Technologie a protokoly WAN sítí Josef Horálek

Obsah Základní principy WAN technologií Protokoly linkové vrstvy xDSL sítě Frame Relay ATM

Informační zdroje k přednášce

WAN základní principy Wide Ares Networks – představují technologie a přístupy pro vytváření sítí velkého rozsahu v georgraficky oddělených lokalitách (řádově desítky až tisíce kilometrů) Tyto sítě zahrnují velké množství technologií a protokolů mezi které patří zejména: Sítě telefonních operátorů (vytáčené spojení, ISDN, xDSL…) Kabelové sítě poskytovatelů multimediálního obsahu (CATV sítě) GMS/CDMA (sítě první až čtvrté generace, 1G – 4G sítě) Satelitní sítě Sítě WAN jsou budovány pro soukromé společnosti, připojení LAN do Internetu (poskytovateli připojení a služeb). Nepoužívají sdílený přenosový prostředek, respektive síť

WAN základní principy Podporují omezené vysílání na skupinové adresy a všesměrové adresy – tuto vlastnost však vyžadují některé směrovací protokoly WAN jsou zpravidla Non Broadcast Media Access sítěmi vyžadující složitější konfiguraci WAN standardy jsou definovány a řízeny především autoritami: International Telecommunication Union-Telecommunication Standardization Sector (ITU-T), formerly the Consultative Committee for International Telegraph and Telephone (CCITT) International Organization for Standardization (ISO) Internet Engineering Task Force (IETF) Electronic Industries Association (EIA)

WAN základní principy Pronajatá linka Přepojování okruhů Point-to-Point připojení mezi dvěma počítači nebo LAN. Protokoly: PPP, HDLC Přepojování okruhů Mezi koncovými body je vyhrazený okruh - vytáčené připojení. Protokol a technologie: PPP, ISDN Přepojování paketů Zařízení posílají pakety přenosovou sítí, tvořenou trvalým virtuálním nebo přepínaným virtuálním okruhem. Protokol a technologie: X.25, Frame Relay Přepojování buněk Data jsou rozdělena do buněk stejné délky a následně odeslána přes virtuální okruhy - technologie ATM

WAN - rozdělení sítí dle způsobu komunikace

Základní pojmy WAN sítí Data Terminal Equipment Koncové zařízení pro synchronizaci datového přenosu a parametrů s DCE (zejména hodinového signálu – clock rate) Zprostředkovává propojení koncových modemů, terminálů, čteček… Data Circuit Equipment Koncové zařízení okruhu Zajišťující synchronizaci, fázování, převod signálů… Demarkační bod – místo kde končí odpovědnost (rozdílné zejména v USA a Evropě) poskytovatele služeb Místní smyčka – propojení demarkačního bodu s ústřednou Ústředna (CO) spojuje zákazníka s přepínanou sítí poskytovatele (ISP)

Demarkační bod, rychlosti WAN spojů

Sériové vs. paralelní přenosy Paralelní komunikace umožňují realizovat přenos více bitů za jednotku času Více násobná komunikace po stejné lince = efektivní využití linky (např. drátů metalického vedení nebo více optických vláken) Vhodná pouze na kratší vzdálenosti Příkladem je např. ISA, ATA, FSB, CENTRONICS Sériová komunikace realizuje odeslání jednoho bitu za jednotku času Zjednodušení komunikace vytváří předpoklady pro komunikaci na delší vzdálenost Původně reprezentovaná pomalými technologiemi determinovanými sériovými přenosy přes hlasové sítě Příkladem je RS-232, V.35, HSSI (Používáné pro vysokorychlostní spoje, komunikace až 52 Mbit. na lince)

Nevýhody paralelní komunikace Synchronizace – nutnost za jistit synchronizaci a správné doručení pořadí bitů, nutná interpretace chybové složky Inference vysílání – vysílání na médiu může být rušeno interním či externími vlivy, výsledkem je nekonzistentní datový proud

Přístupové metody WAN technologií WAN technologie nepoužívají kolizní přístupové metody, tak jak je známe např. u Ethernetu (CSMA/CD, CSMA/CA) Využití kolizních přístupových metod je problematické při velkém množství uzlů na segmentu a rozsáhlých sítích WAN technologie využívají různé přístupové metody, mnohé zdědily z hlasových sítí – opačná idea přenosu informace, kterou je nutné garantovat nehledě na neefektivitu přenosu TCP/IP a Ethernet nemají v základu žádné mechanizmy pro FDM (Frequency Division Multiplexing) – modulace signálů do signálově oddělených frekvenčních úseků TDM (Time Division Multiplexing) – fixní časový multiplex = fixní bandwith (např. technologie ISDN nebo SONET) STM (Statistical Multiplexing) = variabilní časový multiplex = variabilní bandwith (např. technologie X.25 nebo Frame Relay)

Příklad STDM přístupové metody

Propojení s linkovou vrstvou - enkapsulace Jednotlivé WAN technologie a přístupy se vzájemně prolínají, což znesnadňuje jejich kategorizaci, nejdůležitější protokoly a vazby: HDLC – výchozí typ enkapsulace na CISCO směrovačích při spojení point to point. Vytváří základ pro synchronní protokol PPP a technologie přidružené k tomuto protokolu (např. DSL). PPP – Často využívaný protokol pro spojení mezi směrovači, ale také počítači (vytáčené spojení) PPP pracuje s několika protokoly síťové vrstvy (IP či IPX). Obsahuje bezpečnostní mechanismy (PAP and CHAP. Serial Line Internet Protocol (SLIP) – historický standard pro point to point spojen pracující na TCP/IP. Nahrazen protokolem PPP. X.25 – standard definující přístup a komunikaci k lince (Link Access Procedure, Balanced - LAPB). ITU-T standard definuje způsob propojení DCE a DTE (přesah do fyzické vrstvy). Linkový protokol X.25 je předchůdcem Frame Relay.

Propojení s linkovou vrstvou - enkapsulace Frame Relay – je průmyslovým standardem a přepínaných okruhů. Linková vrstva specifikuje různé typy DLCI okruhů včetně jejich identifikátorů. Obsahuje efektivnější mechanizmy při detekci chyby a řízení datového toku oproti X.25. Jedná se o dosluhující technologie, která se stále prodává… ATM – mezinárodní standard využívaný v telekomunikacích. Umožňuje přenášené typy služeb a garantovat kvalitu služeb z podstaty své přístupové metody. Ta je založena na fixních buňkách o velikost 53 bytů. Umožnují snadnější implementaci do HW a zvýšení rychlosti. Zaručuje vysoké přenosové skrze a efektivní doručování paketů. SONET – není standardem či protokolem pro transmisi dat v síti na druhé vrstvě, tak jako předchozí technologie. Jedná se zejména o technologii fyzické vrstvy určenou pro synchronní přenos dat skrze optické sítě. MetroEthernet – variace Ethernetu určená pro přenos po MAN/WAN.

PPP Point to Point Protokol je rozšířeným protokolem, který umožňuje přenášet data po NBMA sítích Chybí kontrola přístupu k médiu (Media Access Controll) Není nutné definovat identifikátory = MAC adresy Dle RFC 1567 (PPP Design Requirements) definuje: Enkapsulaci datagramů do rámců linkové vrstvy Schopnost demultiplexu k vyšším vrstvám Bitovou transparnetnost bitů – musí být schopen přenést různé bitové interpretace v datových objektech (rámcích). Zajistit detekci chyb (bez korekce) Detekce stavu linku – nečinnost a nesprávné spojení do síťové vrstvy Zprostředkování a schopnost naučit se síťové adresy komunikujících uzlů

PPP Vychází z obecného HDLC rámce, který může nabývat různých hodnot (některé jsou fixní) Adresa ve spojích bod-bod není relevantní (nastavení FF) Control – nevyužitá, otevřené pro budoucí rozšíření Protocol - Vyjednání pomocí služebního protokolu LCP. Podporuje známé síťové protokoly (IP, NetBeui, IPX, AppleTalk, IPC…) FCS analogie kontroly chyb v ostatních linkových protokolech

PPP Pro zahájení komunikace musí PPP projít třemi základními fázemi pomocí LCP a NCP protokolů: LCP – Link Control Protocol – slouží k řízení relace a dohodě o základních parametrech spojení (např. Autentizace apod.) Network Control Protocol – jedná se o skupinu protokolů definovaných pro konkrétní protokoly vyšších vrstev (IPv4, IPv6…) Pomocí těchto definic je možné vytvářet napojení na vyšší vrstvy. IPCP protokol umožňuje nastavit parametry IP na PPP protokolem První fáze – Sestavení spojení a konfiguračních parametrů. Fáze končí po oboustranném potvrzení konfiguračních parametrů. Druhá fáze – Volitelná fáze sloužící k determinaci kvality linky před předáním komunikace vyšší vrstvě. Třetí fáze – Poté co LCP finalizuje komunikační parametry. NCP proces vyjedná, respektive zkonfiguruje parametry síťové vrstvy. Následně je aktivována/deaktivována standardní datová komunikace.

PPP – detail navázání spojení

PPP – detail NCP procesu

Technologie xDSL (x)DSL technologie jsou po světě velice rozšířené, v některých zemích vytvářejí páteř vysokorychlostního přístupu k Internetu Klasické telefonní sítě přenášejí na účastnické přípojce frekvence v rozsahu 300 – 3400 Hz Myšlenkou DSL je přenos dat v rozsahu nad 4 kHz a tím pádem umožnit koexistenci hlasových a datových služeb

Technologie xDSL – základní pojmy DSLAM (DSL Access Multiplexor) – zařízení poskytovatele umístěné v ústředně, slouží pro komunikaci s koncovým bodem. Koncentruje a vyjednává parametry služby BRAS (Broadband Remote Access Server) – směrovač poskytovatele DSL služby spravující datové toky od jednotlivých zákazníků. Ukončuje ATM okruhy účastníků, pomocí L2TP je přeposílá k poskytovateli. Splitter zařízení sloužící k modulace, respektive oddělení frekvenční úrovně signálu (data a hlas) Microfilter – frekvenční filtr propouštějící frekvence pod 4 Hz,. Umožňuje odfiltrovat nežádoucí rušení. DATA se v DSL přenášejí jako ATM buňky

Struktura DSL služeb

Srovnání DSL technologií Existuje mnoho variant xDSL, mnohé jsou ve vývoji. Následující tabulka uvádí základní přehled technologií: VARIANTA RYCHLOST DOWN/UP DOSAH

Struktura DSL služeb Při použití PPPoE (RFC 2516) se enkapsulace realizuje v pořadí: TCP/UDP – IP – PPP – PPPoE – Ethernet PPPoE definuje pomocnou 6B hlavičku, která se vkládá do linkového rámce těsně před PPP hlavičkou

ADSL komunikace a protokoly ADSL je nejrozšířenější DSL technologií, ATM komunikace je možné propojit s linkovou vrstvou a přenést třemi způsoby: RFC 1483/2684 Bridged PPPoE (PPP over Ethernet, přepínané řešení) PPPoA (PPP over ATM, směrované řešení)

Technologie Frame Relay Typický představitel přepínaných sítí, starší technologie a přesto stále používaná technologie z finančních důvodu. Non Broadcast Media Access síť – nemá vlastnosti jako Ethernet (mnohé protokoly a služby nefungují nebo je nutné ručně konfigurovat) FRAME RELAY je příbuzný a nástupce technologie X.25 odstranění nepoužívaných a nepotřebných mechanismů (např. korekce chyb z důvodu vyšší spolehlivosti moderních tech.) FRAME RELAY je primárně určen pro vícebodové spoje na rozdíl od PPP. Historicky se jedná o technologii pracující na principech vynalezených v 70tých letech (X.25) a 90tých letech ve spojení s inovacemi v laboratořích CISCO FRForum průmyslové sdružení pro vývoj Frame Relay (dnes součástí MPLS fora)

Frame Relay – základní pojmy FRAD (Frame Relay Access Device) – jedná se o zařízení, které využívá FR pro spojování sítí (zpravidla směrovač) DCE – zařízení nastavující parametry Frame Relay (obdoba nastavení parametrů linky, neplést!!!), zpravidla se jedna o FR SWITCH DTE – koncové zařízení FR, zpravidla směrovač s FR rozhraním CIR (Commited Information Rate) – propustnost zajištěná sítí DLCI – 10bitové datové identifikátory okruhů s lokální význam PVC – permanentní virtuální okruhy nastavené administrátorem SVC – přepínaný virtuální okruhy vznikají na základě požadavků na zavolání spojení LMI – Local Management Interface je rozšíření FR, které umožňuje nést další dodatečné informace o stavu a parametrech spojení

Frame Relay - enkapsulace Frame Relay reprezentuje první dvě vrstvy ISO/OSI Hlavička 7E v hexa reprezentuje Frame Relay Rámce jsou proměnlivé délky pomocí LAPF protokolu (Link Access Procedure) do velikosti 8189 oktetů

Frame Relay rámec DLCI – obsahuje lokální a vzdálený okruh C/R bit není ve Frame Relay zpravidla využíván EA – rozšiřující adresa (nastavena na 1pro budoucí rozšíření) FECN, BECN a DE jsou slouží pro mechanismy proti zahlcení sítě

Frame Relay –přepínání okruhů

Konec Děkuji Vám za pozornost