότητας των επιμέρους υπηρεσιών). Δεν προσφέρεται για υλοποίηση υπηρεσιών διανομής (ταυτόχρονη μετάδοση προς πολλούς χρήστες) παρά μόνο εντός τμημάτων του ίδιου δικτύου. Προσπάθειες βελτίωσης του Διαδικτύου με σκοπό τη χρήση του για την παροχή ευρυζωνικών υπηρεσιών (ουσιαστικά ανάπτυξη του Διαδικτύου Ενοποιημένων Υπηρεσιών Integrated Services Internet ή IntServ) έχουν γίνει προς τρεις, κυρίως, κατευθύνσεις: Δημιουργία κλάσεων υπηρεσιών: Βασίζεται στο πρωτόκολλο RSVP και αναγνωρίζει τρεις (3) κλάσεις υπηρεσιών: Εγγυημένη κλάση: Εγγυημένο εύρος ζώνης (μηδενική απώλεια πακέτων) και άνω όριο στην καθυστέρηση. Κλάση ελεγχόμενου φορτίου: Εγγυάται ένα ελάχιστο εύρος ζώνης (άρα θέτει ένα άνω όριο στην απώλεια πακέτων) ενώ προβλέπει προσαρμοζόμενη καθυστέρηση. Κλάση βέλτιστης προσπάθειας: Δεν παρέχει καμία εγγύηση. Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ευρυζωνικές Επικοινωνίες (βασικά στοιχεία) 5

Παροχή δυνατότητας κατανεμημένης μετάδοσης: Βασίζεται στο πρωτόκολλο MBONE που προβλέπει τη δημιουργία ενός νοητού δικτύου (πάνω στο Διαδίκτυο) μέσω του οποίου θα είναι δυνατή η κατανεμημένη μετάδοση πολυμεσικών υπηρεσιών σε πραγματικό χρόνο. IP over ATM: Είναι μια προσπάθεια συνδυασμού του RSVP και του IP-distributedtransmission με τα συστήματα διαχείρισης και σηματοδοσίας των ευρυζωνικών δικτύων (ΑΤΜ). Οι εφαρμογές του χρήστη θα είναι γραμμένες για το Διαδίκτυο ενώ το δίκτυο θα απαρτίζεται από μεταγωγείς ΑΤΜ. IP/ATM ATM ATM IP/ATM Βλέπε: Ι. Βενιέρης, Δίκτυα Ευρείας Ζώνης, ενότητα 1.2.2. 1.3.3. Β-ISDN (Broadband ISDN ή ΙSDN ευρείας ζώνης) Ο όρος Β-ISDN (Broadband ISDN ή ΙSDN ευρείας ζώνης) είναι συνώνυμος του ευρυζωνικού δικτύου, δηλαδή του ενοποιημένου εκείνου δικτύου που θα είναι σε θέση να παρέχει όλες τις τηλεπικοινωνιακές υπηρεσίες ανεξαρτήτως τύπου και απαιτήσεων με αποδεκτή ποιότητα και ορθολογική διαχείριση των δικτυακών πόρων. Το δίκτυο προβλέπεται να είναι οπτικό και αμιγώς ψηφιακό και θα μπορεί να παρέχει στο χρήστη ρυθμούς μετάδοσης μέχρι 155 Mb/s. Η ανάγκη για ανάπτυξη ενός νέου ενοποιημένου ευρυζωνικού δικτύου (του B-ISDN) έχει προκύψει από τις αδυναμίες υφιστάμενων ψηφιακών δικτύων (όπως το N-ISDN και το Διαδίκτυο) αναφορικά με την παροχή ευρυζωνικών (πολυμεσικών) υπηρεσιών. Η τεχνική ΑΤΜ (Asynchronous Transfer Mode Ασύγχρονος Τρόπος Μεταφοράς) είναι μια τεχνική μεταγωγής που συγκεντρώνει τα απαιτούμενα χαρακτηριστικά για χρήση από το δίκτυο B-ISDN. Όπως θα φανεί σε επόμενες ενότητες, η τεχνική αυτή είναι μια βελτιστοποιημένη τεχνική μεταγωγής πακέτου με χαρακτηριστικά που συνάδουν με την απαίτηση για ενοποιημένη υλοποίηση και παροχή όλων των τηλεπικοινωνιακών υπηρεσιών. Άλλες τεχνικές μεταγωγής, υποψήφιες για χρήση σε ευρυζωνικά δίκτυα, είναι το metro- Ethernet (ουσιαστικά η ομάδα πρωτοκόλλων Ethernet κατάλληλα διαμορφωμένη για χρήση σε δίκτυα κορμού και σε ταχύτητες 1 Gb/s και 10 Gb/s) καθώς και τεχνικές με βάση το πρωτόκολλο IP. Βλέπε: Ι. Βενιέρης, Δίκτυα Ευρείας Ζώνης, ενότητα 1.2.3. Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ευρυζωνικές Επικοινωνίες (βασικά στοιχεία) 6

1.4. Ερωτήσεις 1. Να αναφερθούν οι δύο βασικές κατηγορίες πολυμεσικών (ευρυζωνικών) εφαρμογών (Βενιέρης, σχήμα 1.1). 2. Να αναφερθούν οι υποκατηγορίες των πολυμεσικών (ευρυζωνικών) εφαρμογών με αλληλεπίδραση (Βενιέρης, σχήμα 1.1). 3. Να χαρακτηριστούν ως προς την κατηγορία και την υποκατηγορία που ανήκουν οι υπηρεσίες «τηλεφωνία», «τηλεδιάσκεψη», «μετάδοση δεδομένων με τα δύο τερματικά συνδεδεμένα», «e-mail», «VoD» (Παγιατάκης, σημειώσεις). 4. Ποιες είναι οι βασικές απαιτήσεις για ένα ευρυζωνικό δίκτυο (ενότητα 1.1.2 Παγιατάκης, σημειώσεις). 5. Ποιες είναι οι βασικές αδυναμίες του N-ISDN αναφορικά με την παροχή πολυμεσικών υπηρεσιών (Βενιέρης, ενότητα 1.2.1 Παγιατάκης, σημειώσεις). 6. Ποιες είναι οι βασικές αδυναμίες του Διαδικτύου αναφορικά με την παροχή πολυμεσικών υπηρεσιών (Βενιέρης, ενότητα. 1.2.2 Παγιατάκης, σημειώσεις). 7. Τι αντιπροσωπεύουν οι έννοιες «Διαδίκτυο Ενοποιημένων Υπηρεσιών» (πρωτόκολλο RSVP) και «πρότυπο MBONE» (Βενιέρης, ενότητα 1.2.2 Παγιατάκης, σημειώσεις). 8. Τι είναι το B-ISDN και ποια η σχέση του με την τεχνική ATM (Βενιέρης, ενότητα. 1.2.3 Παγιατάκης, σημειώσεις). Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ευρυζωνικές Επικοινωνίες (βασικά στοιχεία) 7

2. ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΜΕΤΑΓΩΓΗΣ 2.1. Γενικά Οι τεχνικές (μέθοδοι) μεταγωγής καθορίζουν τον τρόπο με τον οποίο η πληροφορία (ήχος, εικόνα, δεδομένα) δρομολογείται από τον πομπό στο δέκτη ικανοποιώντας προκαθορισμένες απαιτήσεις ποιότητας (π.χ. ρυθμός μετάδοσης, καθυστέρηση, BER). Οι δύο βασικές τεχνικές μεταγωγής είναι: Η μεταγωγή κυκλώματος (circuit switching): Μεταξύ των διασυνδεδεμένων πομποδεκτών (π.χ. των δύο συνομιλητών) αποκαθίσταται κύκλωμα το οποίο διατίθεται για αποκλειστική τους χρήση και διατηρείται καθ όλη τη διάρκεια της σύνδεσης. Η συγκεκριμένη τεχνική είναι βελτιστοποιημένη ως προς την τηλεφωνία και, γενικά, τις επιλεγόμενες υπηρεσίες (τηλεομοιοτυπία, κινητή τηλεφωνία, εικονοτηλεφωνία κλπ.) όπου και εφαρμόζεται. Βασικά μειονεκτήματά της η μόνιμη δέσμευση κυκλωμάτων (για όσο χρόνο διαρκεί μια σύνδεση) και το γεγονός ότι είναι υλοποιείται με συγκεκριμένο ρυθμό μετάδοσης (συνήθως, 64 kb/s) ιδιότητες που την καθιστούν μάλλον ακατάλληλη για χρήση σε υπηρεσίες δεδομένων. Η μεταγωγή πακέτου (packet switching):: Η πληροφορία διαιρείται σε πακέτα (συνήθως διαφορετικού μήκους) σε καθένα από τα οποία προστίθεται επικεφαλίδα που χρησιμοποιείται για δρομολόγηση, διόρθωση λαθών κλπ. Η συγκεκριμένη τεχνική είναι βελτιστοποιημένη ως προς τη μετάδοση δεδομένων όπου και εφαρμόζεται. Βασικό μειονέκτημά της είναι το γεγονός ότι δεν είναι σε θέση να εγγυηθεί τη συνεχή και με ελεγχόμενη καθυστέρηση ροή πληροφορίας, απαιτήσεις που θεωρούνται εκ των «ων ουκ άνευ» για την υλοποίηση υπηρεσιών φωνής και εικόνας 9. 2.2. Μεταγωγή κυκλώματος (τεχνικές) Ένα παράδειγμα μεταγωγής κυκλώματος απεικονίζεται στο παρακάτω σχήμα. Ο μεταγωγέας βρίσκεται στο τηλεπικοινωνιακό κέντρο, αμέσως μετά την ψηφιακοποίηση (μέσω παλμοκωδικής διαμόρφωσης PCM) και χρονική πολυπλεξία (Time-Division Multiplexing ή TDM) των αναλογικών τηλεφωνικών σημάτων. Η διεργασία υλοποιείται βάσει πινάκων όπως αυτός που φαίνεται στο σχήμα: 9 Μέχρι τώρα, το τηλεφωνικό δίκτυο (άρα και η μεταγωγή κυκλώματος) έχει χρησιμοποιηθεί για μετάδοση δεδομένων (ιδιαίτερα σε χαμηλούς ρυθμούς). Επίσης, το Διαδίκτυο (μεταγωγή πακέτου) έχει χρησιμοποιηθεί για την παροχή υπηρεσιών τηλεφωνίας (και εικόνας). Παρ όλα αυτά, τα συγκεκριμένα δίκτυα είναι βελτιστοποιημένα ως προς μία, μόνο, κατηγορία υπηρεσιών (τηλεφωνία και μετάδοση δεδομένων αντίστοιχα). Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ευρυζωνικές Επικοινωνίες (βασικά στοιχεία) 8

31 1 0 31 1 0 31 1 0 Φ χ ψ Ζ Φ χ Ψ Ω 1 1 β Φ Χ 2 2 γ Ψ 31 1 0 Μεταγωγέας κυκλώματος α β γ Ν Ν Ω α Εισερχόμενη Χρονοθυρίδα Εξερχόμενη Χρονοθυρίδα Σύνδεση ζεύξη εισερχ. ζεύξης ζεύξη εξερχ. ζεύξης ΕΙΣ 1 1 2 3 Μ ΕΞ Ν ΕΞ 2 ΕΞ 1 ΕΞ 2 30 1 1 2 Ω Ψ Χ Φ ΕΙΣ 2 1 2 3 31 ΕΙΣ Ν 1 2 31 ΕΞ 2 ΕΞ 1 ΕΞ Ν 2 30 1 γ β α Στον υπόψη πίνακα, τα γράμματα α, β, γ,, Φ, Χ, Ψ, Ω αντιπροσωπεύουν κυκλώματα (τηλεφωνικές συνδέσεις) ενώ οι ακέραιοι αριθμοί 0, 1,, 31 αντιπροσωπεύουν χρονοθυρίδες. Ο πίνακας δηλώνει ότι π.χ. η σύνδεση Ω καταλαμβάνει τη χρονοθυρίδα 1 του πλαισίου 1 και εισέρχεται στην είσοδο ΕΙΣ 1 του μεταγωγέα ο οποίος και μετάγει το σήμα στη χρονοθυρίδα 30 της εξόδου ΕΞ Ν. Μετά το πρώτο πλαίσιο η σύνδεση τυχαίνει να έχει τερματιστεί οπότε η χρονοθυρίδα 1 του πλαισίου 1 που εισέρχεται στην είσοδο ΕΙΣ 1 εκχωρείται στη σύνδεση Ζ. Το αντίστοιχο σήμα μετάγεται στη χρονοθυρίδα 1 της εξόδου ΕΞ Ν. Στην ψηφιακή (PCM) τηλεφωνία προβλέπεται (συστάσεις G.703 και G.704 της ITU-T) δειγματοληψία με συχνότητα 8 khz (8000 δείγματα/s) και κωδικοποίηση δειγμάτων με 8 bits (ρυθμός μετάδοσης 8000 x 8 = 64 kb/s). Ο ρυθμός δειγματοληψίας επιτρέπει ένα χρονικό διάστημα μεταξύ δειγμάτων ίσο με 1/8000 = 125 μs, στο οποίο μπορούν να υπερτεθούν δείγματα από 30 τηλεφωνικά σήματα (και 2 σήματα για συγχρονισμό και σηματοδοσία). Αυτό Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ευρυζωνικές Επικοινωνίες (βασικά στοιχεία) 9

συνιστά πολυπλεξία διαίρεσης χρόνου (Time-Division Multiplexing ή TDM) με ρυθμό Ε1 = 2048 kb/s = 2,048 Mb/s 2 Mb/s που προκύπτει από το γεγονός ότι δείγματα από 32 σήματα (0, 1,, 31) καθένα με 8 bits (άρα, συνολικά, 32 x 8 = 256 bits) μεταδίδονται σε χρονικό διάστημα 125 μs (256 bits / 125 μs = 2048 kb/s). Βελτιωμένες εκδόσεις της μεταγωγής κυκλώματος αποτελούν: Η μεταγωγή κυκλώματος πολλαπλού ρυθμού (multirate circuit switching σύσταση Η.261): Η πολυπλεξία/αποπολυπλεξία λειτουργεί σε ρυθμούς n 64 kb/s (n = 1,, 30) για την παροχή της μέγιστης δυνατής ευελιξίας. Το βασικό μειονέκτημα της συγκεκριμένης τεχνικής είναι η πολυπλοκότητα του δικτύου (και των απαιτούμενων ενταμιευτών) προκειμένου να καλύπτονται όλοι οι παραπάνω ρυθμοί. Η γρήγορη μεταγωγή κυκλώματος (fast circuit switching): Οι πόροι του δικτύου διατίθενται στη σύνδεση μόνο για όσο χρόνο μεταδίδεται πληροφορία. Το βασικό μειονέκτημα της συγκεκριμένης τεχνικής είναι η απαίτηση για συστήματα που θα μπορούν να εγκαθιστούν και να καταργούν συνδέσεις πολύ γρήγορα. Βλέπε: Ι. Βενιέρης, Δίκτυα Ευρείας Ζώνης, ενότητα 2.1. 2.3. Μεταγωγή πακέτου (τεχνικές) 2.3.1. Συμβατικές τεχνικές μεταγωγής πακέτου: Χ.25, αναμετάδοση πλαισίου (frame relay) Χ.25 Κάθε πακέτο διαθέτει επικεφαλίδα που χρησιμοποιείται, εσωτερικά στο δίκτυο, για τη δρομολόγηση των πακέτων, τη διόρθωση λαθών κλπ. Σε περίπτωση εντοπισμού λάθους, προβλέπεται η επανεκπομπή του πακέτου. Οι περισσότερες λειτουργίες (π.χ. ο εντοπισμός καθώς και η αίτηση για επανεκπομπή) γίνονται στους ενδιάμεσους μεταγωγείς με αποτέλεσμα περιορισμούς στην ταχύτητα μετάδοσης (που, συνήθως, παραμένει κάτω από 256 kbit/s). Το μεγάλο και μεταβλητό μέγεθος των πακέτων δημιουργεί δυσκολίες στο χειρισμό των ενδιάμεσων ενταμιευτών (buffers). Αναμετάδοση πλαισίου (Frame Relay) Ο καθορισμός της σύνδεσης γίνεται με το πεδίο DLCI (Data-Link Connection Identifier) του οποίου το μέγεθος επιτρέπει την ταυτόχρονη υλοποίηση 2 10 = 1024 συνδέσεων. Το συγκεκριμένο πρωτόκολλο προβλέπει έλεγχο και διόρθωση λαθών, όχι στους ενδιάμεσους μεταγωγείς, αλλά στα τερματικά σημεία. Υλοποιούνται ρυθμοί που αντιστοιχούν είτε στη Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ευρυζωνικές Επικοινωνίες (βασικά στοιχεία) 10

βασική (BRA) είτε στην πρωτεύουσα (PRA) πρόσβαση του ISDN (BRA = 2B+D = 144 kb/s, PRA = 30B+D = 2048 kbit/s). Δεν προβλέπεται επαναμετάδοση πλαισίου, όμως παρέχονται μηχανισμοί αντιμετώπισης της συμφόρησης. Συγκεκριμένα, στα μεταδιδόμενα πακέτα υπάρχει το πεδίο FECN (Forward Eligibility Congestion Notification) που στέλνεται από τον ενδιάμεσο κόμβο προς τον παραλήπτη (προκειμένου ο τελευταίος να μειώσει το ρυθμό αποστολής επιβεβαιώσεων), το πεδίο BECN (Backward Eligibility Congestion Notification) που στέλνεται από τον ενδιάμεσο κόμβο προς τον αποστολέα (προκειμένου ο τελευταίος να μειώσει το ρυθμό μετάδοσης πλαισίων). Επίσης, στα πακέτα υπάρχει και το πεδίο DE (Discard Eligibility indicator) που «σημαδεύεται» κατάλληλα στα πακέτα που είναι υποψήφια για αποβολή σε περίπτωση συμφόρησης). Παράδειγμα υλοποίησης τεχνικής Frame-Relay φαίνεται στο σχήμα που ακολουθεί: Για τα δεδομένα που εκπέμπονται (ξεκινούν) από το τερματικό Α, προβλέπoνται DLCI = 321 (Α C) και DLCI = 456 (Α D). Για τα δεδομένα που ξεκινούν από το τερματικό Β, προβλέπεται DLCI = 456 (B D). Για τα δεδομένα που ξεκινούν από το τερματικό C, προβλέπεται DLCI = 288 (C Α). Τέλος, Για τα δεδομένα που εκπέμπονται (ξεκινούν) από το τερματικό D, προβλέπoνται DLCI = 59 (D Α) και DLCI = 100 (Δ Β). Υπόψη ότι δύο DLCI μπορεί να είναι ίδια αν αυτό δεν δημιουργεί σύγχυση στη δρομολόγηση (π.χ. DLCI = 456 για Α D και B D). Τερματικό D Τερματικό Α DLCI = 321 (A προς C) DLCI = 456 (A προς D) DLCI = 100 (D προς B) DLCI = 59 (D προς A) DLCI = 456 (B προς D) Τερματικό B DLCI = 288 (C προς A) Τερματικό C Βλέπε: Ι. Βενιέρης, Δίκτυα Ευρείας Ζώνης, ενότητα 2.2.1. 2.3.2. ΑΤΜ (Asynchronous Transfer Mode Ασύγχρονος Τρόπος Μεταφοράς) Η τεχνική ΑΤΜ (Asynchronous Transfer Mode Ασύγχρονος Τρόπος Μεταφοράς) είναι η τεχνική μεταγωγής που θα χρησιμοποιείται από το δίκτυο B-ISDN (ευρυζωνικό ISDN). Η ΑΤΜ είναι μια βελτιστοποιημένη τεχνική μεταγωγής πακέτου 10. 10 Βελτιστοποιημένη υπό την έννοια ότι ενσωματώνει και επιθυμητά χαρακτηριστικά της μεταγωγής κυκλώματος. Αυτό είναι απαραίτητο δεδομένου ότι η ΑΤΜ δεν προορίζεται μόνο για την υλοποίηση υπηρεσιών μεταφοράς δεδομένων αλλά και υπηρεσιών μετάδοσης ήχου (π.χ. τηλεφωνίας) και εικόνας Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ευρυζωνικές Επικοινωνίες (βασικά στοιχεία) 11

Η τεχνική ΑΤΜ προβλέπει: Ασύγχρονη μετάδοση: Πακέτα μεταδίδονται μόνον όταν υπάρχει πληροφορία (ενώ στη σύγχρονη μετάδοση, π.χ. με χρήση τεχνολογίας SDH, όταν δεν υπάρχει πληροφορία για μετάδοση, μεταδίδονται κενά πλαίσια). Πακέτα (cells) σταθερού μεγέθους και μικρού μήκους με αποτέλεσμα ευχέρεια στο χειρισμό των ενταμιευτών. Τα πακέτα ΑΤΜ έχουν 53 Βytes = 424 bits. Από τα 53 Bytes του πακέτου, τα 5 (40 bits) συνιστούν την επικεφαλίδα του πακέτου (δρομολόγηση, έλεγχος και αποκατάσταση λαθών, έλεγχος συμφόρησης και απόρριψη προκαθορισμένων πακέτων) και τα 48 (384 bits) τη χρήσιμη πληροφορία. Μειωμένη λειτουργικότητα επικεφαλίδας (δρομολόγηση με βάση τα πεδία VPI/VCI βλ. ενότητα 4.2). Απλοποίηση του μηχανισμού ελέγχου σφαλμάτων. Ο έλεγχος διενεργείται μόνο στα ακραία σημεία (και όχι στα ενδιάμεσα) ενώ δεν απαιτείται επανεκπομπή. Σε αυτό βοηθάει και η ευρεία χρήση οπτικών καλωδίων που, ως μέσα μετάδοσης, είναι πολύ πιο αξιόπιστα από τα συμβατικά καλώδια. Μηχανισμός ελέγχου σφαλμάτων προβλέπεται και για την επικεφαλίδα προκειμένου να αποφεύγεται η λανθασμένη δρομολόγηση πακέτων. Στατιστική πολυπλεξία (statistical multiplexing): H συγκεκριμένη τεχνική εκμεταλλεύεται το γεγονός ότι σπάνια όλοι οι πομποί εκπέμπουν ταυτόχρονα οπότε το κύκλωμα μπορεί να έχει μικρότερη χωρητικότητα από το συνολικό ρυθμό μετάδοσης των τερματικών (π.χ. 8 τερματικά των 34 Mbit/s συνολικός ρυθμός 8 x 34 = 272 Mb/s μπορούν να είναι συνδεδεμένα σε ένα κύκλωμα των 155 Mbit/s). Η υλοποίηση στατιστικής πολυπλεξίας προϋποθέτει την ύπαρξη ενταμιευτών (buffers). Γενικά, η τεχνική ΑΤΜ προβλέπει τη σειριακή μετάδοση πακέτων της ίδιας σύνδεσης και τη στατιστική πολυπλεξία πακέτων που ανήκουν σε διαφορετικές συνδέσεις. Εγγύηση για συγκεκριμένη ποιότητα («κλάσεις» υπηρεσιών) και ορθολογική χρήση πόρων. Λειτουργία connection-oriented (οι απαιτούμενοι πόροι προ-δεσμεύονται και το κύκλωμα υλοποιείται πριν από την «έγκριση» παροχής της υπηρεσίας βλ. και ενότητα 4.3). Η λειτουργία αυτή είναι η μόνη που (σε συνθήκες στατιστικής πολυπλεξίας) μπορεί να εγγυηθεί μια αποδεκτή ποιότητα μετάδοσης (π.χ. απώλεια πακέτων κάτω από ένα ποσοστό) 11. Το πλεονέκτημα που πηγάζει από το μικρό μέγεθος του πακέτου (53 Bytes) και την απλοποίηση των μηχανισμών ελέγχου καταδεικνύεται από το παρακάτω παράδειγμα. Έστω μια σύνδεση με ρυθμό R = 2048 kbit/s και μήκος L = 200 km που υλοποιείται με οπτικό καλώδιο (π.χ. VoD). Πραγματικά, η ΑΤΜ είναι η πρώτη τεχνική μεταγωγής που εμφανίζεται βελτιστοποιημένη ως προς περισσότερες (αν όχι όλες) τις κατηγορίες τηλεπικοινωνιακών υπηρεσιών. 11 Παρ όλο που οι απαιτούμενοι πόροι (π.χ. τηλεπικοινωνιακό κύκλωμα) προδεσμεύονται όπως και στη μεταγωγή κυκλώματος, η τεχνική ΑΤΜ διαφέρει (από τη μεταγωγή κυκλώματος) ως προς το ότι οι πόροι αυτοί μπορούν να χρησιμοποιηθούν και από άλλες συνδέσεις (στα πλαίσια της στατιστικής πολυπλεξίας). Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ευρυζωνικές Επικοινωνίες (βασικά στοιχεία) 12

(ταχύτητα μετάδοσης σημάτων c = 200000 km/s). Εάν η σύνδεση υλοποιηθεί με πρωτόκολλο Χ.25 και μέγεθος πακέτων ίσο με Ν X25 = 256 Βytes (2048 bits) τότε για τη μετάδοση του πακέτου απαιτείται χρόνος Ν X25 /R = 1 ms. Στο χρόνο αυτόν, πρέπει να προστεθεί ο χρόνος μετάδοσης τ = L/c = 1 ms. Σε περίπτωση ανίχνευσης σφάλματος, πρέπει να σταλεί μήνυμα από το δέκτη στον πομπό (χρόνος μετάδοσης, επίσης, 1 ms) και, στη συνέχεια, να γίνει η επανεκπομπή, άρα απαιτείται πρόσθετος χρόνος 1 ms για την αποστολή του μηνύματος από το δέκτη στον πομπό, συν χρόνος Ν X25 /R = 1 ms για την επανεκπομπή του πακέτου, συν χρόνος Ν X25 /R = 1 ms για την επιβεβαίωση της ορθότητας του μηνύματος. Δηλαδή, αν χρησιμοποιηθεί η τεχνική Χ.25, η συνολική καθυστέρηση είναι ίση με 1 ms + 1 ms + 1 ms + 1 ms + 1 ms = 5 ms. Αντίθετα, για μετάδοση με χρήση τεχνικής ΑΤΜ (Ν ΑΤΜ = 53 Bytes = 424 bits). θα απαιτηθούν περί τα 5 cells (5 x 53 = 265 Bytes = 2120 bits) περιορίζεται στο χρόνο 5 (Ν ΑΤΜ /R) = 1,05 ms συν το χρόνο μετάδοσης (χωρίς επανεκπομπή) που ισούται με τ = L/c = 1 ms. Άρα, η χρήση πρωτοκόλου ΑΤΜ περιορίζει την καθυστέρηση στα 2,05 ms. Στα πλεονεκτήματα της τεχνικής ΑΤΜ συγκαταλέγονται επίσης: Η ομοιομορφία με την οποία διαχειρίζεται τις διάφορες τηλεπικοινωνιακές υπηρεσίες H αυξημένη ταχύτητα επεξεργασίας λόγω του ότι η υλοποίησή της τεχνικής ΑΤΜ βασίζεται περισσότερο στο υλικό (hardware) και λιγότερο στο λογισμικό (software). Βλέπε: Ι. Βενιέρης, Δίκτυα Ευρείας Ζώνης, ενότητα 2.2.2. 2.4. Ερωτήσεις 1. Να περιγραφεί η μεταγωγή κυκλώματος. Σε ποια τηλεπικοινωνιακή υπηρεσία εφαρμόζεται και γιατί; (Βενιέρης, ενότητα 2.1 Παγιατάκης, σημειώσεις). 2. Να εξηγηθεί η διεργασία της μεταγωγής κυκλώματος με βάση τον πίνακα αντιστοίχισης του σχήματος 2.1 (Βενιέρης, ενότητα 2.1 Παγιατάκης, σημειώσεις). 3. Να περιγραφεί η μεταγωγή πακέτου. Σε ποιες τηλεπικοινωνιακές υπηρεσίες εφαρμόζεται και γιατί; (Βενιέρης, ενότητα 2.2 Παγιατάκης, σημειώσεις). 4. Να εξηγηθεί η χρήση του πεδίου DLCI στο σχήμα 2.3 (Βενιέρης, ενότητα 2.2.1 Παγιατάκης, σημειώσεις). 5. Να εξηγηθεί γιατί η τεχνική «αναμετάδοσης πλαισίου» (Frame-Relay) προβλέπει υψηλότερους ρυθμούς μετάδοσης από αυτούς του πρωτοκόλλου Χ.25 (Βενιέρης, ενοτητα 2.2.1 σημειώσεις στην FR δεν προβλέπεται επαναμετάδοση πλαισίου ). 6. Να αναφερθούν τα βασικά πλεονεκτήματα της τεχνικής ΑΤΜ έναντι των «συμβατικών» τεχνικών μεταγωγής πακέτου (Βενιέρης, ενότητα 2.2.2 Παγιατάκης, σημειώσεις). Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ευρυζωνικές Επικοινωνίες (βασικά στοιχεία) 13

3. ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΕΣ ΔΙΚΤΥΩΝ ΕΥΡΕΙΑΣ ΖΩΝΗΣ (ΤΟ ΔΙΚΤΥΟ B-ISDN) 3.1. Εισαγωγή To Ευρυζωνικό Ψηφιακό Δίκτυο Ενοποιημένων Υπηρεσιών (Broadband Integrated-Services Digital Network ή B-ISDN) είναι ένα δίκτυο που, ευθύς εξαρχής, σχεδιάστηκε ώστε να μπορεί να υποστηρίξει την παροχή ευρυζωνικών υπηρεσιών. Το B-ISDN ικανοποιεί τις βασικές απαιτήσεις που αναφέρονται στην ενότητα 1.2 και είναι απαλλαγμένο από τους περιορισμούς και τα μειονεκτήματα που χαρακτηρίζουν το N-ISDN και το Διαδίκτυο. Το B-ISDN προβλέπει μια τυποποιημένη διεπαφή χρήστη δικτύου η οποία χαρακτηρίζεται ως B-UNI (Broadband User-Network Interface). Ένας άλλος τύπος διεπαφής είναι αυτός μεταξύ διατάξεων ΑΤΜ (π.χ. πολυπλεκτών, μεταγωγέων, διασταυρωτήρων) που χαρακτηρίζεται ως ΝNI (Node-Network Interface ή Network-Network Interface). Customer Equipment (CEQ) Διεπαφή χρήστη π.χ. τηλεφωνία, VoD, data (X25, Frame Relay) Β-UNI ΑΤΜ mux/χc/switch NNI ΑΤΜ mux/ XC/switch mux = πολυπλέκτης XC = cross-connect = διασταυρωτήρας, switch = μεταγωγέας Βλέπε: Ι. Βενιέρης, Δίκτυα Ευρείας Ζώνης, ενότητα 3.1. 3.2. Βασικό Πρότυπο Αναφοράς OSI (OSI Basic Reference Model ή OSI-BRM) 12 Τυποποιεί (αποκλειστικά) τη μεταφορά δεδομένων (π.χ. επικοινωνία μεταξύ υπολογιστών είτε εντός του ίδιου LAN είτε σε διαφορετικά LANs). Στο Βασικό Πρότυπο Αναφοράς OSI (OSI-BRM): Υπάρχουν 7 στρώματα (layers). Από αυτά, τα Physical, Data-link, Network αφορούν λειτουργίες που σχετίζονται με την υλοποίηση της σύνδεσης (μετάδοση, μεταγωγή, δρομολόγηση) και αφορούν το δίκτυο, το Transport ελέγχει, μέσω της επεξεργασίας της πληροφορίας, την ποιότητα της μετάδοσης (ο ρόλος του αφορά, κυρίως, 12 OSI: Opern System Interconnection (διασύνδεση ανοικτών συστημάτων). Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ευρυζωνικές Επικοινωνίες (βασικά στοιχεία) 14

τα διασυνδεμένα τερματικά) ενώ τα Session, Presentation και Application σχετίζονται με το χρήστη και τις εφαρμογές του. Όταν δύο συστήματα είναι διασυνδεδεμένα, μόνον ομότιμες οντότητες μπορούν να επικοινωνούν μεταξύ τους (δηλαδή η οντότητα του Ν στρώματος του ενός συστήματος με οντότητα Ν στρώματος του άλλου). Οι ομότιμες οντότητες επικοινωνούν μέσω κάποιου πρωτοκόλλου του συγκεκριμένου στρώματος (N-layer protocol) και η επικοινωνία γίνεται μέσω των κατώτερων (Ν 1, Ν 2, Ν 2, Ν 1) στρωμάτων. Οι οντότητες ενός στρώματος απαρτίζονται από τις «μονάδες δεδομένων πρωτοκόλλων» (Protocol Data Units PDUs). Κάθε PDU απαρτίζεται από τη «μονάδα δεδομένων υπηρεσίας» (Service Data Unit SDU) και τον «ενδείκτη ελέγχου πρωτοκόλλου» (Protocol Control Identifier PCI). Ισχύει δηλαδή ότι PDU = SDU + PCI. Στην απλούστερη περίπτωση, η PDU του στρώματος N (Ν-PDU) γίνεται η SDU του χαμηλότερου (Ν 1) στρώματος ενώ προστίθεται και ένα Ν 1 PCI. Σε άλλη περίπτωση, η Ν-PDU υφίσταται κατάτμηση και σε κάθε τμήμα επικολλάται ένα πεδίο PCI. Προβλέπονται 4 τύποι στοιχείων υπηρεσίας: Αίτηση (Ν Ν 1), ένδειξη (Ν 1 Ν), απόκριση σε ένδειξη (Ν Ν 1), επιβεβαίωση (Ν 1 Ν). Οι 7 λειτουργίες του OSI κατατάσσονται σε: Network access (Physical, Data-link) Routing (Network) Transmitted data processing (Transport, Session) Application data processing (Presentation, Application) Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ευρυζωνικές Επικοινωνίες (βασικά στοιχεία) 15

Εφαρμογής (Application) Παρουσίασης (Presentation) Συνόδου (Session) Mεταφοράς (Transport) Δικτύου (Network) Διασύνδεσης δεδομένων (Data Link) Φυσικό (Physical) Βασικό Πρότυπο Αναφοράς OSI Ροή πληροφορίας Εφαρμογής (Application) Παρουσίασης (Presentation) Συνόδου (Session) Mεταφοράς (Transport) Δικτύου (Network) Διασύνδεσης δεδομένων (Data Link) Φυσικό (Physical) Στο OSI-BRM, συχνά εφαρμόζεται υποστρωμάτωση (sub-layering). Η υποστρωμάτωση μπορεί να είναι είτε «οριζόντια» (οπότε, εντός του στρώματος, δημιουργούνται κατάλληλα «υποστρώματα» sublayers ) είτε «κατακόρυφη» (οπότε, εντός του στρώματος, δημιουργούνται «επίπεδα» planes ). Για παράδειγμα, στο στρώμα data-link προβλέπονται δύο υποστρώματα, το LLC (που είναι το ανώτερο και έχει κοινά πρωτόκολλα σε όλα, σχεδόν, τα διαδεδομένα τοπικά δίκτυα) και το MAC (που είναι το κατώτερο και τα πρωτόκολλά του καθορίζουν τον τρόπο πρόσβασης των υπολογιστών στο κοινό μέσο π.χ. Ethernet με πρωτόκολλo CSMA/CD ή Token-Ring). Στρώμα data-link LLC MAC Βλέπε: Ι. Βενιέρης, Δίκτυα Ευρείας Ζώνης, ενότητα 3.2.1. 3.3. Πρότυπο αναφοράς για το B-ISDN (B-ISDN Protocol Reference Model ή B-ISDN PRM) To PRM τυποποιεί την παροχή υπηρεσιών μέσω του ενοποιημένου ευρυζωνικού δικτύου B- ISDN. Δεδομένου ότι το B-ISDN παρέχει όλους τους τύπους υπηρεσιών (ήχο, video, Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ευρυζωνικές Επικοινωνίες (βασικά στοιχεία) 16

δεδομένα) και όχι μόνον υπηρεσίες δεδομένων (όπως το BRM), η διάρθρωσή του είναι διαφορετική από αυτήν του BRM και χωρία να υπάρχει «ένα-προς-ένα» αντιστοιχία μεταξύ τους. Στο Β-ISDN PRM (με αναφορά στο σχήμα που ακολουθεί): Προβλέπονται τρία (3) στρώματα. Από επάνω προς τα κάτω είναι το στρώμα προσαρμογής (ΑΤΜ Adaptation Layer ή ΑΑL), το στρώμα ATM και το φυσικό στρώμα (physical layer). Στο στρώμα ΑΑL καθορίζεται ο τύπος (τάξη class) της υπηρεσίας, στο στρώμα ΑΤΜ γίνεται η πακετοποίηση της πληροφορίας (σε πακέτα των 53 Bytes) ενώ στo φυσικό στρώμα, καθορίζονται τα φυσικά χαρακτηριστικά της μετάδοσης (π.χ. η χρήση ή όχι δικτύου SDH, το μέσο μετάδοσης κλπ.). Το (ανώτερο) στρώμα ΑΑL «εκτείνεται» σε τρία (3) επίπεδα: Το επίπεδο χρήστη (Userplane τα αντίστοιχα πακέτα ATM μεταφέρουν την πληροφορία που παράγει ο χρήστης όπως φωνή, video, δεδομένα), το επίπεδο ελέγχου (Control-plane τα αντίστοιχα πακέτα ATM μεταφέρουν τη σηματοδοσία) και το επίπεδο διαχείρισης (Management-plane τα αντίστοιχα πακέτα ATM μεταφέρουν τα στοιχεία της διαχείρισης). Όπως φαίνεται και στο σχήμα που ακολουθεί, το επίπεδο χρήστη και το επίπεδο ελέγχου συνιστούν κατακόρυφη υποστρωμάτωση, γεγονός που δηλώνει ότι τα πρωτόκολλα που αφορούν την κυρίως πληροφορία και αυτά που αφορούν τη σηματοδοσία είναι διαφορετικά. Για τα δύο υπόλοιπα στρώματα (στρώμα ΑTM και φυσικό στρώμα), προβλέπονται μόνο δύο (2) επίπεδα, το επίπεδο χρήστη (User-plane) και το επίπεδο διαχείρισης (Management-plane), δηλαδή δεν προβλέπεται επίπεδο σηματοδοσίας. Η έλλειψη ξεχωριστού επιπέδου σηματοδοσίας είναι δηλωτική του γεγονότος ότι τα πακέτα ATM (ATM cells) που μεταφέρουν την κυρίως πληροφορία και αυτά που μεταφέρουν τη σηματοδοσία έχουν ίδια δομή. Η σηματοδοσία στο B-ISDN είναι «εξω-ζωνική» ( out-of-band signaling). Αυτό σημαίνει ότι η σηματοδοσία αποτελεί ένα ξεχωριστό (ψηφιακό) σήμα το οποίο μπορεί ακολουθεί διαφορετική διαδρομή από το σήμα πληροφορίας. Όπως αναφέρθηκε και στην ενότητα 1.3.1, η εξωζωνική σηματοδοσία πλεονεκτεί της συμβατικής (ενδοζωνικής), διότι τα κυκλώματα μεταφοράς της κυρίως πληροφορίας (π.χ. φωνής) δεσμεύονται μόνον όταν (με βάση τη σηματοδοσία) η κλήση είναι επιτυχής, με αποτέλεσμα την καλύτερη εκμετάλλευση των πόρων του δικτύου. Το στρώμα ATM είναι, γενικά, ενιαίο και ανεξάρτητο τόσο από τον τύπο (τάξη class) της υπηρεσίας, όπως αυτός ορίζεται στο στρώμα ΑΑL όσο και από το αν το σήμα μεταφέρει πληροφορία χρήστη ή σηματοδοσία. Στο στρώμα ATM, οι SDU ανωτέρων στρωμάτων απεικονίζονται σε πακέτα ATM κατά ενιαίο τρόπο (υπό την έννοια ότι η δομή των πακέτων ΑΤΜ είναι ομοιόμορφη, π.χ. προβλέπει 53 = 5 + 48 Βytes, είτε πρόκειται για πληροφορία χρήστη είτε για σηματοδοσία). Αντίθετα, τα πακέτα που μεταφέρουν τις Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ευρυζωνικές Επικοινωνίες (βασικά στοιχεία) 17

πληροφορίες διαχείρισης, αν και διατηρούν το μέγεθος των 53 Bytes, έχουν διαφορετική δομή από τα πακέτα για την κυρίως πληροφορία και τη σηματοδοσία. Το φυσικό στρώμα είναι, επίσης, ενιαίο και ανεξάρτητο γεγονός που δηλώνει ότι η ίδια φυσική υποδομή χρησιμοποιείται για τα πακέτα τόσο της πληροφορίας όσο και της σηματοδοσίας. Πρότυπο αναφοράς για το B-ISDN Επίπεδο χρήστη (User Plane) Επίπεδο ελέγχου (Control Plane) Υπόστρωμα σύγκλισης Υπόστρωμα σύγκλισης Στρώμα (Convergence Sublayer CS) (Convergence Sublayer CS) Προσαρμογής (AAL) Υπόστρωμα τμηματοποίησης Υπόστρωμα τμηματοποίησης επανομαδοποίησης επανομαδοποίησης (Segmentation And (Segmentation And Reassembly SAR) Reassembly SAR) Στρώμα ATM Υπόστρωμα σύγκλισης μετάδοσης Φυσικό (Transmission Convergence TC) Στρώμα (PL) Υπόστρωμα φυσικού μέσου (Physical Medium PM) Ε π ί π ε δ ο δ ι α χ ε ί ρ ι σ η ς Αξίζει να σημειωθεί ότι στο φυσικό στρώμα (PL) και το στρώμα ΑΤΜ, διενεργούνται λειτουργίες που ανήκουν σε ανώτερα στρώματα του μοντέλου OSI (π.χ. η πολυπλεξία layer 2, η δρομολόγηση layer 3 και η κατάτμηση/επανένωση layer 4). Στην περίπτωση των ευρυζωνικών δικτύων, στο χρήστη παρέχεται μια ευρυζωνική διεπαφή δικτύου (Broadband User-Network Interface ή B-UNI). Στο παρακάτω σχήμα, φαίνεται μια τυπική διάρθρωση αναφοράς (Reference Configuration RC) για ένα B-UNI. Mια διάρθρωση αναφοράς, συνήθως, συνοδεύεται από την αντίστοιχη διάρθρωση πρωτοκόλλων αναφοράς (Protocol Reference Configuration PRC). Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ευρυζωνικές Επικοινωνίες (βασικά στοιχεία) 18

Τερματική Τερματισμός Τερματισμός διάταξη Διεπαφή δικτύου Διεπαφή δικτύου Β-ΤΕ1 S B ΝΤ2 T B ΝΤ1 Ανώτερα Ανώτερα στρώματα στρώματα ΑΑL ΑΑL ATM ATM Φυσικό Διεπαφή Φυσικό Διεπαφή Φυσικό στρώμα S B στρώμα Τ B στρώμα Στην παραπάνω διάρθρωση: Η ασυμμετρία μεταξύ T B και S B εξυπηρετεί υπηρεσίες διανομής (πολλά Β-ΝΤ2 συνδεδεμένα σε ένα Β-ΝΤ1). Η T B εξυπηρετεί σημειο-σημειακές (point-to-point) συνδέσεις ενώ η S B εξυπηρετεί σημειοπολυσημειακές (point-to-multipoint) συνδέσεις. Τα Β-ΤΕ1 και Β-ΝΤ2 ανήκουν στην ίδια στοίβα ενώ το ΝΤ1 αναφέρεται μόνο στο φυσικό στρώμα (PL). Ένα εξελιγμένο Β-ΝΤ1 μπορεί να αναγνωρίζει διαφορετικούς τύπους υπηρεσιών. Για το ΝΤ-2 προβλέπεται ένα ευρύ σύνολο λειτουργιών. Βλέπε: Ι. Βενιέρης, Δίκτυα Ευρείας Ζώνης, ενότητα 3.2.2. 3.4. Ερωτήσεις 1. Να εξηγηθεί ο όρος Β-UNI (Broadband User Network Interface) (Βενιέρης, ενότητα 3.1 σημειώσεις). 2. Να εξηγηθεί ο όρος ΝΝΙ (Node Network Interface) (Παγιατάκης, σημειώσεις). 3. Να αναφερθούν τα 7 στρώματα του OSI-BRM (Παγιατάκης, σημειώσεις). 4. Στο OSI-BRM, ποιο στρώμα είναι «αρμόδιο» για τη δρομολόγηση και ποιο για τη διασφάλιση της ποιότητας μετάδοσης (Παγιατάκης, σημειώσεις). 5. Να σχεδιαστεί το Β-ISDN-PRM (στις δύο διαστάσεις χωρίς τη διαχείριση) (Βενιέρης, ενότητα 3.2.2.1 Παγιατάκης, σημειώσεις). 6. Μπορεί να γίνει ένα-προς-ένα αντιστοίχιση μεταξύ του OSI-BRM και του Β-ISDN-PRM ή όχι και γιατί; (όχι - το BRM τυποποιεί τη μεταφορά δεδομένων ενώ το PRM προορίζεται για όλες τις τηλεπικοινωνιακές υπηρεσίες ). Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ευρυζωνικές Επικοινωνίες (βασικά στοιχεία) 19

7. Με αναφορά στο σχήμα 3.5, να εξηγηθεί η ύπαρξη επιπέδων χρήστη και σηματοδοσίας στο στρώμα AAL (Βενιέρης, ενότητα 3.2.2.1 Παγιατάκης, σημειώσεις). 8. Να οριστεί η έννοια «εξω-ζωνική σηματοδοσία» ( out-of-band signalling ) (παρ όλο που η πληροφορία χρήστη και η σηματοδοσία είναι συσχετισμένες, ακολουθούν διαφορετικές διαδρομές και αντιμετωπίζονται ξεχωριστά από το δίκτυο B-ISDN Βενιέρης, ενότητα 3.2.2.1 Παγιατάκης, σημειώσεις). 9. Τι σημαίνει το γεγονός ότι το στρώμα ΑΤΜ είναι κοινό για τα επίπεδα χρήστη και σηματοδοσίας του ΑΑL; (Βενιέρης, ενότητα 3.2.2.1 Παγιατάκης, σημειώσεις). Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ευρυζωνικές Επικοινωνίες (βασικά στοιχεία) 20

4. ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΗΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ATM ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΑΝΑΦΟΡΑΣ ΤΟΥ B-ISDN 4.1. Το φυσικό στρώμα (και τα δύο υποστρώματά του) Το φυσικό στρώμα (Physical Layer PL) απαρτίζεται από δύο (2) υποστρώματα (sublayers): Το υπόστρωμα φυσικού μέσου (Physical Medium PM). Το υπόστρωμα σύγκλισης μετάδοσης (Transmission Convergence TC). Προβλέπονται δύο περιπτώσεις: Περίπτωση 1 η (χρήση SDH): Η μετάδοση βασίζεται στην τεχνική SDH οπότε τα ΑΤΜcells εντάσσονται στη δομή (πλαίσιο) STM-1. Περίπτωση 2 η (μη χρήση SDH): Tα ΑΤΜ-cells μεταδίδονται «απευθείας» (ως bit-stream με κενά πακέτα όπου χρειάζεται) ενώ ο συγχρονισμός γίνεται από ρολόγια PDH 13. Το πλαίσιο STM-1 απεικονίζεται στο σχήμα που ακολουθεί (Συστάσεις G.708/G.709 ΙΤU-T): O περιέκτης (container) C-4 περιέχει την πληροφορία (ωφέλιμος φόρτος ή payload). Η προμετωπίδα διαδρομής (Path OverΗead POH) περιέχει πεδία που χρησιμοποιούνται για τη διαχείριση. Ο C-4 και τα πεδία VC4-POH απαρτίζουν τον εικονικό περιέκτη (Virtual Container VC-4 = C-4 + POH). Ο VC-4 και o ενδείκτης (PoinTeR PTR) απαρτίζουν τη Διαχειριστική Μονάδα (Administrative Unit) AU-4 (AU-4 = VC-4 + PTR). Η AU-4 και η προμετωπίδα τμήματος (Section OverΗead SOH) απαρτίζουν το πλαίσιο STM-1 (STM-1 = AU-4 + SOH). 13 Εκτενέστερη ανάλυση των τεχνικών PDH και SDH υπάρχει στο κείμενο: Γ. Παγιατάκης, Τηλεπικοινωνιακά Συστήματα - σημειώσεις (κεφάλαιο 15). Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ευρυζωνικές Επικοινωνίες (βασικά στοιχεία) 21

Δομή πλαισίου STM-1 Virtual Container VC-4 VC4-POH Container C-4 9 Bytes (9x8 bits) 1 Byte 260 Bytes (260x8 bits) 3 J1 Bytes Section OverHead (SOH) B3 C2 Πακέτο ΑΤΜ (53 Βytes) 1 Byte Admin.Unit PoinTeR (ΑU-4 PTR) G1 ωφέλιμος φόρτος (payload) F2 5 H4 Bytes Section OverHead (SOH) Z3 Z4 Z5 9x(9+1+260 Bytes) x (8 bits) σε 125 μs = 155,52 Mbit/s Οι δυφιοκτάδες (bytes) που διατίθενται στην προμετωπίδα διαδρομής (POH) και στην προμετωπίδα τμήματος (SOH) χρησιμοποιούνται για την υλοποίηση λειτουργιών διαχείρισης και συντήρησης (Operations for Administration and Maintenance OAM) σύμφωνα και με τις συστάσεις G.708 και G.709 της ITU. Το υπόστρωμα σύγκλισης μετάδοσης (TC) εκτελεί τις λειτουργίες του πίνακα που ακολουθεί. Στη 2 η περίπτωση (μη χρήση SDH), εκτελούνται μόνον οι δύο κάτω λειτουργίες, και συγκεκριμένα η οριοθέτηση πακέτων (δηλαδή ο συγχρονισμός τους) καθώς και ο έλεγχος λαθών στην επικεφαλίδα (μέσω του πεδίου HEC βλ. ενότητα 4.2.2). Αντίθετα ενώ στην περίπτωση χρήσης του SDH εκτελούνται και οι 5 λειτουργίες του πίνακα. Δημιουργία του πλαισίου μετάδοσης και επανάκτησή του Χρήση Προσαρμογή του πλαισίου μετάδοσης Αποσυσχέτιση του ρυθμού των πακέτων SDH Μη χρήση Δημιουργία αλληλουχίας ελέγχου λάθους επικεφαλίδας και επαλήθευση SDH Οριοθέτηση πακέτων (συγχρονισμός) Σε περίπτωση χρήσης SDH, τα πακέτα ΑΤΜ εντάσσονται στον C-4. Όταν δεν υπάρχει διαθέσιμη πληροφορία, εισάγονται κενά πακέτα ATM (με τυποποιημένη και άμεσα αναγνωρίσιμη δομή). Δεδομένου ότι η χωρητικότητα του C-4 (σε Bytes) δεν είναι ακέραιο πολλαπλάσιο των 53 Bytes των πακέτων ΑΤΜ, ένα πακέτο ΑΤΜ μπορεί να «διασχίσει» το όριο του C-4, όμως η σχετική πληροφορία «αποτυπώνεται» στο πεδίο Η-4 του POH. Βλέπε: Ι. Βενιέρης, Δίκτυα Ευρείας Ζώνης, ενότητα 4.1. Γ. Παγιατάκης, Τηλεπικοινωνιακά Συστήματα - σημειώσεις (ενότητα 15.3) Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ευρυζωνικές Επικοινωνίες (βασικά στοιχεία) 22

4.2. Στρώμα ΑΤΜ 4.2.1. Η δομή του πακέτου ΑΤΜ (ATM Protocol Data Unit ή ATM PDU) Όλα τα πακέτα ΑΤΜ (Protocol Data Unit ή PDUs) περιέχουν 53 Bytes (53 x 8 = 424 bits). Από αυτά, τα 5 Βytes (5 x 8 = 40 bits) σχηματίζουν την επικεφαλίδα (PCI) ενώ τα 48 Bytes (48 x 8 = 384 bits) απαρτίζουν την SDU (Service Data Unit) που μεταφέρει την πληροφορία. PCI (5 bytes) SDU (48 bytes) ATM PDU Η δομή της επικεφαλίδας (PCI) φαίνεται στο σχήμα που ακολουθεί. Προβλέπονται δύο ξεχωριστές δομές, μία για το UNI (User Network Interface διεπαφή χρήστη βλ. και παρακάτω σχήμα) και μία για το ΝΝΙ (Node Network Interfase διεπαφή μεταξύ συσκευών ΑΤΜ). Η διαφορά τους είναι ότι στην επικεφαλίδα για το ΝΝΙ, το πεδίο GFC (βλ. παρακάτω) δεν χρειάζεται οπότε τα αντίστοιχα bits διατίθενται στο πεδίο VPI. bits 8 7 6 5 4 3 2 1 Bytes 1 2 3 4 GFC VPI VPI VCI VCI VCI PT CLP Η συγκεκριμένη δομή επικεφαλίδας (PCI) αφορά το UNI. Στο ΝΝΙ, τα bits του πεδίου GFC εκχωρούνται στο VPI. 5 ΗΕC Βλέπε: Ι. Βενιέρης, Δίκτυα Ευρείας Ζώνης, ενότητα 4.2.1. 4.2.2. Η δομή της επικεφαλίδας (PCI) Πεδία επικεφαλίδας για πολυπλεξία, μεταγωγή, και σηματοδοσία Η πολυπλεξία, μεταγωγή, και σηματοδοσία γίνεται μέσω των πεδίων VPI (Virtual Path Identifier Eικονικός Ενδείκτης Διαδρομής) και VCI (Virtual Channel Identifier Eικονικός Ενδείκτης Καναλιού): Τα πεδία αυτά περιέχουν ενδείκτες με βάση τους οποίους γίνεται η δρομολόγηση των πακέτων. Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ευρυζωνικές Επικοινωνίες (βασικά στοιχεία) 23

Γενικά, η τεχνική ΑΤΜ, «αναγνωρίζει» εικονικά κανάλια (Virtual Channels ή VCs) τα οποία εντάσσονται σε εικονικές διαδρομές (Virtual Paths ή VPs), οι οποίες, με τη σειρά τους, απαρτίζουν τη διαδρομή (path). Έτσι, τα πεδία VPI και VCI προσδιορίζουν (αντίστοιχα) την εικονική διαδρομή (VP) και το εικονικό κανάλι (VC) που χρησιμοποιείται από ένα σήμα. Επισημαίνεται ότι η φυσική οντότητα που αντιπροσωπεύει ένα VC ή ένα VP καθορίζεται από την εκάστοτε εφαρμογή. Π.χ. τα VC-a και VC-b μπορεί να είναι δύο διαφορετικά ψηφιακά σήματα ενώ η VP-1 μπορεί να είναι το μήκος κύματος λ 1 ενός συστήματος WDM (στο οποίο έχουν «φορτωθεί» τα δύο ψηφιακά σήματα). Με τη σειρά της, η διαδρομή μπορεί να είναι η οπτική ίνα μέσω της οποίας μεταδίδονται τα μήκη κύματος λ 1, λ 2, κλπ. VC-a VC-b VP-1 Στρώμα Μεταγωγή VC ΑΤΜ Mεταγωγή VP VC-a VC-b VP-2 Διαδρομή (Path) Πεδία επικεφαλίδας για τον ελεγχο της ροής Το αντίστοιχο πεδίο (GFC = Generic Flow Control 4 bits) υποστηρίζει έναν μηχανισμό ελέγχου όταν πολλά τερματικά μοιράζονται το ίδιο μέσο. Το πεδίο GFC έχει νόημα μόνο για τη διεπαφή χρήστη-δικτύου (UNI) γι αυτό και, για διεπαφές δικτύου-δικτύου (ΝΝΙ), τα αντίστοιχα bits διατίθενται στο πεδίο VPI. Πεδία επικεφαλίδας για την ένδειξη συμφόρησης Το αντίστοιχο πεδίο (PT = Payload Type = τύπος ωφέλιμου φόρτου 3 bits) παρέχει ενδείξεις σχετικά με τη δημιουργία συμφόρησης στο δίκτυο. Πεδία επικεφαλίδας που καθορίζουν την προτεραιότητα για απώλεια πακέτων Το αντίστοιχο πεδίο (CLP = Cell Loss Priority = προτεραιότητα απώλειας πακέτων 1 bit) καθορίζει ποια πακέτα θα απορριφθούν σε περίπτωση «υπερχείλισης» των ενταμιευτών. Πεδία επικεφαλίδας για έλεγχο και διόρθωση λαθών Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ευρυζωνικές Επικοινωνίες (βασικά στοιχεία) 24

Το αντίστοιχο πεδίο (ΗΕC = Header Error Control = έλεγχος λαθών στην επικεφαλίδα 8 bits) χρησιμοποιείται για τον έλεγχο και τη διόρθωση λαθών στην επικεφαλίδα. Βλέπε: Ι. Βενιέρης, Δίκτυα Ευρείας Ζώνης, ενότητες 4.2.2 4.2.8. 4.2.3. Διαχείριση του στρώματος ΑΤΜ Για τη διαχείριση του δικτύου διατίθενται ειδικά πακέτα ATM (με την ίδια δομή 53 = 5 + 48 Bytes, αλλά με διαφορετική σύνθεση). Οι λειτουργίες διαχείρισης μπορεί να είναι είτε η διαχείριση σφαλμάτων είτε η επιτήρηση της επίδοσης του δικτύου (το είδος του πακέτου διαχείρισης καθορίζεται από τα 4 πρώτα bits μετά την επικεφαλίδα). Βλέπε: Ι. Βενιέρης, Δίκτυα Ευρείας Ζώνης, ενότητες 4.2.9. 4.3. Στρώμα ΑΑL Ο βασικός ρόλος του στρώματος ΑΑL είναι η προσαρμογή των διαφόρων τηλεπικοινωνιακών υπηρεσιών στις σταθερού μεγέθους (48 bytes) SDUs του ATM. Επιτυγχάνεται με την κατάτμηση/επανομαδοποίηση (SAR) των πακέτων. Κατηγοριοποίηση υπηρεσιών Η κατάταξη όλων των υπηρεσιών σε τέσσερις (4) βασικές κατηγορίες (τάξεις ή κλάσεις) είναι απαραίτητη για την αποφυγή υπερβολικά μεγάλου αριθμού πρωτοκόλλων. H κατηγοριοποίηση γίνεται ως προς τα παρακάτω κριτήρια: CBO ή non-cbo (CBO = Continuous Bit-stream Oriented): Μια υπηρεσία χαρακτηρίζεται ως CBO όταν η υλοποίησή της απαιτεί συνεχή ροή από bits (είτε με σταθερό είτε με μεταβλητό ρυθμό μετάδοσης). Αντίθετα, μια υπηρεσία non-cbo δεν απαιτεί συνεχή ροή από bits. CBR (Constant Bit Rate) ή VBR (Variable Bit Rate): Μια υπηρεσία CBR χαρακτηρίζεται από σταθερό ρυθμό μετάδοσης ενώ μια υπηρεσία VBR από μεταβλητό. CO (Connection Oriented) ή CL (ConnectionLess): Μια υπηρεσία χαρακτηρίζεται ως CO όταν πριν από την παροχή της δημιουργείται κύκλωμα μεταξύ των εμπλεκομένων κόμβων ή χρηστών (το οποίο παραμένει διαθέσιμο καθ όλη τη διάρκεια παροχής της υπηρεσίας). Αντίθετα, για την παροχή μιας υπηρεσίας CL, δεν απαιτείται προ-δημιουργία κυκλώματος (ούτε και η ύπαρξη σηματοδοσίας). Τάξεις υπηρεσιών Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ευρυζωνικές Επικοινωνίες (βασικά στοιχεία) 25

Αναγνωρίζονται οι παρακάτω τέσσερις (4) τάξεις (classes) υπηρεσιών: Τάξη Α: CBO/CBR/CO, π.χ. τηλεφωνία. Τάξη Β: CBO/VBR/CO, π.χ. VoD. Τάξη C: non-cbo/vbr/co, π.χ. ανταλλαγή δεδομένων μεταξύ HY. Τάξη D: non-cbo/vbr/cl, π.χ. e-mail. Οι τάξεις C και D, αφορούν, αποκλειστικά, τις υπηρεσίες δεδομένων (που χρησιμοποιούν μεταγωγή πακέτων). Σημειωτέον ότι, για τις υπηρεσίες CO (που απαιτούν σηματοδοσία), προβλέπονται ξεχωριστά πακέτα χρήστη και σηματοδοσίας (U-plane, C-plane) δεδομένου ότι η πληροφορία και η σηματοδοσία ακολουθούν διαφορετικές διαδρομές. Βλέπε: Ι. Βενιέρης, Δίκτυα Ευρείας Ζώνης, ενότητες 4.2.9. 4.4. Οι βασικές διατάξεις ΑΤΜ (πολυπλέκτης, διασταυρωτήρας, μεταγωγέας) Οι βασικές διατάξεις ΑΤΜ είναι: Ο πολυπλέκτης (multiplexer ή mux), Ο διασταυρωτήρας (cross-connect ή XC) Ο μεταγωγέας (switch) Στον πολυπλέκτη (multiplexer ή mux), οι εικονικές διαδρομές (Virtual Paths VPs ) εισόδου (η καθεμιά με όλα τα ιδεατά της κανάλια VCs ) πολυπλέκονται σε μία ιδεατή διαδρομή (VP) εξόδου (στο παραπάνω σχήμα, όλα τα VCs των VP-1, VP-2, VP-3 διοχετεύονται στο VP-4). Στο διασταυρωτήρα (cross-connect ή XC), η δρομολόγηση γίνεται σε επίπεδο εικονικής διαδρομής (VP). Έτσι, οι εικονικές διαδρομές (Virtual Paths VPs ) εισόδου (η καθεμιά με όλα τα ιδεατά της κανάλια VCs ) δρομολογούνται σε συγκεκριμένες εξόδους (π.χ., στο παραπάνω σχήμα, η VP-1 εμφανίζεται στην είσοδο 1 και μετά δρομολογείται, με όλα τα VCs που περιέχει, στην έξοδο 3). Στο μεταγωγέα (switch), η δρομολόγηση γίνεται σε επίπεδο εικονικού καναλιού (VC). Π.χ. τα VC-a και VC-b του VP-1 μπορoύν, αρχικά, να εμφανίζονται στην είσοδο 1 και μετά το μεν VC-a να δρομολογείται προς την έξοδο 2 (π.χ. ενταγμένο στο VP-3) ενώ το VC-b προς την έξοδο 1 (π.χ. ενταγμένο στο VP-2). Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ευρυζωνικές Επικοινωνίες (βασικά στοιχεία) 26