1 / 267

1645 Nopeat tiedonsiirtoverkot

1645 Nopeat tiedonsiirtoverkot. Luentomoniste syksy 2001. Sisällysluettelo Kalvonumero Johdanto 3 Nopeutta vaativat/rajoittavat tekijät 16 Nopeat lähiverkkotekniikat 38 Fast Ethernet 60 Gigabit Ethernet 64 100VG-AnyLan 77 HIPPI 83

ahanu
Download Presentation

1645 Nopeat tiedonsiirtoverkot

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 1645 Nopeat tiedonsiirtoverkot Luentomoniste syksy 2001

  2. Sisällysluettelo Kalvonumero • Johdanto 3 • Nopeutta vaativat/rajoittavat tekijät 16 • Nopeat lähiverkkotekniikat 38 • Fast Ethernet 60 • Gigabit Ethernet 64 • 100VG-AnyLan 77 • HIPPI 83 • Optinen tiedonsiirto 92 • FC 98 • Kanavointitekniikat 106 • SDH/SONET 119 • FDDI 125 • FTTH 131 • Nopeat runkoverkot 138 • ATM 149 • Referenssimalli 170 • Lähiverkot 235 2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH

  3. KAIKKI TIET VIEVÄT KOTIISI • Tiedon valtatien liikenne kasvaa nopeasti. • Käyttäjille rakennetaan yhä nopeampia ja laajakaistaisempia kulkureittejä. • Matkustavaisille on tarjolla koko ajan kasvava valikoima pysähdyspaikkoja, joissa voi tehdä työtä, tankata tietoa tai vaikka vaihtaa viihteelle. • Tiedon valtatien ytimen muodostavat nopeat runkoverkot. • Valtatiehen liitytään hitaammilla yhteyksillä, ja tien tarjoamista antimista nautitaan mikrotietokoneella. 2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH

  4. TIEDON VALTATIEN RAKENNEOSAT • Siirtopalvelut eli tiedon valtaväylien moottoritieosuus • Liityntäpalvelut eli moottoritien liittymät, rampit • Päätelaitteet eli ajoneuvot • Tiedon valtatien varrelta löytyy erilaisia palveluja, jotka voivat olla yleisiä, kuten sähköposti tai eri alueille erikoistuneita tieto-, asiointi- tai viihdepalveluja 2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH

  5. Siirtopalvelut • Nopea laajan alueen kaksisuuntainen verkko • Vaaditaan suurten käyttäjämäärien vuoksi laajakaistaisuutta • Laajakaistaiset yleiskäyttöiset verkot kuten ATM muodostavatkin valtatien keskeisen osan • Eri ominaisuuksilla varustetut siirtotiet palvelevat : • Puhelinkäyttäjiä (älyverkot, puhelinverkko) • Liikkuvia käyttäjiä (mobiiliverkot) • Tietokoneisiin liittyvää liikennettä (datasiirtoverkot) 2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH

  6. Liityntäpalvelut • Liityntäpalvelu tarjoaa yksikölle (yritys, toimisto, koti, yksittäinen päätelaite) pääsyn palveluihin • Liityntäpalvelu voi olla siirtopalvelua oleellisesti hitaampi ja tietylle palvelulle sovitettu • Liityntätapa voi olla • Optimoitu datansiirtoon • Puhelinverkon osa • Etupäässä viihdekäyttöön tarkoitettu • Samaa tekniikkaa kuin siirtoverkossa 2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH

  7. Päätelaitteet • Päätelaitteissa on nähtävissä sama kohtalo kuin muilla tietoliikennejärjestelmän osilla: • Päätelaitteesta tulee monimuotoviestin ja erilliset toiminnot integroituvat samaan laitteeseen • Tietokoneet saavat TV:n ja videon ominaisuuksia, televisioon tulee tietokoneen ominaisuuksia • Kännykkä ja kannettava tietokone muodostavat liikkuvan toimiston ja tavallisissakin toimistoissa puhelin on ehkä jatkossa vain mikron ohjelmisto. 2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH

  8. Palvelut • Tiedon valtatien kautta käyttäjä saa haluamansa tiedot ja palvelut : • Sanomalehdet, musiikki, elokuvat, kirjat, oppaat, esitteet, muistiot, erilaiset tietokannat, … • Käyttäjien välinen viestintä ja kaupankäynti, kuluttajan ostokset, viranomaisten kanssa asiointi, poliittiseen keskusteluun ja päätöksentekoon osallistuminen, opiskelu sekä työnteko (etätyö) tapahtuvat yhä useammin tietoverkoissa 2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH

  9. Nopeat tiedonsiirtoverkot • Miten ? • Kaikki edellä luetellut osa-alueet pitää olla kunnossa, jotta koko yhteyden palveluntarjoajalta käyttäjälle voidaan katsoa olevan nopean • Yhdenkin osa-tekijän hitaus heijastuu välittömästi palvelun hidastumisena • Miksi ? • Päätelaitteet nopeutuneet • Käyttäjämäärät kasvaneet • Käyttäjien vaatimukset kasvaneet • Sovellukset vaativat lisää siirtokapasiteettiä • Reaaliaikaiset sovellukset lisääntyneet 2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH

  10. Nopeat tiedonsiirtoverkot • Dataverkot • Kiinteät • Mobiilit • Televerkot • Kiinteät • Mobiilit 2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH

  11. Kiinteät dataverkot • Ethernet : 10 Mbit/s • Fast Ethernet 100 Mbit/s • Gigabit Ethernet 1000Mbit/s • … • ATM : 155 Mbit/s, 622 Mbit/s, …, 2.5Gbit/s • FDDI : 100 Mbit/s 2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH

  12. Mobiilit dataverkot • IrDA : 9.5 kbit/s – 4 Mbit/s • Bluetooth : 1Mbit/s, 2Mbit/s • Symmetrinen 432,6 kbit/s datakanava • Epäsymmetrinen 721 kbit/s datakanava, jonka nopeus paluusuuntaan on 56,6 kbit/s • WLAN : 2 Mbit/s, 11 Mbit/s, 54 Mbit/s • HIPERLAN : 10-25 Mbit/s 2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH

  13. Kiinteät televerkot • Modeemit : max 56kbit/s • ISDN : 64/128 kbit/s • xDSL-tekniikat : • ADSL : uplink < 768 kbit/s, downlink < 8 Mbit/s • HDSL : 128 kbit/s – 2 Mbit/s • VDSL : jopa 53 Mbit/s 2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH

  14. Mobiilit televerkot MBS UMTS EDGE GPRS Multislot GSM Data 14,4 kbit/s 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH

  15. Mobiilit televerkot • GSM : Piirikytkentäinen 9600 bit/s • HSCSD : Piirikytkentäinen, aikavälin siirtonopeus 9,6 kbit/s -> 14,4 kbit/s (115,2 kbit/s = 14,4 kbit/s * 8 aikaväliä) • GPRS : Pakettikytkentäinen 14.4 kbit/s • EDGE : Piirikytkettynä max 64 kbit/s, Pakettikytkettynä max 473 kbit/s • UMTS : Pakettikytkentäinen 8kbit/s - 2Mbit/s • MBS : yli 2Mbit/s 2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH

  16. 1645 Nopeat tiedonsiirtoverkot Nopeutta vaativat tekijät Nopeutta rajoittavat tekijät Tarvitaanko nopeutta lisää ?

  17. Nopeutta vaativat tekijät • Tekninen kehitys tuo jatkuvasti uusia nopeampia verkkoarkkitehtuureita markkinoille • Tietyt sovellukset kuluttavat helposti kaiken tarjolla olevan kaistan ja siten hyötyvät uusista nopeista verkoista muita enemmän • Ei pyritäkään minimoimaan resurssien kulutusta 2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH

  18. Nopeutta vaativat tekijät • Paljon käyttäjiä • Internetin laajeneminen on tuonut useille verkkopalveluille valtavat käyttäjäjoukot • Käyttäjämäärien jatkuva kasvu luo yhä suurempia nopeusvaatimuksia sille verkon osalle, jossa palvelimet sijaitsevat • Mikäli käyttäjät sijaitsevat ympäri maailmaa, liikenne hajaantuu pikkuhiljaa eri suuntiin ja eri verkkosegmenteille kauemmas mentäessä • Palvelimien verkkosegmentin täytyy pystyä limittämään ja kuljettamaan vastaus kaikkiin pyyntöihin reitittimille, joista vastaukset hajaantuvat maailmalle 2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH

  19. Nopeutta vaativat tekijät • Paljon käyttäjiä jatkuvasti • Jos käyttäjäkunta on jakautunut hyvin laajalle ja palvelu ei sisällä mitään kovin aikasidonnaista informaatiota, eri puolilta tulevat pyynnöt jakautuvat ajallisesti jossain määrin tasaisesti • Esimerkki tällaisesta maantieteellisesti ja aikavyöhykkeellisesti laajaa käyttäjäkuntaa kiinnostavasta palvelusta, kansainvälisen uutistoimiston WWW-palvelin • Palvelimelta odotetaan löytyvän kuvamateriaalia ja tarkkoja reaaliaikaisia uutisia, joten siirrettävää dataa on paljon ja palvelu kiinnostaa lähes koko maailmaa. 2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH

  20. Nopeutta vaativat tekijät • Paljon käyttäjiä tietyllä ajan hetkellä • Jos palvelu on luonteeltaan hyvin aikasidonnainen, palvelimelle saattaa tulla pyyntöjä ajallisesti hyvinkin keskittyneesti • Tällöin tietysti palvelimelta ja sen ohjelmistolta vaaditaan paljon, mutta myös verkko joutuu kuljettamaan välillä satoja limitettyjä vastauksia samanaikaisesti • Esimerkiksi Olympialaisten reaaliaikainen tulospalvelu 2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH

  21. Nopeutta vaativat tekijät • Suuri määrä siirrettävää dataa • Edellisistä hieman eroavat sovellukset, joiden käyttäjämäärät ovat hyvin rajattuja mutta jotka vaativat verkkoa kuljettamaan valtavia määriä dataa käyttäjilleen • Etätyöskentely • Sairaalaverkot • … 2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH

  22. Nopeutta vaativat tekijät • Suuret datapaketit • Lääketiede on esimerkki, jossa syntyy valtavan kokoisia tiedostoja, sillä lääketieteellisiä kuvia ei pakata hukkaavilla menetelmillä • Vaatimuksena on, että kuvat säilyvät palvelimen levyllä ja ovat jatkuvasti spesialistien haettavissa alkuperäisen laatuisina • Eräässä sairaalassa havaittiin, että verkolta vaadittiin n. 130 Mb/s nopeutta, jotta kyseisen kaltainen käyttö oli järkevää 2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH

  23. Nopeutta vaativat tekijät • Suuret datavirrat • Virtamuotoinen data kuljetetaan verkossa pieninä paketteina, joiden pitää saapua kohdekoneeseen suhteellisen tasaisin väliajoin • Tällöin päästä päähän viive ei voi vaihdella kovin paljoa eli muut paketit pitää limittää virtojen lomaan melko huolellisesti • Videoneuvottelut 2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH

  24. Nopeutta vaativat tekijät • Reaaliaikaiset sovellukset • Laajaa kaistaa tärkeämpää on pieni päästä-päähän viive • Kaksisuuntainen audio- tai videoyhteys • Yhteyden laatu kärsii huomattavasti, jos päästä päähän viive kasvaa ja käyttäjät joutuvat odottamaan repliikkiensä perillemenoa ja vastausten tuloa liian kauan 2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH

  25. Nopeutta vaativat tekijät • Paljon käyttäjiä, paljon dataa • Kun sekä käyttäjiä on paljon, että heille siirretään suuria määriä dataa, verkko joutuu lujimmilleen • Esitykset, joita voi seurata suorana videovirtana Webin välityksellä • Tämäntyyppiset laajasti perinteisissä medioissa mainostetut sovellukset, jotka tarjoavat videovirtaa vain tietyllä hetkellä, kysyvät verkolta kapasiteettia • Samanaikaisten käyttäjien määrä voi nousta ennalta arvaamattoman suureksi ja siedettävä videovirta vie kaistaa runsaasti per käyttäjä • Kaistavaatimuksia pyritään toki pienentämään myös videokoodauksen tehokkuutta parantamalla • MPEG-4 standardin mukaisella koodauksella 160x120 pikselin kokoinen kuva 5 kehystä/s tuottaa vain noin 20 kb/s 2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH

  26. Nopeutta vaativat tekijät 2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH

  27. Nopeutta rajoittavat tekijät • Yksittäisissä kaapeleissa voidaan nykypäivänä siirtää dataa terabittien nopeudella • Kuinka saadaan kyseinen nopeus mahdollisimman tehokkaasti hyödynnettyä käyttäjän näkökannalta ??? 2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH

  28. Nopeutta rajoittavat tekijät • WWW-surffailua • Kun haluamme ladata WWW-sivun, joltain palvelimelta jostain päin maailmaa data matkaa useinkin hyvin pitkän ja mutkikkaan reitin • Ensin lähetämme www-palvelimelle pyynnön • Palvelin käsittelee pyynnön ja lähettää dataa • Matkalla palvelimelta kotikoneellemme data matkaa monen verkon ja verkkolaitteen kautta kohdaten matkalla monia nopeutta rajoittavia tekijöitä 2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH

  29. Nopeutta rajoittavat tekijät • Palvelin • Palvelimen teho • Liityntä palvelimen omaan lähiverkkoon 2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH

  30. Nopeutta rajoittavat tekijät • Palvelimen lähiverkko • Palomuurit turvallisuussyistä • Reititin • Kytkee lähiverkon Internetiin • ISP • Todennäköinen yhteyden nopeutta hidastava kohta 2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH

  31. Nopeutta rajoittavat tekijät • ISP -> runkoverkko • Data ISP:n verkosta pitää ohjata runkoverkkoon • ISP:n oma runkoverkko • Muiden runkoverkot • Rajoitetut kapasiteetit • Reititys runkoverkkojen kautta 2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH

  32. Nopeutta rajoittavat tekijät • Runkoverkosta käyttäjän ISP:lle • Käyttäjän ISP:ltä käyttäjän koneelle • Pääteyhteys • kiinteä / mobiili • Koneen tehokkuus 2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH

  33. Nopeutta rajoittavat tekijät • Laitteistot / Siirtotiet • Rahalla saa uutta nopeaa tekniikkaa • Matkalla saattaa kuitenkin aina joskus jossain välissä olla joku pätkä vanhempaa hitaampaa teknologiaa • ”Suurin nopeutta rajoittava tekijä = RAHA” 2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH

  34. Tarvitaanko nopeutta lisää ?? • Teho irti nykyisistä yhteyksistä • Nykyisillä tietoliikennekaistoilla informaatio siirtyy niin nopeasti, että voidaankin kysyä onko mahdollinen lisänopeus lainkaan tarpeen ? • Mikäli halutaan nopeuttaa tietoliikennettä, on se mahdollista tehdä myös parantamalla nykyisten käytössä olevien kanavien hyötysuhdetta jalostamalla verkossa välitettävää materiaalia ja sen käsittelyä ja tallennusta vastaanottavassa koneessa 2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH

  35. Tarvitaanko nopeutta lisää ?? • Nykyinen verkon käyttö on usein hyvinkin epäjärjestäytynyttä ja tehoa kuluttavaa • Kuvia, taustoja ja muuta käytännössä turhaa informaatiota siirretään läjäpäin varsinaisen uuden tiedon jäädessä usein muutamaan riviin tekstiä • Paljon dataa siirretään myös yhä uudestaan ja uudestaan sen järjestäytymättömyyden vuoksi • Mikäli ilmaisumuotoja kehitettäisiin pystyttäisiin palveluja tehostamaan todella tuntuvasti • Cachet / Proxyt tulisi hyödyntää tehokkaammin 2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH

  36. Tarvitaanko nopeutta lisää ?? • Internetin hitauteen kyllästyneet oppilaitokset ja tutkijat ovat USA:ssa toteuttamassa Internet2 verkkoa • Tämä uusi verkko tarjoaa jopa satakertaista nopeutta normaaleihin internet yhteyksiin verrattuna • Tämä mahdollistaa yliopistojen välisen videokonferenssit, kokeiluja etäläsnäolosta ja virtuaalitodellisuudesta • Verkko on suljettu ulkopuolisilta ja tarkoitettu vain hyötykäyttöön • Ainakin tutkijat ovat siis sitä mieltä, että tietoverkkoihin tarvitaan lisää nopeutta, ja ratkaisut tähän ovat uusi tehokkaampi teknologia ja rajoitettu käyttö 2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH

  37. Tarvitaanko nopeutta lisää ?? • Hitaus kuitenkin useinkin muualla kuin verkossa • Tehottomat päätelaitteet • Tehottomat ohjelmistot • Tehottomat käyttäjät • … 2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH

  38. 1645 Nopeat tiedonsiirtoverkot Nopeat lähiverkkotekniikat

  39. Nopeat lähiverkot • Fast Ethernet • Gigabit Ethernet • 10 Gigabit Ethernet • 100VG-AnyLAN • HIPPI / Sarja HIPPI • ATM LANE (Käsitellään myöhemmillä luennoilla ATM:n yhteydessä) 2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH

  40. Nopeat lähiverkot 2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH

  41. Nopeat lähiverkot • Lyhenteitä / Termistöä : • RFC = Request For Comments • PNNI = Private Network-Network Interface • LANE = LAN Emulation • MPOA = Multiprotocol Over ATM • SVC = Switched Virtual Circuit • RSVP = Resource reservation protocol • IETF = Internet Engineerin Task Force • 802.1p = Priorisointi (3 bittiä, 8 tasoinen) • 802.1Q = Virtuaali-LAN:it • 802.1h = Translation bridging (mahdollistaa siirron eri verkkojen välillä, tarpeelliset kehysmuutostekniikat) 2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH

  42. Ethernet • Ethernet on kaupallinen nimi, jota käytetään viitattaessa joukkoon lähiverkkojen toteutustapoja, jotka toteuttavat (likimain) ISO:n OSI-viitemallin kerrokset 1 ja 2 (Physical ja Data Link) • Vaikka Ethernetit eroavat merkittävästi toisistaan, niin niillä on yhteinen tausta ja paljon yhteisiä mekanismeja • Kaikki Ethernetit välittävät verkkoon liitettyjen koneiden välillä tietoa käyttäen kehyksiä 2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH

  43. Ethernet (historiaa) • Ethernetin kehitystyö käynnistyi vuonna 1972 Xerox's Palo Alto Research Centerissä • Verkkoa alunperin kutsuttiin Alto Aloha netiksi ja sen nopeus oli 2.94 Mbit/s • Nimi Ethernet tuli käyttöön toukokuussa 1973 ja verkon nopeus kasvoi lopulta arvoon 10Mbit/s • Lukuisten kokeilujen jälkeen työryhmän jäsenet julkaisivat kehitystyön tulokset vuonna 1976 2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH

  44. Ethernet (historiaa) • Samaan aikaan oli kehitteillä useita muitakin lähiverkkoja • Ethernetin tärkeimpiä kilpailijoita oli IBM:n kehittämä TokenRing • Saadakseen sekavaan tilanteeseen järjestystä IEEE muodosti helmikuussa 1980 ryhmän 802 lähiverkkojen standardointia varten • Kaupallisten paineiden puristuksessa IEEE:n ryhmän työ oli hyvin hidasta ja johti tulokseen vasta vuonna 1985, jolloin syntyi standardi IEEE 802.3. 2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH

  45. Ethernet (historiaa) • 1980 DIX-konsortio (Digital, Intel ja itse Xerox) julkaisi oman standardinsa, jota kutsutaan usein nimellä Version I • Vuonna 1982 sama ryhmä julkaisi Version II, jota useimmat ihmiset tarkoittavat puhuessaan Ethernetistä 2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH

  46. Ethernet (historiaa) • 1990-luvun alussa nähtiin, että nopeasti yleistyvät ja suunnitteilla olevat nopeat verkot muodostavat kaupallisen uhan Ethernetille • Marraskuussa 1992 IEEE 802 otti käsittelyyn nopeampien Ethernetien kehittelyn • Monien vaiheiden ja erilaisten kehitysehdotusten jälkeen 100BaseT-Ethernetistä päästiin sopuun marraskuussa 1994 • Kaupallinen valmistus seurasi päätöstä lähes räjähdysmäisesti: maaliskuun 1995 loppuun mennessä markkinoille oli julkaistu yli 80 100BaseT-tuotetta 2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH

  47. Ethernet (historiaa) • Gigabitin Ethernetin standardi (IEEE 802.3z) hyväksyttiin kesäkuussa 1998 • Standardointia koordinoi 11 yrityksen toukokuussa 1996 perustama Gigabit Ethernet Alliance ja standardointityö valmistui varsin nopeasti • Yritysten mielenkiintoa osoittaa se, että standardointityössä on ollut mukana allianssin jäsenenä yli 100 yritystä 2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH

  48. Ethernet (historiaa) 2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH

  49. Ethernet (historiaa) • Lyhenteitä : • HSSG = Higher Speed Study Group • PAR = Project Authorization Request • LMSC = LAN/MAN Standards Comittee • Ballot = Äänestys (Hyväksyntä vaatii ¾ enemmistön) 2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH

  50. Ethernet (historiaa) 10 Gigabitin Ethernet 2001 Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu / PH

More Related