B- ISDN hálózatok
2.2. S ZÁMÍTÓGÉP HÁLÓZATOK
2.2.2. QoS IP hálózatok
2.2.2. QoS IP hálózatok
MPLS (MultiProtocol Label Switching)
Gerinchálózati technológia, támogatja a menedzselhetőséget, opcionálisan a minőséget is.
Az USA-ban terjedt el az ATM helyett.
Az ábrán látható, hogy a klasszikus IP hálózaton a csomagok útvonala változhat, de általánosságban elmondható, hogy többnyire ugyanarra mennek. Ekkor jött az ötlet, hogy minek értékeljük ki a címeket minden csomópontban, hiszen ez egy időigényes feladat. Ötlet: rögzítjük az útvonalat, és egy virtuális útvonalat (VP, Virtual Path) készítünk. A kapcsolás címke szerint (a virtuális útvonal címe szerint) történik.
LSP (Label Switched Path): címke kapcsolt útvonal, a címke az útvonalat jelöli ki, nem a felhasználót; a csomag elé csak az új címkét tartalmazó fej kerül.
Különbségek az ATM és az MPLS között:
- MPLS: dinamikus útvonalkezelés
- ATM: statikus, amíg fel nem bontjuk a kapcsolatot, addig marad az útvonal
- MPLS-ben nincs hívás, az útvonal kijelölés megjegyzi, hogy merre mennek az IP csomagok, és eszerint építi ki az útvonalat
- MPLS: új útvonalhoz csupán egy új címke kell; periodikusan lekérdezi az útválasztókat, hogy mennyire foglaltak, vagy van-e hiba, így alkalmazkodik a hálózathoz, dinamikus útvonalkezelést valósít meg (ellentétben az ATM-mel, amely vagy áramkör vagy permanens áramkör kapcsolású).
Miért többprotokollos?
Ez inkább csak egy szándék volt, az IP annyira elterjedt, hogy ez egyelőre még mindig nincs más protokollra megvalósítva.
A fent említett dinamikus útvonalkezelésre pl. az RSVP-t (ReSource reserVation Protocol) alkalmazzák.
Ez egy MPLS-től függetlenül is használható erőforrás foglaló protokoll. (Az IETF 1997-ben szabványosította.) Periodikus lekérdezésen alapul, a lekérdezések kb. 30 mp-enként követik egymást, de valószínűségi alapon.
Az MPLS célkitűzései:
- az útválasztók címkiolvasásának gyorsítására találták ki 1992-ben. Azóta ennél sokkal jobb címkiolvasási módszereket is kifejlesztettek, így ez ma már nem cél.
- menedzselhetőség (LSP): kötegeljük az IP összeköttetéseket, így az RSVP mellett a hálózatmenedzser is megváltoztathatja az erőforrás foglalásokat
- erőforrás foglalható: 1 LSP-re lehet erőforrást foglalni
- VPN (Virtual Private Network, látszólagos magánhálózat) hálózat valósítható meg címkekapcsolt útvonalakkal
Fejlődés:
valós áramkör látszólagos áramkör
TH: felhasználó = 4kHz, kiszámítható, forgalmuk modellezhető, stacioner, felhasználás alapú díjszabás
dinamikus útvonalkezelés datagram
SZH: dinamikusan viselkedik, nincs tartós erőforrás foglalás, a felhasználó is dinamikus, átalány díjas díjszabás.
IntServ, IS (Integrated Sevices (IP network))
IS = integrált szolgáltatású IP hálózat, IETF szabvány.
Még csak kísérleti hálózatok léteznek.
Minden egyes TCP, UDP portokhoz tartozó forgalomra, illetve annak útvonalára:
- külön hívásengedélyezést kell kérni
- több vonal egyetlen folyammá fogható össze, ha azonos úton haladnak - ezekhez a folyamokhoz foglalnak erőforrásokat, pl. RSVP-vel.
Előnye:
Igény szerinti sebességet és minőséget (késleltetés, késleltetési ingadozás, csomagvesztés) garantál.
Hátránya:
Nem skálázható, hiszen minden csomópontban külön erőforrást foglal minden folyamra, inkább csak LAN célokra alkalmas.
DiffServ, DS (Differenciated Sevices (IP network))
DS = megkülönbözetett szolgáltatású (IP hálózat), szintén IETF szabvány.
Az alapvető cél a skálázhatóság volt. Ezzel igyekszik kiküszöbölni az IS hátrányát.
DS tartományokat („domain”) hoznak létre, és kétféle hálózati csomópontot különböztetnek meg: belső és határ csomópont.
A határcsomópontok feladatai:
- hívásengedélyezés, CAC (Call Admission Control)
- rendszabás (policing): feladata a szerződés feltételeinek betartását felügyelni, pl. ne használhasson nagyobb sávszélességet az, aki kisebbet fizetett ki.
A CAC történhet:
- elosztott módon
- központosított információtárolásos módon ún. Bandwith Broker (sávszélesség ügynök) segítségével - osztályokba sorolás alapján. (Az IPv4 fejlécben például van egy ToS (Type of Service) érték, mely
kitöltése alapján megtörténhet az osztályba sorolás.)
A határcsomópontok a kisebb várható forgalom miatt képes elvégezni ezen feladatokat.
A belső csomópontok feladatai:
Prioritást kezel a határcsomópontok által megvalósított osztályba sorolás alapján. Sokkal kevesebb feladata van, mint a határ csomópontnak, így a nagyobb belső forgalmat is le tudja bonyolítani.
A DS tartományok szerepe:
Leginkább gerinchálózati megoldás, pl. egy üzemeltetőnek lehet egy tartománya.
Nem elterjedt, vannak mintahálózatok, de egyelőre nem lehet tudni, hogy fejlesztik-e tovább.
A tervezők egyelőre IS LAN + DS tartományokból álló gerinchálózat felépítésben gondolkodnak.
2.2.2. QoS IP hálózatok VoIP VoIP (Voice over IP)
(Beszédátvitel Internet felett)
Sokféle megoldás létezik, de ami szabvány szinten ki van dolgozva:
- IETF: SIP (Session Initiation Protocol, viszonylétesítő protokoll)
A szabványosítás már folyamatban van, egyelőre még nem valósult meg. Az UMTS-ben lehet, hogy ezt fogják alkalmazni.
- ITU-T: H.323, ajánlás család. (Az ITU-T inkább ajánlásokat és nem szabványt szokott kibocsátani.)
A H.323 ajánlás család:
ISDN-szerű jelzésrendszert használ, és van beléptetés is (CAC).
A használt berendezések a következők:
- átjáró (gateway):
ez valósítja meg a hívásengedélyezést
tartalmaz egy kb. 10 kb/s-os kodeket is (mivel az átjáró egy analóg távbeszélő készülékhez csatlakozik), a késleltetés kb. 20 ms
az átjáró végzi a 2/4 huzalos átalakítást és a visszhangkezelést
a jitter csökkentésére van egy tároló („dejitter buffer”), ennek köszönhetően a késleltetés ingadozás mértéke csökken, viszont járulékos hatásként megnő a késleltetés. A tipikus késleltetés 50 ms körüli.
- tartományvezérlő (gatekeeper): tartományonként egy ilyen van, itt központosított információk tárolódnak az egyes átjárókban végzett hívásengedélyezésekről. Tehát azt vezérlik, hogy az átjárók hogyan végezzék a beléptetést.
- központi vezérlő: több tartomány kezelésére
Multimédiás szolgáltatások az ajánlásban már léteznek, de a gyakorlati megvalósulás még kérdéses.
Multimedia Control Unit (MCU, multimédia vezérlő egység): tartományonként egy ilyen van, ha multimédiás szolgáltatás is van. Ezeknek a berendezéseknek a tervezési nehézségét az adja, hogy figyelembe kell venni, hogy itt folyamatosan változik a sávszélesség, míg a beszédnél adott volt.
A H.323 alapú VoIP berendezéseket már gyártják, és folyamatosan telepítik. A H.323 ajánlás szerint működő berendezésekkel már Magyarországon is léteznek magánhálózatok. Az akadémiai hálózatra (egyetemek, MTA intézmények és közgyűjtemények IP alapú hálózata), továbbá a kormányzat és az önkormányzatok közötti IP hálózatra is folyamatban van a H.323 szerinti VoIP megoldás telepítése. Nyilvános hálózatban történő alkalmazást tekintve itt utalunk vissza a PanTel és a MATÁV közötti versengésre 2000 körül (1ásd Információközlő hálózatok fejlődése).
Kérdés:
Miért nem elegendő egyszerűen egy beszédkodekkel előállított csomagokat IP hálózaton átvinni?
SzH:
- a klasszikus IP-ben minden forgalmat beengedünk - a kiszolgálás „best effort”, legjobb szándék szerint történik
- így QoS-t nem biztosít, de ha e-mail-t vagy nagyobb állományokat küldünk, akkor ez nem is fontos - beszédátvitel esetén a minőséget csak az IP hálózat túlméretezésével lehet általában elfogadható
értéken tartani, ha nem alkalmazunk QoS IP megoldásokat.
TH:
- nem enged be mindenkit, csak annyit, amennyit jól tudunk kiszolgálni - a minőség biztosításának érdekében erőforrást kell foglalni
- a minőséget garantáljuk
- pénzt kérni azért lehet, amit garantálunk
- erőforrást foglalni csak akkor lehet, ha pénzt kérünk ezért.
Ez nem jelenti azt, hogy TH-ban mindig garantáljuk a QoS-t. Pl.: decemberben péntek délután hirtelen nagy hó esik, és mindenki egyszerre telefonál, hogy elkésik, akkor bedugulhat a hálózat, ugyanis olyan sokan akarják hirtelen igénybe venni a szolgáltatást, hogy összeomlik a hálózat. Tehát a minőséget valószínűségi alapon fogalmazzák meg a TH-ban is.
Az, hogy a hálózatot milyen forgalomra méretezzük költségérzékeny. A H. 323 távközlési szemléletű megoldás: a tartományban ismerni kell a tartomány terheltségét, vissza kell juttatni az útvonalválasztóhoz.
Pl. akadémiai hálózatokban: ingyenes az Internet hozzáférés, de ha megvalósítják a beszédszolgáltatást, az nem lesz ingyenes. Mérlegelni kell majd az árat és a minőséget a távbeszélő hálózat szolgáltatásához képest.
2.2.3. Mozgó IP hálózatok Földfelszíni mozgó IP hálózatok
(Enhanced Datarate GSM Evolution technology, megnövelt adatsebességű GSM technológia.) A modulációs állapotok számát felemelik, 8 PSK-t alkalmaznak.
Hatásai:
- megnő a sebesség
- a jel/zaj viszony romlik, így csökken a hatótávolság a cellán belül a bázisállomás szűkebb körzetére.
A hatótávolságán kívül csak GPRS-t vagy HSCSD-t nyújt.
Sebességek:
- 384 kb/s: maximum 100 km/órával mozgó egység esetén - 144 kb/s: maximum 250 km/órával mozgó egység esetén
UMTS
(Universal Mobile Telecommunication System, egyetemes mozgó távközlő rendszer)
Cél: a nagyobb sebesség ne csak a bázisállomás közelében, hanem az egész cellában valósuljon meg.
Eszköze: WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access): azaz szélessávú kódosztásos hozzáférés.
A GSM szabvány TDMA + FDMA alapú hozzáférést biztosít, nagy adathozzáférési sebesség esetén azonban a WCDMA hatékonyabb eljárás.
Kódosztás: minden felhasználóhoz kódot rendelnek egy ortogonális kódkészletből, amelyet az adóban és a vevőben egyaránt alkalmaznak. Az ortogonalitás révén a vevő egyértelműen kiválasztja a számára küldött jelet.
A hasznos sávban az egyik és a másik felhasználó spektruma átfedi egymást, vagyis azonos sávon más kódolást alkalmaznak. Előnye: a felhasználó spektruma „szét van kenve”, így keskenysávú zavarjelre nem érzékeny. (Lásd: a kódelmélet tárgy második fele).
Frekvenciasáv közepének névleges értéke: kb. 1950 MHz.
Sebesség:
- 384 kb/s 250 km/h-ig - 2 Mb/s sétáló sebességen
A hatósugár nem csökken annyira, mint az EDGE-ben.
WLAN-ok
(Wireless LAN, vezeték nélküli LAN)
A szabványosítást leginkább az IEEE végezte 1997 körül.
A szabványok IEEE 802.11x (x = a, b, g, i...) néven kerültek forgalomba, már berendezések is kaphatóak!
Két altípust különböztetünk meg:
Kiépített hálózatok
- rögzített adók vannak, ehhez rádiós úton mozgó egységek csatlakozhatnak - hatósugara: 300 m
teljesítmény ISM sávok közepének névleges értékei
USA 1 W 0,9 GHz 2,4 GHz 5,5 GHz
Európa 100 mW 0,4 GHz 2,4 GHz 5,5 GHz
Ezek a frekvenciasávok úgynevezett ISM sávok (Industry, Scientific, Medical; ipari, tudományos, orvosi), és nem engedélykötelesek.
Ipari berendezések, például egy mikrosütő (ami a 2,4 GHz-es sávban működik) zavarhatja az ilyen sávban működő WLAN rendszert, ezért azt úgy kell kialakítani, hogy ez mégse okozzon problémát. Például frekvenciaugratást vagy „szétkent” spektrumot kell alkalmazni.
A 802.11b szabvány vonatkozik a 2,4 GHz-es sávra. Ezzel ma:
- fizikai rétegben 11 Mb/s
- hálózati rétegben 5,5 Mb/s sebesség valósítható meg.
A 802.11a szabvány az 5,5 Ghz-es sávban dolgozik, itt:
- fizikai rétegben 55 Mb/s
- hálózati rétegben 32 Mb/s a megvalósítható sebesség.
Magyarországon is telepítik, pl.: a Mindentudás egyeteme alkalmából az I épületben, a Ferihegyi és a Budaörsi reptereken, üzletekben, stb.
Kitérő: példák mozgó rendszerek sávszélességére, ha nem csak a névleges sávközepet tekintjük:
mozgó állomások bázisállomások
GSM 900 MHz: 890-915 MHz 935-960 MHz
GSM 1800 MHz: 1710-1785 MHz 1805-1880 MHz
ISM 2,4 GHz: 2400-2483,5 MHz
ISM 5,5 GHz: 5725-5850 MHz
Alkalmi („ad hoc”) hálózatok
Ennek a technikának alapvető tulajdonsága, hogy minden végberendezés egyben útválasztó is!
Még nem forrott ki, de rengeteg kutatás folyik – főleg a haditechnikában, ahonnan indult.
Általában Master-Slave (mester-szolga) viszonyok vannak. (Ilyenkor új problémaként jelentkezik a mester esetleges meghibásodása. Pl. tipikus hálózat lehet a hadiiparban egy tank csapat. A mester szerepét játszó tank kilövése után is működnie kell a hálózatnak.)
2.2.3. Mozgó IP hálózatok Földfelszíni mozgó IP hálózatok
ETSI (European Telecommunication Standard Institute)
Az IEEE-n kívül az ETSI is kidolgozott egy szabványt WLAN-okra. Ez a HiperLAN (HIgh PErformance Radio LAN, nagy teljesítőképességű rádiós LAN). Először a HiperLAN érte el a nagy sebességű tartományt, csak aztán az IEEE 802.11a. A 802.11b addigra már nagyon elterjedt, és ez segítette a 11a-t is, így a HiperLAN gyártás eddig még nem indult meg.
Bluetooth („a kékfogú”)
(Ez egy skandináv kezdeményezés, nevét Harald the Bluetooth viking királyról kapta, aki a viking törzseket egyesítette Skandináviában.)
Cél: PC + kiegészítők (fejhallgató, nyomtató, kisebb számítógép, mozgó készülék) vezeték nélküli összekapcsolása.
Az ISM 2,4 GHz-es sávjában működik, tehát WLAN eszközökkel zavarják egymást, így köztük legalább 1 m-es távolságot kell tartani.
A hatósugár alapértelmezésben 10 m, de kiegészítő egységgel megnövelhető akár 100 méterre is.
Maximálisan 8 (1 mester, 7 szolga) Bluetooth egységből hálózat építhető ki („piconet”).
Ennek jellemzői:
- automatikusan keres mestert
- a résztvevő egységek között lehet „parkoló szolga” is (tehát olyan, amelyik csak a szinkron fenntartására szolgál, de az adatforgalomban nem vesz részt)
- maximális névleges sebessége 1 Mb/s.
A picohálózatok is összeköthetőek, ilyenkor beszélünk szétszórt hálózatról (scatternet). Az összekötést ilyen esetben átjárók (gateway) végzik. Mind a piconet, mind a scatternet alkalmi hálózat.
Műholdas mozgó IP hálózatok
Teledesic
1990-ben alapították a Teledesic Corporation-t (Craig McCaw, Bill Gates), terveik szerint 800 műholdból alkottak volna globális mozgó számítógép-hálózatot, ez azonban megmaradt a terv szintjén, több okból:
- drága
- sok ideig tartana fellőni
- a rádiócsillagászok tiltakoztak, hogy a műholdak leárnyékolnák a világűrt.
A mai elképzelés szerint csak 30 műholdra lenne szükség, de magasabbra kellene fellőni azokat (kb. 1500 km), a tervek szerint ez 2005-re készülne el.
A feltöltés 128 kb/s-100 Mb/s közötti sebességgel zajlana, a letöltés pedig 720 Mb/s-mal, álló végberendezések esetén, de felhasználható lenne például a repülésben és a hajózásban is, csomagkapcsolt üzemmódban.
Hátránya, hogy az UMTS azonos sebességet jobb áron biztosít. Lehetnek azonban olyan földrészek, ahová nem érdemes földfelszíni UMTS-t telepíteni; ott a Teledesic egy érdekes megoldás lehet.