Kommre_bazant_i_dr._-_osnovne_arhitekture_mreza_(2003).pdf

Uporabu ovog sveuCiliSnog udibenika odobrio je Senat SveuEiliSta u Zagrebu odlukom broj 02-3 13613-2002 od 15. travnja 2003.

Objavljivanje ovog sveuEiliSnog udibenika financijskije pomoglo Ministarstvo znanosti i tehnologije Republike Hrvatske.

Intelektualno je vlasnigtvo, poput svakog drugog vlasnigtva, neotudivo, zakonom zagtikeno i mora se pogtivati. Nijedan dio ove knjige ne smije se preslikavati niti umnaiati na bilo koji naEin, bez pisrnenog dopuStenja nakladnika.

CIP - Katalogizacija u publikaciji Nacionalna i sveutiliSna knjiinica - Zagreb LlDK 621.391 (075.8)

OSNOVNE arhitekture mreia / Alen Baiant ... <et al.>. -Zagreb : Element, 2003. - (Udibenici SveuEiliSta u Zagrebu = Manualia Universitatis studiorum Zagrabiensis) Bibliografija. - Kazalo. ISBN 953-197-601-5 1. Baiant, Alen I. Telekomunikacijske mreie -- Udibenik

430910159

,

t*.}

ISBN 953-197-601-5

Predgovor

Kroz Eitavu povijest permanentno su razvijani sve ufinkovitiji i b~&daEi&fi ostvarenje meduljudske komunikacije na daljinu i omoguCavanje dostupa do informacija koje su smjeStene na prostorno udaljenim lokacijama. Razvoj elektronickih informacijskih sustava, koji je zapoEeo u proSlom stoljeCu, unio je pravu revoluciju u ta podrucja. Telekomunikacijske mreie, kao jedan od kljuEnih dijelova elektronickih informacijskih sustava, omoguCavaju pouzdan, brz i uEinkovit transfer informacija izmedu bilo koje dvije toEke u sustavu. Ova knjiga se bavi osnovnim arhitekturama telekomunikacijskih mreia, tehnologijama pomoCu kojih se grade dotiEne mreie, a obuhvaCene su i neke usluge koje su u takvim mre5ama dostupne krajnjim korisnicima. Osnovna ideja koja je pokrenula nastanak knjige "Osnovne arhitekture mreia" razvijena je temeljem seminara "Arhitekture mreia", odrianog u sklopu program "Competence Shift 2004" koji se u tvrtki Ericsson Nikola Tesla provodi od 1999. godine s ciljem podizanja razine kompetencija svojih djelatnika za nove telekomunikacijske tehnologije. Nastavu u sklopu seminara za polaznike iz tvrtke Ericsson Nikola Tesla d.d. izvodili su djelatnici Fakulteta elektrotehnike i raEunarstva u Zagrebu. VeCi dio predavaEa na seminaru ujedno su i autori ove knjige. Namjera autora nije bila da se nastavni materijali koriSteni tijekom seminara izravno pretvore u knjigu, vet da se kreira udibenik kojeg Ce podjednako moCi koristiti studenti Fakulteta elektrotehnike i raEunarstva, posebno na smjeru Telekomunikacije i informatika, kao i drugi struEnjaci iz podruEja telekomunikacija. U danaSnje vrijeme vrtoglavog razvoja najteii je zadatak svakog pojedinca oEuvati zadovoljavajuCu razinu znanja. Proces uEenja postaje sve teii i sloieniji. Na raspolaganju stoje gomile knjiga, internetskih stranica i materijala koji se na tim stranicama mogu pronaCi, priruEnici za rukovanje opremom i dr. Medutim, i pored svih specijalistitkih znanja koja su neprijeporno bitna za svakog struEnjaka koji se bavi komunikacijama, najvainija su i dalje temeljna znanja. Ta se znanja uglavnom stjetu na sveuEiliStu i stoga je vrlo vaino studentima, kao buduCim struEnjacima i specijalistim, ponuditi atraktivne i temeljne spoznaje iz podrutja za koje se Skoluju. Ova knjiga sadrii temeljne teorijske postavke, kao i tehnoloSke detalje, a sve s ciljem da bude moderna i zanimljiva.

Struktura knjige, tj. materija kojom se ona bavi uskladena je s modernim trendovima u podruliiju teIekomunikacijskih mreEa. Danahje telekomunikacij ske me& ugIavnorn se grade oko jezgrene ili temeljne mreie (backbone network), kqjoj krajnji korisnjci (end users) pristupaju posredstvom pristupnih mreZa (access netwo~.ks).Na strani ksajnjeg korisnika najEeEe se nalazi jedan ili vise krajnjih urebaja, koji su danas vrlo Eesto povezani u IokaInu meiu (local area nemork). Jezgrena je meZa zaduiena za transport informacija izmedu krajnjih korisnika, ili i z m d u krajnj jh korisnika i davatetja sadrzaja, usluga, odnosno ap6kacija. Jezgrena mreia obavlja prijenos, odnosno transrnisiju, te komutiranje (switching), odnosno usmj eravanje infomcija. Glede krajnjih korisnika i njihove opreme pomoCu koje pristupaju mreii, u posljednjih desetak godina u komunikacijskim mreZama sve je prisutniji fenomen pokretljivosti korisnika (mobilily), pa se mreie koje povezuju takve korisnike nazivaju pokretne mreie (mobilenetworks). Svjetske standardizacijske mganizacije su jog u ranim poCecima sazvoja telekomunikacijskih mreia i tehnologija dogie do zakljuEka da je u tom podrutju nuino uspostaviti red glede protokola pomoCu kojih Ce rnreini uredaji medusobno razmjenjivati informacije. Sedan od prvih takvih urdenih skupova protokola, koji ima slojevitu strukturu, nazvan je OST RM, tj. referentni sustav za povezivanje otvorenih sustava. Paralelno je razvijena i mreia Internet, danas najragirenija komunikacijsb mreia, koja se je tijekorn svog razvoja od raCunale rnreie transforrnirala u ozbiljnu telekomunikacijsku rnreZu koja povezuje milijune korisnika diIjem svijeta. Internet poEiva na posebnoj protokolnoj arhitekturi, nazvanoj TCPm protokolni slozaj. KonaEno, svaka ozbiljna telekomunikacijska meia zahtijeva ozbiljan pristup upravljanju (network management). Bez obzira na to koliko je mreina oprema u Evorovima mreZe sofisticirana i bez obzira na to koliko su prijenosni sustavi brzi i ~Cinkoviti,nedostatak sustava za upravljanje mreiom Eini t a b u mreBu nezanimljivorn bilo kojem operatoru. Sadriaj ove knjige sustavno prati ova kljuzna podrucja vezana uz telekomunikacijske rnreZe. U nastavku je dan saiet pregled sadrZaja pojedinih poglavlj a. U prvome poglavlju prikazani su temelji arhitekture mrek. PolazeCi od korisniEke informacije, daje se osnovna struktura mrek koja omoguduje uspjeBno vodenje informacijskih tokova od izvora do odrediBa. PostavIjaju se naEela vrednovanj a informacije i granice sigt~moga prijenosa. Opbenit a infomcij ska j edinica smjegta se u infomacij ski prostor Eto omogudava vis'estruko iskorigtenje fiziEkog sloja mreie. Prikazana su naEela usmjeravanj a tokova informacijskih jedinica kroz mreiu i postavljeni kriteriji za vrednovanje kvalitete mreie.

U drugom poglavlju uvodno je dan pregled razvoja i komparativna analiza transrnisijske mreie i multipleksnih sustava, poEevSi od analognih pa sve do digitalnih sustava, elektrickih i optiEkih. Obraduje se digitalni prijenos koji se temelji na pulsno kodnoj modulaciji, te pleziokronoj, odnosno sinkronoj digitalnoj hijerarhiji. Dan je pregled linijskih kodova za elektritki, odnosno optiEki prijenos. Opisani su osnovni parametri prijenosa svjetlovodnom niti, priguSenje i kromatska disperzija, te nelinearna optika i pojam solitona. Navedeni su optiEki sustavi multipleksiranja s valnom i vremenskom podjelom. U trekem poglavlju dan je pregled prijenosnih tehnologija koje se koriste u pristupnim mreiama. Napravljena je njihova podjela prema vrstama prijenosnih medija. U poglavlju su navedene i opisane najvainije tehnologije pristupa po bakrenim paricama. Opisan je i naEin implementacije tehnologija koriStenih u mreiama kabelske televizije s ciljem omogukavanja brzog pristupa Internetu. U podruEju beiiEnih pristupnih mreia opisane su tehnologije koje pored razaSiljanja televizijskog signala privlaee posebnu pozornost jer osiguravaju dvosmjerni prijenos podataka. Prijenos nekih budukih usluga je nemoguk i nezamisliv bez tehnologija koje u prijenosu koriste optiEku nit. NaEin njihove implementacije u pristupnoj mreii takoder je opisan u ovom poglavlju. Cetvrto poglavlje opisuje lokalne mreie. Izloien je protokolni sloiaj lokalnih mreia, te su detaljnije obradeni protokolni podslojevi koji su specifiEni za lokalne mreie. Posebna je painja u ovom poglavlju posvekena tehnologiji Ethernet koju koristi vekina danaSnjih lokalnih mreia. Nakon pregleda Ethernet standarda obraden je i problem povezivanja LAN-ova, te su opisani uredaji koji su narnijenjeni toj svrsi. Cetvrto poglavlje zavrSava opisom beiiEnih lokalnih mreia koje u novije vrijeme doiivljavaju ekspanziju i jedina su konkurencija iiEnom Ethernetu. U petom je poglavlju dan opis mreine tehnologije nazvane komutacija okvira. Obraden je protokolni sloiaj komutacija okvira, mreina suEelja koje koristi ta tehnologija, struktura okvira i prometni parametri specifiEni za ovu mreinu tehnologiju. Poglavlje zavrSava usporedbom zakupljenih kanala i komutacije okvira, koja je i nastala kao zamjena za zakupljene kanale. Sesto poglavlje obraduje mreinu tehnologiju nazvanu asinkroni naEin transfera (skrakeno ATM) koja je specificirana kao transportna podloga Sirokopojasne digitalne mreie integriranih usluga. Nakon opisa osnovnih pojmova vezanih uz ATM slijedi opis protokolne arhitekture ATM-a, mreinih suEelja i pojedinih protokolnih slojeva. U nastavku je obraden problem kategorija usluga koje ATM mreia pruia viSim protokolnim slojevima te je opisano upravljanje prometom u ATM mreiama. Na kraju slijedi i opis signalizacije, usmjeravanja, adresiranja i upravljanja ATM mreiama, kako bi se dobio uvid u cjelovitost ove mreine tehnologije koju danas joS uvijek koristi vekina telekom operatora javnih temeljnih komunikacijskih mreia.

Sedmo poglavlje opisuje Internet, svjetsku mreiu medupovezanih (pod)mr$ia koje, koriStenjem internetskih protokola, omoguCuju komunikaciju i pristup raznim uslugama putem ratunala. Nakon pregleda internetske arhitekture, referentnog modela i tenninologije, opisani su postupci adresiranja i usmjeravanja koji Cine osnovu povezivosti na mreinom sloju. U nastavku su pojedinaCno obradeni najvainiji internetski protokoli, poCevSi od protokola IP i ostalih protokola mreinog sloja, preko protokola transportnih sloja TCP i UDP, do aplikacijskih protokola, na kojima se temelje internetske usluge. Kao primjeri internetskih usluga uzeti su transfer datoteka, pristup udaljenom raEunalu, mreine novosti, elektronicka poSta i World Wide Web, te su za svaku uslugu opisani pripadajuCi aplikacijski protokoli. Poglavlje zavrSava kratkim pregledom nove inaEice protokola IP, IPv6, te mehanizama za prijelazno razdoblje uvodenja IPv6 u Internet. Osmo poglavlje bavi se problematikom pokretljivosti u mreiama. Opisana su rjeSenja za ostvarivanje pokretljivosti tenninala, osoba i usluga. Prikazane su osnovne arhitektura mreia, evolucija sustava pokretnih telekomunikacija te razvoj prema novoj generaciji mreia. Poglavlje obraduje arhitekturu i protokole globalnog sustava pokretnih telekomunikacija (GSM), opCih paketskih radijskih usluga (GPRS) te opkeg pokretnog telekomunikacijskog sustava (UMTS). ObjaSnjen je pristup Internetu iz pojedinih mreia, problem upravljanja pokretljivoSCu te strategija uvodenja LJMTS-a. Poglavlje takoder obuhvaCa rjeSenje za pokretljivost Evora u Internetu (pokretni IP). Nadalje, opisana je arhitektura beiiCnog aplikacijskog protokola (WAP) i usluga izmjene poruka. Obradene su arhitekture i protokoli usluge kratkih poruka (SMS) te usluge izmjene vigemedijskih poruka (MMS). Na kraju poglavlja, obradene su ad hoc ili privremene mreie koje omogutuju beiiCno umreiavanje u pokretu bez prethodne izgradnje mreine infrastrukture te su dana dva primjera, Bluetooth i MANET. Deveto poglavlje daje opis osnovnih naCela upravljajukih sustava s obzirom na njihovu organizaciju podredenu strukturi i procesima upravljanog sustava. Semantika problematike upravljanja telekomunikacijskom mreiom zahtijeva hijerarhijski organizacijski model upravljajuteg sustava. SlijedeCi segment odnosi se na opis standardne (preporuka ITU-T M.3010) informacijskokomunikacijske infrastrukture kao potpore informacijskoj sferi upravljajukeg sustava. U nastavku se analizira i predstavlja moguCnost primjene paradigme mobilnih agenata kao zadovoljavajuCeg rjeSenja posebno uEinkovitog sustava upravljanja mreiom. ZavrSni dio poglavlja obraduje komunikacijsku specifiCnost komunikacije upravljazkih modula (agenata) razradom primjera protokola za upravljanje mreiom. Zagreb, srpanj 2003.

Autori

I ~ E M E L J ARHITEKTURE I MREZA /,7

l-

\

I.&' Korisnici i mreia \ OpCeniti model informacijske mreie 1%. Komunikaeijski kana1 1.3.1. Kodiranje na izvoru 1.3.2. Granice sigurnog prijenosa informacija 1.3.3. Upravljanje pogreSkama 1.3.4. Signalna domena prijenosa informacija \ 1.3.5. Pristup prijenosnom mediju I K munikacija u mreii v ' t1.4- 1. Slojevita arhitektura informacijske mreie 1.4.2. Postupci usmjeravanja informacija u mreii 1.4.3. Vrednovanje svojstava rnreie i kvaliteta usluge

3

12 --4

2. TRANSMISIJSKE

MREZE

2.1. Razvoj transrnisijske mreie 2.1.1. Prijenos govora 2.1.2. Multipleksni sustavi 2.1.3. Komparativna analiza prijenosnih metoda 2.2. Digitalni prijenos 2.2.1. Pulsno kodna modulacija (PCM) 2.2.2. Sinkronizacija takta 2.3. Pleziokrona digitalna hijerarhija (PDH) 2.3.1. Hijerarhijska razina E l (2 Mbitls) 2.3.2. Vise razine PDH (8, 34 i 140 Mbitls) 2.4. Sinkrona digitalna hijerarhija (SDH) 2.4.1. Sinkroni transportni modul - STM-1 2.4.2. Multipleksiranje

2.5. OptiEki transmisijski sustavi 71 2.5.1. Svjetlovodna nit 71 2.5.2. OptiEka pojaCala 74 2.5.3. Multipleksiranje s valnom podjelom (WDM) 75 2.5.4. Nelinearna optika 78 2.5.5. OptiEko multipleksiranje s vremenskom podjelom (OTDM) 79 2.6. Linijski kodovi 79 2.7. Arhitekture transmisijskih mreZa 3. PRISTUPNE M R E ~ E

3.1. Prijenosni mediji i modulacijske tehnologije 3.1.1. Bakrena parica i njene karakteristike 3.1.2. Koaksijalni kabel 3.1.3. OptiEka parica 3.1.4. Modulacijske tehnologije i linijski kodovi 3.2. Protokoli sloja podatkovnog linka 3.3. Pristupne tehnologije po bakrenim paricama 3.4. DSL tehnologije 3.4.1. Uskopojasni ISDN 3.4.2. Tehnologija HDSL 3.4.3. Tehnologija HDSL2 3.4.4. Tehnologija MSDSL 3.4.5. Tehnologija ADSL 3.4.6. Tehnologija G.Lite 3.4.7. DSL pristupni multipleksor 3.4.8. Usporedba tehnologija G.dmt i G.Lite 3.4.9. Tehnologija VDSL 3.5. OptiEke pristupne tehnologije 3.5.1. Arhitektura FTTH 3.5.2. FTTH PON ili ATM PON 3.5.3. FTTH mreia od toEke do toEke 3.5.4. Super PON 3.6. Pristupne tehnologije preko koaksijalnog kabela 3.7. BeZiEne pristupne tehnologije 3.7.1. Arhitektura MMDS 3.7.2. Arhitektura LMDS 3.7.3. Arhitektura DBS

96 99

116

\,' 4.

LOKALNE MREZE

4.1. Protokolarni sloiaj lokalnih mreia 4.2. Upravljanje IogiEkim linkom 4.2.1. LLC PDU 4.3. Upravljanje pristupom mediju 4.3.1. MACPDU 4.3.2. MAC adresa 4.3.3. Standardi podsloja MAC 4.4. Standard IEEE 802.3 4.4.1. Protokol CSMNCD 4.4.2. Struktura Ethernet okvira 4.4.3. Mreine topologije Ethernet LAN-ova 4.4.4. Protokolni sloiaj Ethernet LAN-ova 4.4.5. Standardi fiziEkog sloja Ethernet LAN-ova 4.5. Povezivanje LAN-ova 4.5.1. Mostovi 4.5.2. Ethernet komutatori 4.5.3. Virtualne lokalne mreie 4.5.4. UsmjerivaEi M. BeZiEne lokalne mreie 4.6.1. Vrste beBiEnih LAN-ova 4.6.2. Pristup mediju u beiiEnim LAN-ovima 4.6.3. Standard IEEE 802.11

137

5. KOMUTACIJA OKVIRA

5.1. Zakupljeni kanali 5.2. Protokolna arhitektura komutacije okvira 5.3. SuEelja u mreii s komutacijom okvira 5.3.1. SuEeljeUNI 5.3.2. SuEelje NNI 5.3.3. SuEeljaICIiLMI 5.4. FR okviri 5.5. Signalizacija na suEelju UNI 5.5.1. Adresiranje u mreii s komutacijom okvira 5.6. Prometni parametri 5.7. Prednosti komutacije okvira u odnosu na zakupljene kanale 5.8. Transport govora u FR mreii

171

175 177 178 178 182 185

6. ASlNKRONl NACIN TRANSFERA INFORMACIJA

6.1. Osnovna obiljezja ATM-a 6.1.1. Razlozi za uvodenje ATM-a u primjenu 6.1.2. StatistiEko multipleksiranje 6.1.3. ATMCelija 6.2. Protokolna arhitektura ATM mreie 6.2.1. SuCelja u ATM mreiama 6.3. FiziEki sloj ATM-a 6.3.1. Podsloj TC 6.4. Sloj ATM Virtualni putovi i virtualni kanali Struktura zaglavlja ATM Celije Vrste ATM Celija Osnovne funkcije sloja ATM NaEelo komutiranja u ATM mreiama Uspostava veza pomoCu VP-a i VC-a Transportna ATM mreia VP komutator i VC komutator Funkcije transfera ATM Celija 6.5. Sloj AAL 6.5.1. Kategorije usluga u ATM rnreiama 6.6. Upravljanje prometom u ATM mreiama 6.6.1. Prometni ugovor 6.6.2. Parametri kvalitete usluge 6.6.3. Kainjenje u ATM mreiama 6.6.4. Metode upravljanja prometom u ATM mreiama 6.7. Signalizacija, usmjeravanje i adresiranje 6.7.1. Sloj SAAL 6.7.2. Signalizacija na suEelju ATM UNI 6.7.3. Vrste veza u ATM mreiama 6.7.4. Slanje Celija na jedno ili na veCi broj odrediita 6.7.5. Protokol PNNI 6.7.6. Adresiranje u ATM mreiama 6.8. Upravljanje ATM mreiama 6.8.1. SuEelje ILMI 6.8.2. Primjena OAM-a u ATM mreiarna 6.9. Medudjelovanje ATM-a s drugim mreiama i uslugama

7. INTERNET

Internetska arhitektura i protokolarni sloiaj 7.2. FiziEka i logiEka slika Interneta 7.3. Adresiranje i usmjeravanje 7.3.1. Uvocienje podmreia 7.3.2. Besklasno usmjeravanje 7.3.3. Usmjeravanje 7.4. Internet Protocol 7.5. Ostali protokoli mreinog sloja 7.5.1. Protokol razlucivanja adrese 7.5.2. Protokoli usmjeravanja 7.6. Transportni sloj 7.6.1. Transmission Control Protocol 7.6.2. User Datagram Protocol 7.7. Internetske usluge 7.7.1. Model klijent-posluiitelj 7.7.2. Sustav imenovanja domena 7.7.3. Usluga pristupa udaljenom raCunalu 7.7.4. Transfer datoteka 7.7.5. ElektroniEka poSta 7.7.6. Mreine novosti 7.7.7. World Wide Web 1 7.8. Nova generacija Interneta 7.8.1. Prijelaz s IPv4 na IPv6 8. POKRETLJIVOST U MREZAMA 8.1. Model mreie i model pokretljivosti 8.2. Arhitektura mreie 83. Sustavi pokretnih telekomunikacija 8.3.1. Evolucija mreie 8.3.2. Nova generacija mreia a 8.4. Globalni sustav pokretnih komunikacija 8.4.1. Arhitektura GSM mreie 8.4.2. Komunikacijske procedure u GSM mreii 8.4.3. GSM protokoli 8.4.4. Pristup Internetu iz GSM mreie 1 8.5. Opke paketske radijske usluge 8.5.1. GPRS arhitektura 8.5.2. GPRS protokoli

"-1.

8.5.3. Upravljanje pokretljivoSCu 8.5.4. Paketska komunikacija 8.5.5. Pristup Internetu iz GPRS mreie 8.6. OpCi pokretni telekomunikacijski sustav 8.6.1. Arhitektura UMTS-a 8.6.2. Strategije uvodenja UMTS-a 8.6.3. Upravljanje pokretljivoSCu u UMTS-u 1 8.7. Pokretni IP 8.7.1. Problem pokretljivosti u IP-u 8.7.2. Adresiranje i funkcijski entiteti 8.8. BeiiEni aplikacijski protokol 8.8.1. Namjena 8.8.2. WAP arhitektura 8.9. Usluge izmjene poruka 8.9.1. Usluga kratkih poruka 8.9.2. Izmjena vigemedijskih poruka 8.10.Ad hoc mreie 8.10.1. Bluetooth 8.10.2. Ad hoc mreie u Internetu 9. OSNOVE UPRAVLJANJA MREZOM

9.1. Neka natela upravljajuCih sustava 9.1.1. Elementi teorije hijerarhijskih sustava s viSe nivoa 9.2. Koncepcija, arhitektura i natin rada TMN-a 9.2.1. Temeljna polaziSta 9.3. Primjena pokretnih agenata u upravljanju telekomunikacijskom mreiom 379 9.3.1. Globalni model za rjeSavanje problema upravljanja u telekomunikacijskom sustavu 9.4. Protokoli upravljanja mreiom 9.4.1. Protokol SNMP

SKRACENICE ABECEDNOKAZALO

Vjekoslav SinkoviC, Alen Baiant, Mladen Kos

1. Temelji arhitekture mrera

Polazedi od korisniCke informacije, u ovom poglavlju daje se osnovna struktura mreie koja omoguCuje uspjeSno vodenje informacijskih tokova od izvoriSta do odrediSta. Postavljaju se principi vrednovanja informacije i granice sigurnog prijenosa. OpCenita informacijska jedinica smjeSta se u informacijski prostor, Sto omoguCuje viSestruko iskoriStenje fiziEkog sloja mreie. Prikazani su principi usmjeravanja tokova informacijskih jedinica kroz mreiu i postavljeni kriteriji za vrednovanje kvalitete mreie. Prikazani temelji podrobnije se razraduju u poglavljima koja slijede.

1.l.Korisnici i mreZa Pri analizi procesa koji se zbivaju u informacijskim mreiama, potrebno je razmatrati raznorodne pojave koje se zbivaju u interakciji korisnika i mreie. Razmatramo tri sudioniEke strane pri uspostavi poziva odnosno usluge (Sl. 1.1): korisnici, usluge i upravljanje. Korisnici iz okoline pristupaju u mreiu preko pristupnog dijela u kojem se obavljaju sve potrebne transformacije oblika informacija. UpravljajuCe informacije razmjenjuju se izmedu korisnika i upravljajukeg dijela mreie i izmedu usluinog i upravljajukeg dijela mreie posredstvom odredenog signalizacijskog sustava i pripadajuCeg protokola. Korisnik inicira poziv ili uslugu, Sto upravljanje nakon odredenog kaSnjenja prihvaCa, te nakon obrade pripadajukih upravljajukih informacija stavlja korisniku na raspolaganje traiene resurse usluinog dijela mreie. Za vrijeme uporabe resursa upravljajuki dio nadgleda uvjete koriStenja kako bi se osigurala odgovarajuCa kvaliteta usluge. Po zavrSetku poziva, odnosno usluge, koju opet inicira korisnik, provodi se obrada raskidanja veze, Ciji je rezultat oslobadanje zauzetih resursa i naplativanje usluge. Kada se radi o brzim ATM mreiama, obrazloieni osnovni princip upravljanja mora se spustiti na rnnogo niie razine no Sto je to razina poziva i usluge. BuduCi da su kelije u ATM mreiama samostalne informacijske jedinice s vlastitim adresama, oCito je da upravljanje praktiCki mora doprijeti do razine Celija.

1. Temelji arhitekture mreia

okolina

j

mreia

S1. 1.1 Sudionici pri uspostavi poziva Veze se moraju razloiiti na pojave koje se dogadaju unutar komunikacije. Sve te pojave imaju sluEajni karakter. Svaka se veza sastoji od izvjesnog broja dijaloga izmedu kojih su periodi tiSine. Unutar svakog dijaloga informacije teku usnopljeno, a izmedu snopova su opet praznine. Svaki se snop informacija prikazuje tokom Celija koje mogu imati serijski ili paralelno-serijski slijed. Takvo se razlaganje koristi pri dimenzioniranju potrebnih kapaciteta resursa usluinog dijela mreie. Kako su manipulacije Celijama brze pojave, njima se mora prilagoditi i sustav upravljanja. Napredne arhitekture mreie primjenjivat Ce posve drukEiju organizaciju poziva i usluga u odnosu na postojede. Prije svega je potrebno naEiniti detaljnu granulaciju procesa koji se zbivaju nakon Sto korisnik zatraii poziv ili uslugu od mreie. Prometna jedinica vise ne moie biti poziv ili usluga, veC se treba spustiti na niie razine: svaki se poziv/usluga sastoji od odredenog broja zahtjeva za obradu u procesorskom sustavu, zahtjev se sastoji od odredenoga broja elementarnih poslova, koji se dalje kombiniraju u serijsko paralelne strukture s odlikama visokog i niskog paralelizma. Informacijske mreie postaju sve sloienije. Vrste informacija koje teku mreiama pripadaju razliEitim medijima, tako da govorimo o viSemedijskim uslugama. Pristup uslugama nije samo stacionaran i iiCni, veC se uvode pokretni i beiiEni pristupi.

1.2. O~cenitimodel informaciiske mreie

1.2. Opceniti model informacijske mreie Informacijska je mreia skup sklopovskih i programskih elemenata koji obavljaju operacije transmisije, komutacije i procesiranja, a medusobnim fiksnim ili varijabilnim vezama tvore konfiguracije sredstava namijenjenih korisnicima za obavljanje traienih informacijskih usluga [SINKOVIC, V. 1994.1. Operacije se izvode na informacijskim jedinicama koje u opiem sluEaju imaju strukturu (adresa, sadriaj, zaStita) kao na S1. 1.2, a u vremenskom razvoju tvore informacij ski tok. inforrnacijskajedinica adresa

sadriaj

zaStita

Sl. 1.2 Struktura informacijske jedinice

Navedene tri vrste operacija moiemo pobliie opisati ovako: transmisija je premjeStanje odredene koliCine informacija izmedu odredenih toCaka informacijskog prostora; komutacija je usmjeravanje informacijskih jedinica na odredene prijenosne puteve koji povezuju toCke informacijskog prostora; procesiranje je procesorsko izvodenje odredenih algoritama oznaEenih programskim jezikom, pri Cemu se mijenja sadriaj informacijskih jedinica. Spomenute operacije mogu se primijeniti na izvorne (korisniCke) i na upravljajuie informacije. Tri bitna dijela mreie; korisniCki dio, posluiivanje i upravljanje, moiemo prikazati kao na S1. 1.3: korisniCki dio sluii za prikupljanje i predaju informacija korisnicima posredstvom tenninalnih uredaja. Ovisno o vrsti korisnika i njihovih zahtjeva za obavljanje odredene usluge, postavljaju se odgovarajuii kriteriji kvalitete koje informacijska mreia mora u cijelosti zadovoljiti; dio za posluiivanje namijenjen je obavljanju traienih usluga, tj. provodenju operacija transmisije, komutacije i procesiranja. OpCenito se sastoji od N Cvorova koji sluie za prikupljanje, pohranu, usmjeravanje i obradu informacijskih tokova. Cvorovi su informacijski povezani posredstvom M transmisijskih grana koje obavljaju operaciju transmisije informacijskih tokova izmedu Cvorova. Dio za posluiivanje je, dakle, skup sklopovskih i programskih sredstava koja se stavljaju na raspolaganje korisnicima za izvrSenje traienih informacijskih usluga; upravljaCki dio namijenjen je upravljanju usmjeravanjem informacijskih tokova u skladu s postavljenim kriterijima kvalitete uz osiguranje obavljanja traiene usluge za svakog korisnika. Zbog toga su CvoriStima pridruieni upravljajuki procesorski sustavi koji su medusobno povezani

1. Temelii arhitekture mreia

posebnim signalizacijskim kanalima. Neke od mreia imaju protokole koji nemaju razdvojeni usluini i upravljatki dio. satelit

S1. 1.3 Struktura mreie

Za obavljanje bilo koje operacije nad informacijskom jedinicom, potrebno je potroSiti odgovarajuki informacijski volumen elementa koji izvodi operaciju. Promatrajmo neki i-ti element kao dio informacijske mreie (Sl. 1.4). Njegove fizikalne karakteristike; frekvencija (B), vrijeme (0i dinarnika (D) odreduju mu u smislu teorije informacije informacijski volumen Hi = BiDiTj = CiTi. Svaka informacijska jedinica koja prolazi razmatranim elementom troSi za obavljanje traiene usluge dio informacijskog volumena jednak H , = C,t,. Za svaki element mreie takoder mora biti zadovoljen uvjet:

x:il Csts I C i q ,

gdje je nibroj informacijskih jedinica koje su pristigle na element mreZe u razmatranom vremenu

q .Radi ilustracije, na S1. 1.4 gornja smo razmatranja

prikazali pomoCu geometrijske interpretacije u informacijskom volumenu B, T,

D.

1.2. Opceniti model informacijske mreie

S1. 1.4 Informacijski volumen

Informacijska je mreia prostorno distribuirana struktura, pa indeks i kojim smo oznaCili i-ti element moiemo ujedno smatrati oznakom prostora. Tako za svaku operaciju koja se obavlja nad nekom informacijskom jedinicom u mreii, moiemo oznaEiti mjesto gdje se ta operacija provodi, pomoCu adrese { A } koja se sastoji od Eetiriju koordinata: prostor p, vrijeme t, frekvencija f i dinamika d: {A} = (p, t, f,d}. Ukupni informacijski volumen mreie dobivamo zbrajanjem informacijskih volumena svih elemenata: H , = CiC= CT . M,N

Ukupni informacijski volumen mreie potencijalna je sposobnost informacijske mreie da obavlja odredene operacije. NaEin obavljanja tih operacija na najpovoljniji naEin bit Ce predmet daljnjih razmatranja. OpCenito postavljen model informacijske mreie pojednostavnit Cemo tako da se za adresiranje mjesta izvodenja pojedinih operacija ne uzimaju sve Eetiri navedene koordinate kao promjenjive, imajuCi u vidu tehniEku izvedbu stvarnih elemenata informacijske mreie. Primjenjivana tehnika i tehnologija daje prednost prostorno-vremenskim sustavima uz konstantne dimenzije frekvencije i dinamike. Tako se adrese za oznaEavanje mjesta obavljanja pojedinih operacija sastoje samo od dviju koordinata {A} = (p, t }. Pritom je pogodno da sve informacije imaju digitalni oblik i da se sve operacije provode u prostornovremenskim koordinatama. Za bilo koji i-ti element mreie, kapacitet Cirazmatramo kao maksimalnu brzinu, izraienu u bitima u sekundi, kojom on moie obavljati zadanu operaciju. Stvarni protok informacije kroz razmatrani element dan je ograniEenjem: 0 IfiI Ci, gdje je s fi oznaEen informacijski tok kroz i-ti element.

1. Temelii arhitekture mreia

1.3. Komunikacijski kanal Iz opdenitog prikaza informacijske mreie izdvojimo komunikaciju izmedu dviju tozaka; m - izvor i m' odredis'te. Problem komunikacije moZemo definirati ovako: FUNDAMENTALNI PROBLEM KOMUNIKACIJE JE TOCNO ILI APROKSIMATIVNO REPRODUCIRATZ NA JEDNOJ TOCKI ZNFORMACIJSKOG PROSTORA ( O D R E D I ~ T Em') , PORUKU ODABRANU NA NEKOJ DRUGOJ TOCKZ(IZVOR, ~ n ) . Promatrajmo digitalni oblik komunikacije (Stallings [1999]) i opiSimo elemente koji sudjeluju u komunikaciji (Sl. 1.5).

.....................

I predajnik

I

'

I

pijemnik

L,--,,,,,-,--,,--,,-,

S1. 1.5 Komunikacija izmedu izvora i odrediSta

Na poEetku prijenosnog lanca u modelu digitalnog komunikacijskog sustava nalazi se informacijski izvor koji generira ograniEeni skup simbola. Zadatak je kodera izvora da taj skup simbola pretvori u oblik pogodan za prijenos i obradu. Na primjer, ako je izvor informacije terminal, tada on generira alfanumeriEke znakove, a zadatak je kodera izvora da ih pretvori u binarne kodne rijeCi (code word) sukladno 7-bitnom kodu ASCII. U pravilu je k8d izvora binaran i sve kodne rijeEi imaju jednaku duljinu. Nadalje, koder kanala preuzima formirane kodne rijeEi i dodaje im sistematsku zalihost koja u prijemu omoguCuje raspoznavanje pogreSaka nastalih uslijed djelovanja smetnji, te, ovisno o vrsti primijenjenog koda, omoguduje i ispravljanje pogreSaka (neke vrste zas'titnih kodova, kao na primjer dodavanje paritetnog bita, ne omoguCuju ispravljanje pogreSaka, veC samo njihovo otkrivanje). Zadatak je pretvaraEa da izlaz iz kodera izvora pripremi za prijenos medijem. U tu se svrhu u pretvaraEu koriste modulacijski postupci (signal na mediju je analogan) ili linijsko kodiranje (signal na mediju je digitalan). Dakle, pretvaraE pretvara prirnljene kodne rijeCi u simbole koji mogu biti analogni ili digitalni. Slijed analognih simbola naziva se valni oblik (wavefomz). Osnovna namjena podatkovne komunikacije je razmjena informacija izmedu dvaju sudionika (izvora i odrediSta). Informacija je zapravo znaEenje koje ljudi pridaju podacima, koristeki pritom odredena pravila koja se na te podatke primjenjuju. Podaci su prikaz Einjenica, koncepata

1.3. Komunikacijski kanal

ili naredbi na formalizirani naEin koji je pogodan za komunikaciju, tumaeenje i obradu koje obavljaju ljudi ili raeunala. Signal predstavlja fizikalni prikaz podataka (na primjer, napon Eija se amplituda mijenja u vremenu, a dinamika promjena odredena je podacima).

m

smetnje

S1. 1.6 Binarni signali

U digitalnom prijenosu javlja se pitanje: "Do koje mjere izoblieenja i smetnje ograniCavaju brzinu koju je moguCe postiCi u kanalu prijenosa?Maksimalna brzina kojom je moguCe prenositi podatke odredenim komunikacijskim kanalom u danim uvjetima naziva se kapacitet kanala (channel capacity). Prvu formulu za kapacitet kanala definirao je Nyquist (Haykin [2001]), i to za sljedeCi model sustava. Na ulaz kanala koji ima karakteristiku idealnog niskopropusnog filtra granicne frekvencije B (u podruCju od 0 Hz do B Hz ne priguSuje signal, a izvan tog podrueja apsolutno priguSuje signal) dovode se diskretni uzorci signala. Pitanje je: "Kolika je najveCa brzina kojom je moguCe dovoditi uzorke, a da na izlazu takvog kanala vrijednosti signala u trenucima uzimanja uzoraka budu nepromijenjene?' Kroz gore definirani kanal moguCe je slati najviSe 2B bita u jedinici vremena. Svaki uzorak na ulazu kanala prenosi jedan bit informacije (definirane su dvije naponske razine po uzorku, jedna za logiCku nulu i druga za logiCku jedinicu). Ako se radi o M-namom prijenosnom sustavu, tada svaki uzorak prenosi logzM bita informacije, a svaki uzorak moie poprimiti jednu od M naponskih razina. Dakle, u M-namom sustavu maksimalna brzina slanja kroz kanal iznosi 2BlogzM bita u jedinici vremena. Medutim, Nyquist nije uzeo u obzir djelovanje smetnji, odnosno razinu Suma koja dodatno ograniEava kapacitet. Ako Sum ne uzmemo u razmatranje, tada

1. Temelii arhitekture mreia

broj naponskih razina po uzorku signala moBe biti teoretski beskonaEan, pa sarnim tim i ne postoji ogranicenje na kapacitet kanala. Shannon je definirao konaEnu formulu za kapacitet kanala koja uratunava i djelovanje smetnji:

c = B ~ o ~ ~ ( ~ + s I N ) = ~ B ~ [bitls], o ~ ~ J ~ = ~ gdje je s D = log2

Jm oznaEena dinamika sustava.

Iz gomje je formule vidljivo da upravo odnos snage signala i snage smetnje (SIN) ograniEava broj moguCih diskretnih naponskih razina po uzorku signala. Za digitalne sustave primjenjuju se signali s dvjerna razinama, pa smetnje u toku prijenosa djeluju tako da se signal koji odgovara simbolu "1" pretvori u simbol"0" i obmuto, signal koji odgovara simbolu "0"pretvori se u simbol"1". To je ilustrirano na S1. 1.6. [SINKOVI~, V. 1997.1. Djelovanje smetnji moiemo izraziti vjerojatnoSCu pretvorbe predane "1" u prirnljenu " 0 ili "0" u "l", koju oznaCavamo s Pg . Ta je vjerojatnost u funkcijskoj vezi sa snagom smetnji, tj. s odnosom S/N. OgraniEenje frekvencijskog spektra na Sirinu B dodatno izobliEuje signal na prijemu. Tako dobivamo model binamog simetriEnog kanala Eija je shema prijenosa prikazana na S1. 1.7.

S1. 1.7 Binarni simetriEni kana1

Kapacitet takvoga kanala moie se izraziti samo veliEinom vjerojatnosti pogreSke Pg , i iznosi:

Taj je izraz dobiven pod pretpostavkom ravnomjernog pojavljivanja simbola na izvoru p = q = 0.5. Maksimalni kapacitet bit Ce postignut kada nema smetnji, tj.

1

Pg = 0,i iznosit Ce C = - = 2B [bit1s] , a to se podudara s Nyquistovom T

formulom. VeliEina

CI = CT = 1 - H Z (pg),

gdje

koristimo

skraCenu

amaku

H z (x)= -xlog2 x - (1- x) logz (1 - x), pokazuje koliko se informacijskih bita

1.3. Komunikacijski kanal

maksimalno moie prenijeti u jednom kanalskom bitu uz po volji malu pogres'ku nakon dekodiranja. Ta Ce nam veliEina posluiiti za ocjenu kvalitete sigurnosnih kodova.

1.3.1. Kodiranje na izvoru EkonomiEnost sigurnog prijenosa informacije postavlja zahtjev da se Sto manjim brojem kanalskih bita prenese Sto je mogude vedi broj informacijskih bita. To znaEi da se prikaz izvornih informacija k6dom mora dovesti u vezu sa stvarnim sadriajem informacije na izvoru [SINKOVIC, V. 1997.1. Promatrajmo skup izvornih informacija i vjerojatnosti njihova pojavljivanja:

ProsjeEna koliEina informacije takvoga skupa odrectuje se entropijom skupa: N-1

H(U)=-

Z

~ ( u i ) l o g ~2 ( u i=) H ( P ) . i=O

EkonomiEno kodiranje na izvoru postiie se tako da prosjeEna duljina kodne rijeEi b bude Sto je mogude bliia entropiji izvora, Sto se za binarni kod izraiava relacijom: H ( p ) 5 b < H ( p ) + 1. To de se postiCi ako vijestima s veCom vjerojatnosti pojavljivanja pridruiimo kradu kodnu rijeE, pri Eemu k6d mora biti reverzibilan, St0 se postiie ako je zadovoljen uvjet:

xzil2-bi 5 1, gdje je

bi duljina i-te kodne rijeEi. PraktiEke izvedbe kodiranja na izvoru vise ili manje uzimaju u obzir postavljene optimalne odnose, pa tako za pojedine vrste informacija dobivamo odrectene brzine prijenosa. Najjednostavnije kodiranje na izvoru primjenjuje se u prijenosu podataka gdje se ne uzima u obzir statistika pojavljivanja izvornih vijesti. Svaki znak se kodira kodnom rijeEi fiksne duljine, a koriste se kodovi ASCII i EBCDIC (IBM). Jedna od starijih metoda kodiranja govora je PCM (Pulse Code Modulation), koja govorni signal, Eija Sirina spektra iznosi 4 kHz, kodira brzinom od 64 kbit/s (Couch [2001]). U mnogim paketskim mreiama poieljno je kodirati govor manjom brzinom pa je ITU-T donio nekoliko takvih standarda. Za prijenos govora brzinom izmedu 16 kbit/s i 48 kbit/s koristi se ADPCM (Adaptive Differential PCM), za prijenosnu brzinu 16 kbit/s LD-CELP (Low-delay Code Excited Linear Prediction), a za brzinu 8 kbit/s CS-ACELP (Conjugatestructure Algebraic Code-excited Linear Prediction). Preporukom G.723.1 definirane su i niie brzine kodiranja govora: 5,3 kbit/s i 6,3 kbit/s.

1. Temelji arhitekture mreia

U podrutju audija postoje dva raSirena standarda. ITU-T G.722 i G.725 definiraju kodiranje audija Sirine spektra 7 kHz brzinom do 64 kbitls, a NIPEG3 (Motion Picture Expert Group) definira kodiranje audija varijabilnom brzinom. Kodiranje izvora modulacijskim postupcima kao Sto su PCM i ADPCM, predstavlja temelj usluge prijenosa stalnom brzinom (CBR - Constant Bit Rate), dok na kodiranju kodom MPEG poEiva koncept prijenosa promjenjivom brzinom (VBR - Variable Bit Rate). U kodiranju videa treba razlikovati kodiranje videa malom brzinom (na primjer za videokonferencije, ITU-T H.261 i H.263) i kodiranje videa velikom brzinom (na primjer, kodiranje HDTV signala brzinom i do 60 Mbit/s pomodu standarda MPEG-2). Standard MPEG-1 definira kodiranje pohranjenog pokretnog videa (stored motion video) brzinom do 2 Mbit/s, a MPEG-4 kodiranje videa brzinom manjom od 64 kbit/s. Stariji standard JPEG (Joint Photographic Experts Group) koristi se za kodiranje mime grafike u multimedijskom okruiju.

1.3.2. Granice sigurnog prijenosa informacija Kapacitet kanala jest i mjera za mogutnost sigumog prijenosa izvornih informacija. Zbog analize tih mogudnosti uvedimo kodni omjer kao omjer broja bita kojima se kodira izvorna informacija prema broju prijenosnih bita u kanalu, kako slijedi:

F=

broj informacijskih bita broj kanalskih bita

'

a on pokazuje koliko se informacijskih bita prenosi u jednom kanalskom bitu pomodu stvarno primijenjenog koda. Potom moiemo analizirati mogudnosti zas'tite infonnacije, promatrajuki ovisnost vjerojatnosti pogreSke nakon dekodiranja u prijernniku Pe o kodnom omjeru F u ravnini (Pe,F). Pe se podudara s osi apscise za vrijednosti 0 < F 5 C1. Nakon toga vrijedi relacija:

Sto je prikazano na S1. 1.8 za razlizite vrijednosti vjerojatnosti pogres'ke bita u kanalu Pg . Prema tome, ako je 0 < F I C1, vjerojatnost pogreSke Pe moie se po volji pribliiiti nuli ovisno o primijenjenom zaStitnom kodu. U podruzju C1 < F I 1 moie se postiti vjerojatnost pogreSkeP, u granicama

0 < Pe I Pg , a za podrurije F > 1 vjerojatnost pogres'ke nakon dekodiranja se povedava Pe > Pg .

1.3. Komunikaciiski kanal

OpCi je zakljuEak da za uEinkovitu zaStitu izvornih informacija mora biti zadovoljena relacija:

-

broj informacijskih bita

broj kanalsluh bita >

Ova razmatranja pokazuju graniEne moguCnosti zaStite informacije, a izbor konkretnog zaStitnog koda dat Ce veCe ili manje pribliiavanje tim graniEnim moguCnostima. Pe

.

Pg =O 1

Pgz0.2

.

Pg =O .05

pg =O 01

. . . .

. . . .

Pg =O

0.2

/.

.

/. ./. .//.

0.5

1

. . .

. . . . 1.5

2

2.5

. . . . 3

S1. 1.8 Vjerojatnost preostale pogreSke

1.3.3. Upravljanje pogreSkama PraktiEna zaStita provodi se tako da se ulazne infonnacije grupiraju u okvire nad kojima se potom provodi zaStita koja omoguCuje upravljanje pogreskama. Upravljanje pogreSkama (error control) [GRAVANO,S. 2001.1 obuhvaCa mehanizme za otkrivanje i ispravljanje pogreSaka koje nastaju za vrijeme prijenosa podatkovnih okvira od izvora do odrediSta. Postoje dvije vrste pogreSaka u prijenosu, uslijed kojih nastaju: izgubljeni okvir (lostframe) - podatkovni okvir koji ne stiie na odrediSte. Na primjer, uslijed velikog snopa smetnji okvir se izobliEi na takav naEin da ga prijemnik na odrediStu uopCe ne moie raspoznati kao ispravan podatkovni okvir;

1. Temelji arhitekture mreia

osteieni okvir (damaged frame) - u prijemnik dolazi raspoznatljivi podatkovni okvir, ali su neki od njegovih bita pogreSni, tj. originalna vrijednost tih bita je promijenjena u prijenosu uslijed djelovanja smetnji. Metode za otkrivanje i ispravljanje pogreSaka moguCe je podijeliti u dvije osnovne skupine (Tanebaum [1996]): BEC (Backward Error Correction) - otkrivanje pogreSaka u prijemniku nakon koje slijedi retransmisija pogreSno primljenog okvira; FEC (Forward Error Control) - ispravljanje pogreSaka u prijemniku. Ako kod primjene BEC-a prijemnik na odrediStu otkrije pogreSku, on o tome obavjeStava izvor. Izvor zatim mora ponoviti slanje okvira koji su na odrediStu prirnljeni s pogreSkama. Postoji nekoliko takvih mehanizama, a zajedniCki im je naziv ARQ (Automatic Repeat Request), tj. zahtjev za automatskim ponavljanjem neispravnih okvira. Na linku koji koristi metodu FEC za upravljanje pogreSkama, prijemnik otkriva pogreSke i ujedno ih ispravlja. Primjena FEC-a iziskuje da se podaci u okvirima Stite zaStitnim kodovima (error correction code) koji omoguCuju ispravljanje pogreSaka (npr. Harnrningov kod, BCH kodovi, konvolucijski kodovi, Reed-Solomonovi kodovi i dr.). FEC bitno smanjuje broj retransmisija na linkx, ali se BEC CeSCe koristi zbog jednostavnije i jeftinije implementacije.

+ podaci

I

(

)

'

(

I

podaci - k bita zaStita E - m bita na kanalu - n = m + k bita

obavijest o pogreSkama

S1. 1.9 NaEelo otkrivanja pogres'aka

Vjerojatnost da okvir prirnljen na odrediStu ne sadrii pogreSke, tj. bitove koji su na prijenosnom putu promijenili vrijednost iz originalne ispravne u suprotnu neispravnu, opada s porastom vjerojatnosti pogreSke na jednom bitu (single bit error). Ako je vjerojatnost nastupa pogreSke na jednom bitu Pg , tada vjerojatnost da primljeni okvir ne sadrii pogreSke iznosi Po = (1- Pg

p,

pri

1.3. Komunikaciiski kanal

Eemu je n broj bita u okviru. Dakle, s porastom duljine okvira smanjuje se i vjerojatnost da primljeni okvir ne sadrii pogreSke. Omjer broja bita koji su primljeni s pogreSnom vrijednoSCu prema ukupnom broju primljenih bita naziva se BER (bit error rate). Osnovno naEelo na kojem se temelji djelovanje metoda za otkrivanje pogreSaka prikazano je na S1. 1.9. Za dani podatkovni okvir predajnik pomoCu funkcije zaStitnog kodiranja f proraEunava zaStitni slijed bita E kojeg zatim dodaje podatkovnom okviru. Prijemnik na odrediStu najprije razdvaja primljene podatke od zaStitnog slijeda E. Zatim pomoCu funkcije f (ista kao i u predajniku), iz primljenih podataka proraEunava zaStitni slijed Z i usporeduje ga s primljenim zaStitnim slijedom E. Ako vrijedi Z = E, tada prijemnik pretpostavlja da u prijenosu nije bilo pogreSaka. Medutim, ponekad u prijenosu mo2e nastupiti takva kombinacija pogreSaka da Ce u prijemniku vrijediti Z = E unatoi: Einjenici da nekolicina bita u prijemu ima pogreSnu vrijednost. Ako je pak Z # E, tada je sigurno da je barem na jednom od bita nastupila pogreSka. Situacija se dodatno komplicira ako pogreSka u prijenosu nastane na nekom od bita koji tvore zaStitni slijed E. Osnovnu zamisao moiemo opisati sljedeCim rijeEima: koder u predajniku prihvaCa od izvoriSta informacije k informacijskih simbola i dodaje im m zaStitnih simbola koji su izvedeni iz izvoriSnih u suglasju s odabranim i dogovorenim pravilom kodiranja. Pravilo kodiranja odreduje matematiEku strukturu koda. Informacijski i paritetni simboli prenose se komunikacijskim kanalom kao blok (okvir) od n = k + m simbola. Takav kod nazivamo (n, k) blok-kod. Radi jednostavnosti pristupa razmatrat Cemo binarne kodove, pa blok od n bita nazivamo kodni blok ili kodna rijeE, a n je duljina bloka ili kodne rijeEi. Kodni omjer definiran za binarni sustav ima oblik F = kln, a on zapravo pokazuje koliko se ulaznih binarnih simbola prenosi jednim binarnim simbolom nakon kodiranja. Primljena rijeE nakon prijenosa kanalom ne mora se, zbog moguCih pogreSaka, podudarati s predanom rijeEi, pa Cemo primljenu verziju jednostavno nazvati primljena rijeE. Dekoder u prijemniku na osnovi primljene rijeEi odreduje udovoljavaju li informacijski i kontrolni bitovi pravilima kodiranja i upotrebljava svako odstupanje za otkrivanje i ispravljanje pogreSaka koje su se pojavile tijekom prijenosa. Dekoder prije svega izvodi ove funkcije: ponavlja pravila kodiranja na primljenoj rijeEi kako bi ustanovio jesu li udovoljene relacije paritetne kontrole. Odstupanja u paritetnim relacijama indiciraju prisutnost jedne ili vise pogreSaka u primljenoj rijeCi. Ako se provodi samo otkrivanje pogreSke, tada je rezultat ove kontrole objava da je primljena rijeE pravilna ili pogregna.

1. Temelii arhitekture mreia

Ako provodimo i ispravljanje pogreSke, tada slijede ova dva koraka: odstupanje u kontroli upotrijebi se pri pronalaienju mjesta i oblika pogreSke u primljenoj rijeEi. Za svaki k6d moie postojati vise algoritama za pronalaienje mjesta pogreSke i to je obiEno najkompliciranija funkcija dekodera; kada je nadeno mjesto i oblik pogreSke, ona se ispravlja, kontrolni simboli se odstranjuju iz kodne rijeEi, a dekodirani informacijski simboli predaju se odrediStu. SrediSnji je problem teorije kodiranja kako naCi k6d za koji Ce se rn ispitnih simbola Sto je moguCe djelotvornije upotrijebiti za otkrivanje i ispravljanje pogresaka za neki zadani model kanala. Kao primjer zagtitnog kodiranja uzmimo Harnrningov k6d, gdje za zaStitu k

+

t n 1 , odnosno informacijskih bitova mora biti zadovoljen uvjet k I n - l o g 2 ( n + 1 ) , n = k + m . Kodni je omjer F = k l n , a odnos medu veliEinama pokazan je sljedeCom tablicom [SINKOVIC, V. 1994.1: Tablica 1.1

Hammingov kod moie ispraviti jednostruku pogreSku unutar bloka duljine n bita pa je vjerojatnost pojave pogreSke koja se ne moie ispraviti dana relacijom:

PovezujuCi zajedno sve parametre koji odreduju zagtitno kodiranje, moiemo naEiniti analizu koristeCi se dijagramom prema S1. 1.10. Uz konstantni iznos vjerojatnosti pogreSke bita Pg = 0.01, poveCanjem duljine bloka n raste kodni omjer F, Eime se pribliiavamo graniEnoj vrijednosti koja za ovaj primjer iznosi C1 = 0.92 . Medutim, s druge strane, poveCanje duljine bloka poveCava vjerojatnost pogreSke Pe koju primijenjeni kod ne moie otkriti niti ispraviti. Teoretska granica koja je opCenito postavljena razmatranjima na S1. 1.10 daleko je od moguknosti ovoga koda. Izborom razliEitih vrsta sigurnosnih kodova moiemo se po volji pribliiiti teoretskoj granici.

1.3.Komunikaciiski kanal

S1. 1.10PogreSka nakon dekodiranja primjenom Hammingova koda

1.3.4. Signalna domena prijenosa informacija VeCina danaSnjih prijenosnih sustava koristi digitalni naCin prijenosa podataka. Digitalni signal je slijed diskretnih, diskontinuiranih naponskih impulsa. Svaki takav impuls predstavlja jedan signalni element (signalelement). Kod prijenosa binarnih podataka bitovi se kodiranjem pretvaraju u signalne elemente koji se prenose medijem. U najjednostavnijem slucaju kodiranje se odvija po naEelu jedan za jedan, tj. svaki se bit kodiranjem pretvara u jedan signalni element. Ako je signalni element digitalan, tada se radi o naponskom impulsu stalne amplitude unutar odredenog intervala trajanja T, koji se naziva simbolni interval. Koriste se dva formata pravokutnog signala; RZ (Return to Zero) i NRZ (Nonreturn to Zero), prikazana na S1. 1.11 (Haykin [20011).

t

NRZ

RZ

S1. 1.11 Prikaz simbola signalom

1. Temelii arhitekture mreia

Nasuprot tome, ako je signalni element analogan, tada se radi o impulsu stalne frekvencije, faze i amplitude unutar intervala trajanja T. Brzina slanja podataka (data rate) mjeri se u broju poslanih bita u jedinici vremena, tj. bitls. Brzina slanja podataka najEeSCe se odnosi na prijenosnu brzinu na ulazu u predajnik, odnosno na izlazu iz prijemnika. Dakle, brzina slanja podataka jednaka je obrnuto proporcionalnoj vrijednosti trajanja bita, R = 1IT. Medutim jednim signalnim elementom moguCe je prenijeti i vise od jednog bita. Stoga se linijska brzina (line rate, signaling rate, modulation rate) mjeri brojem prenijetih signalnih elemenata izmedu predajnika i prijemnika, i u tu se svrhu koristi jedinica nazvana baud. Na primjer, ako se u prijenosu koristi linijski kod 4B3T koji Eetiri bita pretvara u tri ternarna simbola koje prenosi medijem pomoCu pravokutnih NRZ impulsa, i ako je brzina prijenosa podataka R bit/s, tada linijska brzina iznosi v baud, i vrijedi da je v = Rx314. Jedan od vainih ciljeva koje je potrebno ostvariti kako bi prijenos korisniEkih signala prijenosnim medijem bio uEinkovit je prilagodba spektra signala raspoloiivoj Sirini prijenosnog pojasa medija. Na karakteristike prijenosnog medija moguCe je utjecati u fazi proizvodnje. Medutim, kad se prijenosni medij jednom instalira, njegove su karakteristike nepromjenjive. Nasuprot tome, korisniEki uredaji generiraju signale koji imaju svoja vlastita obiljeija koja je moguCe mijenjati. U tu svrhu koristi se predajnik (transmitter) koji treba omogutiti da se karakteristike signala prilagode karakteristikarna medija (Sl. 1.12).

P - razina snage A - prigusenje signala u

ili linijsko kodiranje ulazu prijenosnog medija

mediju

S1. 1.12 Spektri signala i medija

Postoje dvije skupine metoda koje se koriste u tu svrhu: modulacijski postupci i linijsko kodiranje. Modulacijski postupci koriste digitalni signal kao modulacijski signal pomoCu kojeg djeluju na neko od obiljeija (amplituda, frekvencija, faza) analognog signala nosioca (carrier). Na taj naEin nastaje analogni modulirani signal koji se prenosi medijem. Linijsko kodiranje pretvara izvorni binarni kod u neki drugi kod (binarni, ternarni, kvaternarni) pogodan za prijenos medijem. U prijemu se obavlja obrnuti postupak, tj. demodulacija, odnosno dekodiranje linijskog koda u izvorni binarni.

1.3. Komunikacijski kanal

Od prijenosnog sustava oCekuje se da podatke prenosi na uCinkovit i pouzdan naCin. UCinkovitost prijenosa ogleda se u naCinu na koji koristimo prijenosni medij (Sto su raspoloiivi resursi medija bolje iskoriSteni, to je prijenos ~Cinkovitiji),a pouzdanost u otpornosti sustava na pogreSke koje nastaju u prijenosu. Na S1. 1.13 prikazan je dio spektra elektromagnetskog zraCenja koji se koristi u pojedinim prijenosnim medijima (Stallings [20011).

vahla

S1. 1.13 Frekvencijska podrueja medija

Prijenosne medije moguCe je podijeliti u dvije skupine: omedeni (guided) i neomedeni (unguided). U omedene medije ubrajamo upredene parice (twisted pair), koaksijalne kabele (coaxial cable) i optiEka vlakna (opticalfiber), dok se za prijenos neomedenim medijem (zrak, voda) koristi i naziv beBiEni prijenos (wireless transmission). Na dizajn komunikacijskog sustava utjeEu mnogobrojni Eimbenici, dio kojih se odnosi na prijenosni medij i signal. SljedeCi Eimbenici utjeEu na brzinu i domet prijenosnog sustava: Girina prijenosnog pojasa B - Sto je Sirina prijenosnog pojasa veCa, to je moguCe postiCi veCu prijenosnu brzinu; izoblizenja u prijenosu - izobliEenja, kao na primjer gus'enje signala, smanjuju domet prijenosa. Kod omedenih prijenosnih medija najveCe je gus'enje signala u upredenim paricama, a najmanje u optiEkim vlaknima; interferencija - smetnje koje potjeEu od vlastitog ili drugih signala (na primjer, preslus'avanje izmedu parica u istom kabelu) imaju za posljedicu izobliEenje korisnog signala u prijenosu. NajveCe smetnje uslijed interferencije javljaju se u beiiEnom prijenosu, ali ih ima i u omedenim medij ima (parice, koaksijalni kabel); .

broj prijemnika - kod linkova prema veCem broju toEaka veCi je broj prijemnika spojen na fiziEki medij, pri Eemu svako takvo prikljuEenje

1. Temelji arhitekture mreia

povedava priguSenje i izoblicenje signala, Sto dodatno ograniEava domet prijenosa i prijenosnu brzinu. U prijenosu signala prijenosnim sustavima vrlo se Eesto javljaju izobliEenja signala i smetnje. Te dvije pojave rezultiraju degradacijom kvalitete prijenosa, Sto se u digitalnom prijenosu odraiava vedim brojem pogreSaka u prijemu. IzobliEenja signala nastaju uslijed specificnih karakteristika medija. Signal se u vremenskoj domeni prikazuje najEeSde kao promjena napona ili struje u vremenu. Istodobno, u frekvencijskoj domeni signal se sastoji od dviju komponenata: amplitudne i fazne. Svaki prijenosni medij (parica, optiCka nit, zrak) priguSuje amplitudu signala, a ujedno i utjeEe na njegovu faznu komponentu, uslijed Eega dolazi do disperzije signala. Uzrok disperziji je u Einjenici da se sve frekvencijske komponente koje sacinjavaju spektar signala (frequency spectrum) ne rasprostiru kroz medij jednakom brzinom. Uslijed toga se javlja tzv. fazno kaSnjenje (phase delay), odnosno kaSnjenje skupine frekvencija (group delay). Ako u prijenosnom lancu postoje nelinearni elementi, tada se pojavljuju i nelinearna izobliEenja, koja se ponekad nazivaju i intermodulacijski Sum. Za razliku od izoblicenja koja je moguCe opisati deterministiCkim modelima, smetnje nastaju stohastiEki i oteiavaju dimenzioniranje sustava. Posebno u pariEnom prijenosu, vainu ulogu imaju preslugavanja. U jednom kabelu obiEno se nalazi nekoliko upredenih parica (parice se i upredaju zato da bi se srnanjilo preslugavanje). Signal koji se prenosi jednom paricom prenosi se kapacitivnim i meduinduktivnim vezama i na ostale parice u zajedniekom kabelu. Kod optiEkog prijenosa preslugavanje izmedu optiEkih niti nije mogude. Ponekad se pariEni kabeli oklapaju kako bi se zaStitili od vanjskih smetnji, pogotovo od impulsnog Suma, ali i da bi sami manje ometali okolne sustave. Sveukupni utjecaj smetnji pri prijenosu informacija izraiava se odnosom snage signala S prema snazi Suma N: SIN. Sirina prijenosnog pojasa B i odnos S/N odreduju kapacitet kanala prema prije prikazanom izrazu. U sloienom komunikacijskom sustavu signali i Sumovi mogu se modelirati slutajnim procesima pa se snage raEunaju kao srednje statistiEke vrijednosti razmatranih procesa. Maksimalni iznos kapaciteta bit Ce u sluEaju kada procesi imaju normalne (Gaussove) karakteristike.

1.3.5. Pristup prijenosnom mediju U komunikaciji izmedu dvaju uredaja medusobno povezanih linkom od toEke do toEke (point-to-point link), ponekad moie doCi do preopteredenja ili podopteredenja linka. Poieljno je da taj link ne bude preoptereken jer bi na taj naCin postao usko grlo u komunikaciji. Medutim, ponekad je kapacitet tog linka nedovoljno iskoriSten. U tom je sluEaju potrebno omoguditi da link bude

1.3. Komunikacijski kanal

razdijeljen na veCi broj uredaja kako bi se poveCala ~Einkovitostnjegovog koriStenja (Sl. 1.14).

-

NulazaMUX -

1 link, N kanala

-

DEMUX -N izlaza

w

-

smjer pnjenosa s~gnala S1. 1.14 Osnovno naEelo multipleksiranja

Postupak koji veCem broju uredaja omoguCuje zajedniEko istodobno koriStenje linka naziva se multipleksiranje (multiplexing). Multipleksiranje se najEeSCe koristi u komunikacijama na velikim udaljenostima (long-haul communications). U podrucju temeljne javne rnreZe glavne prospojne linije (trunks) realizirane su pomoCu optiEkih, koaksijalnih i mikrovalnih linkova velikog kapaciteta. Tim je linkovima moguCe istodobno prenositi velik broj govornih i podatkovnih kanala, odnosno okvira, i to upravo zahvaljujudi multipleksiranju. Na S1. 1.14 prikazano je opCenito naEelo multipleksiranja. U multipleksor (MUX), tj. uredaj koji obavlja multipleksiranje, ulazi N linkova. Multipleksor je s demultipleksorom (DEMUX, uredaj koji obavlja demultipleksiranje), povezan pomoCu jednog linka od toEke do toEke, koji moie prenositi N odvojenih kanala. Multipleksor kombinira podatke iz N ulaza u jedan zajedniEki signal koji Salje prema demultipleksoru (svakom ulazu je pridijeljen jedan kanal na linku). Po prijemu tog kompozitnog signala demultipleksor iz njega vadi pojedinacne kanale, te svakog od njih Salje na odgovarajuCi izlaz (broj izlaza je takoder N). Ovisno o naEinu na koji multipleksor rasporeduje kanale iz N ulaza na link od toEke do toEke prema demultipleksoru, postoji nekoliko vrsta multipleksiranja. U skladu s prikazom informacijskog volumena prema S1. 1.4, za raspodjelu adresa stoje nam na raspolaganju Eetiri koordinate: { A } = {p,J t, d }; prostor, frekvencija, vrijeme i dinamika. Na ulazu linka obiEno je prostorna raspodjela komunikacijskih kanala pa nam za adresiranje prilikom multipleksiranja stoje na raspolaganju tri koordinate; j t, d. Koordinata dinamike najosjetljivija je na djelovanje smetnji, a u digitalnim sustavima radimo s malim brojem stupnjeva amplitude, pa se ona ne upotrebljava za podjelu kanala. Tako nam ostaju dvije moguCnosti: frekvencija i vrijeme.

-

Frekvencijsko multipleksiranje FDM Multipleksiranje signala po frekvencijama (FDM) moguCe je samo kad je iskoristiva Sirina prijenosnog pojasa prijenosnog medija veCa od ukupne Sirine prijenosnog pojasa svih signala koji se multipleksiraju na dotiEni medij

1. Temelji arhitekture mreia

(Schwartz et al. [1990]). Signal m,(t) koji dolazi na ulazu multipleksora,\ translatira se u viSe frekvencijsko podruEje pomodu modulacije. _/

S1. 1.15 Frekvencijsko multipleksiranje

/U modulacijskorn postupku ulazni signal djeluje kao modulacijski signal kojim se djeluje na neko od svojstava signala nosioca, i na taj naEin nastaje modulirani ' _s' nal.1 MoguCe je djelovati na amplitudu, frekvenciju ili fazu nosioca, pa, sukla no tome, razlikujemo tri vrste modulacije: AM (Amplitude Modulation), FM (Frequency Modulation) i PM (Phase Modulation). Modulacija se dakle koristi za translaciju signala iz njegovog osnovnog pojasa u viSe frekvencijsko podruEje. mlikom multiplekjranja _ _ _veCeg broja _ -- kanala _ - na jedan medij bitno je da se frekvencijski pojasi moduliranih signala ne preklapaju. Ako je taj uvjet L .------. - ispunjen, tada je moguC istodobZipn?iios v&eg broja frek-vencijski odvojenih kanala kroz zajedniEki prijenosni medij, Eime se i ostvaruje osnovna zarnisao FDM-a, jer se svakom kanalu pridruiuje adresa u obliku oznake njemu pridruienog frekvencijskog podruEja prijenosa. Na S1. 1.15 prikazano je naEelo multipleksiranja signala iz N izvora u jedan zajedniEki signal M(t). Izvor i generira signal m,(t). Za svaki se izvor koristi poseban nosilac frekvencijeJ. Modulacijom nastaje N signala Si(t), i svakom je tom signalu pridruien jedan kanal, tj. pojas frekvencija koji je smjeSten pokraj frekvencije JL;. ToEan raspored frekvencija u kanalu ovisi o vrsti koriStene modulacije. Signali S,(t) se zbrajaju u kompozitni signal M(t) koji se u predajniku dodatno modulira na nosilac frekvencijefo i Salje na prijenosni medij kao signal s(t). Dakle, prilikom frekvencijskog multipleksiranja kanal (channel) predstavlja Sirinu frekvencijskog pojasa koja je potrebna moduliranom signalu za prijenos medijem. Kako bi se sprijeEila interferencija (medusobno ometanje) izmedu kanala, kanali se odvajaju zaStitnim frekvencijskim pojasevirna, koji na ialost predstavljaju neiskoriSteni dio spektra. Kompozitni signal koji je kreiran od N ,

'%'

1.3. Kornunikaciiski kanal

moduliranih signala prenosi se izmedu multipleksora i demultipleksora kao analogni signal. Dakle, postupak translacije signala mi(t) u viSe frekvencijsko podruEje i fonniranje skupnog signala M(t) naziva se frekvencijsko multipleksiranje. U demultipleksoru signal s(t) dolazi na ulaz prijernnika. Iz prijemnika izlazi signal M(t) koji se propuSta kroz pojasno-propusne filtre i dobiveni se signali Si(t) demoduliraju u signale mi(t), koji se Salju na odgovarajuke izlaze iz demultipleksora. Primjer koriStenja FDM-a je stara analogna telefonska rnreia. Osnovni govorni kanal koji generira korisnik zauzima frekvencijsko podruEje od 300 Hz do 3400 Hz, a u FDM sustavima uzima se da Sirina govornog kanala iznosi 4 kHz. Sukladno ITU-T preporuci, dvanaest takvih kanala multipleksira se u podrutje frekvencija od 60 kHz do 108 kHz, nazvano grupa. Nadalje, pet grupa (60 govornih kanala) se multipleksira u super grupu (supergroup), a pet super grupa (300 govornih kanala) u master grupu (mastergroup). KonaEno, tri master grupe (900 govornih signala) Eine super master grupu. FDM se koristi i kod razaSiljanja signala (broadcast), te u kabelskoj televiziji.

-

Vremensko multipleksiranje TDM Vremensko multipleksiranje (TDM) ponekad se naziva i sinkrono vremensko multipleksiranje (S-TDM - Synchronous TDM). TDM &___moguCe -koristiti _ kad fiziCki medij omogukuje postizanje prijenosne brzine koja je veCa od prijenosne i t r e h e za-prijenos . signala tim medijem. PrepGtanjem (interleaving) brzine -f dijelova svakog o d signala na ulazu multipleksora moguCe je jednim transmisijskim putem paralelno prenijeti veCi broj signala. Prepletanje j e moguCe provesti na razini bita (ciMiEko uzimanje po jednog bita iz svakog izvora, nazvano bit interleaving), na razini okteta (cikliEko uzimanje po jednog okteta iz svakog izvora, nazvano octet interleaving) ili u blokovima veCe duljine (takav se naEin rjede koristi). pSvakom se ~lazu~pridjeljuje vremenski odsjecak - 7 (vremenska adresa) u kojem predaje svoje infonnacije. ~a S1. 1.16 prikazano je naCelo multipleksiranja N ulaznih digitalnih signala m,(t), i = 1, ..., N na zajedniEki prijenosni medij (Stallings [1999]). Signali koji na ulaz TDM multipleksora dolaze iz izvora, kratkotrajno se spremaju u memorijske spremnike (bufSer) koji se jog nazivaju i elastiha memorija (elastic store). Svaki je spremnik duljine jednog bita ili jednog okteta, ovisno o tome koji se naEin prepletanja signala koristi. Poseban uredaj u multipleksoru redom ispituje (skenira - scanning) svaki od svojih N ulaza (skeniranje se odvija po kruinom redoslijedu: ..., N, 1, 2, ..., N, 1, ...) i na temelju prikupljenih bita, odnosno okteta, tvori skupni signal M(t). Proces skeniranja mora biti dovoljno brz kako bi se spremnici na vrijeme ispraznili i omoguCili prihvat novih podataka iz izvora. Prijenosna brzina signala M(t) mora biti minimalno jednaka zbroju prijenosnih brzina svih signala m,(t). Prije slanja na liniju, signal M(t) se propuSta kroz modem koji kreira analogni ili digitalni signal s(t), koji ima

1. Temelji arhitekture mreia

odgovarajuda obiljeija za prijenos medij em (analogni modem obavlja modulaciju nosioca pomodu signala M(t), a digitalni modem ga linijski kodira).

... vremenski odsjehk

... fTDM

okvir+

... f TDM okvir+

b t

S1. 1.16 Vremensko multipleksiranje

Podaci iz izvora se organiziraju u okvire (frame). Svaki okvir sadrii minimalno N vremenskih odsjeEaka (time slot). Vremenski slijed odsjeEaka koji je namijenjen jednom izvoru naziva se TDM kanal. Svaki vremenski odsjecak ima duljinu koja je jednaka duljini spremnika. ObiEno je broj odsjeEaka u okviru veCi od N jer prijenosnim medijem nije dovoljno prenositi iskljuEivo podatke iz izvora, vet je potrebno prenositi i signalizaciju te sinkronizacijske signale koji omoguCuju rad prijenosnih TDM sustava. U prijemniku signal s(t) prolazi kroz modem koji ga pretvara u signal M(t). Iz tog se signala skeniranjem izdvajaju signali m,(t) koji se spremaju u prijemne spremnike i Salju svojim odredigtima. Na S1. 1.17 prikazan je primjer zajedniEkog multipleksiranja K analognih i M digitalnih izvora u skupni TDM signal, pri Eemu je M = N - K. Primjer koriStenja TDM-a u multipleksiranju analognih signala je prijenosni PCM sustav (Schwartz et al. [1990]). Pulsno-kodna modulacija (PCM - PulseCode Modulation) koristi se za pretvorbu analognog signala u digitalni. Analogni signal, Eija gornja graniCna frekvencija iznosi B Hz, pretvara se u uzorke (sampling) frekvencijom koja mora iznositi najmanje 2B Hz, kako bi se poStivao Nyquistov teorem o uzirnanju uzoraka. Pretvorba analognog signala u slijed uzoraka naziva se pulsno-amplitudna modulacija, tj. PAM - PulseAmplitude Modulation. Svaki se uzorak kvantizira, tj. pretvara u jednu od 2N diskretnih vrijednosti koja se u koderu pretvara u N bita. Time je zavrSen postupak PCM kodiranja signala. Konkretno, za govorni signal u telefoniji, Eija Sirina frekvencijskog pojasa iznosi 4 kHi, pretvaranje u uzorke obavlja se frekvencijom od 8 kHz i svakom se uzorku pridjeljuje kodna rijeE od osam bita. Na taj naEin nastaje digitalizirani govor prijenosne brzine 64 kbids. TDM se ponekad naziva i sinkroni TDM, ne zato Sto je Sam fiziEki proces prijenosa sinkroni (signal predajnika i prijemnika medusobno su sinkronizirani),

1.3. Komunikaciiski kanal

veC stoga Sto se svakom izvoru signala spojenom na ulaz multipleksora unaprijed pridjeljuje fiksni vremenski odsjeEak. Upravo u tome i leii osnovni nedostatak TDM-a. Vremenski odsjeEci se Salju bez obzira ima li izvor ili nema podataka za slanje (u tome je sliEnost s FDM-om potpuna). Uzrok svjesnom gubitku odredene Sirine prijenosnog pojasa leii u jednostavnosti izvedbe sklopova multipleksora i demultipleksora. Prijenosna brzina linka kod primjene TDM-a mora biti veCa od zbroja svih vrSnih prijenosnih brzina na ulazima multipleksora. ulaz 1 (analogni)

1 ulaz

. . ..

kanal N

kanal 1

kanal 2

WM&,rn

f..

.

'."

kana1

kana1

..

slnkronizac~ja111 s~gnal~zac~ja

kana1 N

t

S1. 1.17 Multipleksiranje analognih i digitalnih izvora

UnatoE fiksnom pridjeljivanju vremenskih odsjeeaka, TDM omoguCuje prijenos podataka iz izvora koji koriste razliEite prijenosne brzine, pri Eemu se briim izvorima jednostavno pridjeljuje veCi broj vremenskih odsjeEaka po okviru. VeC je iz ovoga razvidno da TDM moie podriati samo one prijenosne brzine koje su po iznosu viSekratnik osnovne brzine odredene trajanjem jednog odsjeEka. ToEnije, ako se jedan okvir sastoji od N vremenskih odsjeEaka i ako se svaki okvir Salje M puta u sekundi, a svaki vremenski odsjeEak sadrii K bita, tada prijenosna brzina osnovnog TDM kanala iznosi M x K bids, dok je maksimalna prijenosna brzina takvog TDM sustava NxMxK bids. TDM pronalazi svoju pravu primjenu u prijenosu signala stalne prijenosne brzine, kao Sto su npr. govor i video stalne brzine. Medutim, ako se TDM prirnijeni u prijenosu podataka Eija brzina stalno varira (na primjer u prijenosu govora i videa promjenjive brzine), tada se prijenosni link neueinkovito koristi. Alternativu vremenskom multipleksiranju s fiksnim pridjeljivanjem vremenskih odsjezaka, predstavlja statistick0 multipleksiranje (SM - Statistical Multiplexing), koje se ponekad naziva i asinkroni TDM (Asynchronous TDM)

1. Ternelji arhitekture rnreia

(Tanenbaum [1996]). Na temelju statistiCkih svojstava podataka statistick0 multipleksiranje dinarnick pridjeljuje vremenske odsjeCke pojedinim izvorima, i to na njihov zahtjev, tj. sukladno njihovim potrebama (Sl. 1.18). Na sliCan naEin kao kod primjene TDM-a, statistic& multipleksor ima odredeni broj ulaznih linija i jednu izlaznu liniju veCe brzine. Svakoj je ulaznoj liniji pridruien spremnik. f t3 '4 I / / / /

'0 tl

vremenski odsjeEak s podacima iz izvora X prazni vrernenski odsjeEak (nerna podataka iz izvora X)

adresa

raspoloiiva Sirina prijenosnog pojasa

S1. 1.18 StatistiCko multipleksiranje Za razliku od TDM multipleksora, koji skupu od N ulaza pridruiuje N vremenskih odsjeEaka u TDM okviru, SM multipleksor skupu od N ulaza pridruiuje samo K vremenskih odsjeEaka na izlaznoj liniji, pri Eemu je K < N. Osnovni zadatak SM multipleksora je da cikliEki skenira ulazne spremnike, prikuplja podatke, popunjava okvir, i zatim ga Salje na izlaznu liniju. U prijemu SM demultipleksor prima okvire i raspakirava ih u pojedinaene vremenske odsjeEke. Demultipleksirane kanale privremeno sprema u izlazne sprernnike, nakon Eega ih Salje na odgovarajuCe izlazne linije. SM se u svom radu oslanja na dvije bitne Einjenice: izvori spojeni na ulaz multipleksora vrlo rijetko Salju svoje podatke istodobno, i izvori spojeni na ulaz multipleksora ne Salju svoje podatke konstantno. Uslijed toga je brzina na linku manja od zbroja vrSnih prijenosnih brzina svih izvora spojenih na ulaz SM multipleksora. Dakle, potrebna brzina linka kod primjene SM-a manja je od one koju je nuino koristiti kod TDM-a. Mebutim, kako perfonnanse prijenosa kod koriStenja SM-a ne bi bile bitno naruSene, prijenosna brzina na linku mora biti veCa od zbroja srednjih prijenosnih brzina svih izvora spojenih na ulaze SM multipleksora. Na S1. 1.18 dana je usporedba TDM-a i SM-a. Cetiri izvora spojena su na ulaze multipleksora. Svaki izvor generira drugaEiji promet. Proces multipleksiranja zapGinje u trenutku to. U trenutku tl multipleksor je skeniranjem prikupio podatke iz izvora A i B, dok

1.3. Komunikaciiski kanal

izvori C i D nisu generirali podatke u tom intervalu. Neovisno o tome, TDM multipleksor puni podatke izvora A i B u odgovarajuke vremenske odsjeEke u okviru, a odsjetke koji odgovaraju izvorima C i D prenosi kao prazne (empty slot). Nakon Sto je prvi okvir fonniran, TDM multipleksor ga Salje na liniju, i po istom naEelu nastavlja puniti sljedeCi okvir. Za razliku od TDM-a, SM multipleksor u trenutku t, prikuplja podatke iz izvora A i B, nakon Eega u trenutku t2 prikuplja podatke iz izvora B i C, te ih upravo tim redoslijedom i Salje na link. SM takoder koristi koncept vremenskih odsjeEaka, ali pritom nije unaprijed poznato kojem Ce izvoru biti pridijeljen koji vremenski odsjeEak. BuduCi da podaci u nekom vremenskom odsjeEku mogu potjecati iz bilo kojeg izvora, neophodno je koriStenje adresne infonnacije kako bi se osigurala ispravna isporuka podataka na odgovarajuka odrediita. Uslijed toga se povedava protokolarni pretek (overhead) po svakom vremenskom odsjeEku. Struktura okvira ima utjecaja na performanse SM-a. Sasvim je jasno da je neophodno rninirnizirati potrebni protokolarni pretek kako bi se poveCala propusnost mreie (throughput).

-

Valno multipleksiranje WDM Konceptualno gledano, WDM je pandan FDM-u (Stallings [1999]). Ako se valna duljina razmatra kao veliEina razmjerna reciproEnoj vrijednosti frekvencije, tada je upotreba valne duljine za oznacavanje adrese zapravo primjena frekvencijske koordinate prije definiranog informacijskog prostora. Sirokopojasna optiEka pojaEala otvorila su put prema multipleksiranju veCeg broja valnih duljina na jedno optiEko vlakno. Ta je tehnika poznata kao valno multipleksiranje (WDM). WDM znatno poboljSava prijenosni kapacitet optitkog sustava. Zajedno s erbijem dopiranim optiEkim pojaEalima (erbiumdoped optical amplifier), WDM predstavlja kljuEni mehanizam za ostvarenje prijenosa brzinama veCim od terabita u sekundi. NaEelo rada WDM-a oslanja se na Einjenicu da se istim optiEkim vlaknom moie istodobno prostirati nekoliko svjetlosnih zraka razliEitih boja (tj. valnih duljina). Pritom svaka valna duljina prenosi jedan slijed podataka. Raspoloiiva Sirina frekvencijskog pojasa u WDM-u iznosi nekoliko THz (teraherc). Na S1. 1.19 prikazano je osnovno naEelo rada WDM-a. Na ulaz WDM predajnika dolaze elektriEni signali iz N izvora. ElektriEni signal modulira u laserskoj diodi optiEki nosilac (svjetlosni signal odredene valne duljine) i tako nastaje modulirani optiEki signal koji se Salje na ulaz WDM multipleksora. Takav se signal, smjeSten oko jedne valne duljine, naziva ujedno i optiEki kanal. WDM MUX kombinira optiEke kanale u jedan skupni optiEki signal koji se prenosi do WDM demultipleksora pomodu optiEkog vlakna velike Sirine prijenosnog pojasa. U WDM prijemniku WDM DEMUX razdvaja optiEke kanale koristeCi pasivne raspreinike i pojasno-propusne optiEke filtre koji su podeSeni na odredene valne duljine. Na izlazu svakog filtra pojavljuje se

1. Temelji arhitekture mreia

jedna valna duljina koja se prosljeduje fotodetektoru. Izlaz iz fotodetektora jednak je originalnom elektricnom signalu, naravno uz uvjet da u prijenosu nisu nastupile pogreSke koje prijernnik nije u moguCnosti ispraviti. elektriEki signalil I

WDM

7

laserske diode

-

prijemnik

optiEko vlakno

S1. 1.19 Valno multipleksiranje

1.4. Komunikacija u mreii Od elemenata Eija su osnovna svojstva opisana u 1.3, gradi se komunikacijska mreia (Sl. 1.20). Prilikom prijenosa izvan lokalnog podrucja, podaci na putu od izvora prema odrediStu prolaze kroz rnreiu komutacijskih Evorova. Komutacijski Evorovi (switching node) su potpuno transparentni prema sadriaju jedinica pomoCu kojih se prenose podaci (data unit).

korisnik

komutacija (Cvor)

S1. 1.20 Komunikacijska rnreia

,Njihova je osnovna svrha da u mreii obavljaju funkciju komutiranja informacija, a svrha komutiranja je da se infonnkija prenese od Evora do Evora i na kraju Tlo toEno -0dredenog odrediSta. StruMuru mreie saEinjavaju tri ~lementa:Evorovi (node, network node, communication node), grane ili linkovi (link, transmission link), i krajnji uredaji koji predstavljaju korisnike mreie (end

1.4. Komunikacija u mreii

station, end system, host). Krajnji se uredaji pomodu linkova povezuju sa Evorovima koji su medusobno povezani prijenosnim linkovima u mreiu odredene topologije. Skupina komunikacijskih Evorova naziva se komunikacijska mreia (communication network). Jedna od prvih velikih raEunalnih mreia, ARPANET, koristi terminologiju prema kojoj su krajnji uredaji medusobno povezani podmreiom (subnet). Dakle, komunikacijska mreia koja podatke od izvora do odrediSta prenosi koristedi mehanizme komutiranja naziva se komutirana komunikacijska mreia (switched communication network). Osnovna obiljeija linka su njegova duljina, brzina kojom se tim linkom podaci mogu prenositi (dozvoljena brzina) i uCestalost pogreSaka na linku (BER - Bit Error Ratio). Cvorove pak odreduju linijske brzine prijenosa na njihovim prikljuEcima (port), dimenzije Evora (broj ulaznih i izlaznih prikljuEaka), kaSnjenje podataka koje nastaje pri njihovom prolasku kroz Evor od ulaznog do izlaznog prikljuEka i propusnost Evora, tj. ukupna koliEina podataka koje Evor moie preusmjeriti u jedinici vremena s nekog od ulaznih na neki od izlaznih prikljuEaka. Prirnijenimo li navedenu opdu definiciju komunikacijske mreie na javnu komunikacijsku mreiu, moiemo provesti razmatranja koja slijede. Arhitektura javne telekomunikacijske mreie sastoji se od Eetiriju generickih komponenata: pretplatnik (subscriber) je uredaj koji se povezuje s mreiom. Primjer takvih uredaja su telefonski aparati, raEunala, komunikacijska oprema i drugi; lokalna petlja (local loop) je link koji povezuje pretplatnika i mreiu. Ponekad se koristi i naziv pretplatnicka petlja (subscriber loop). PretplatniEko podruEje (subscriber area) je podruEje javne telekomunikacijske mreie u kojem se prijenos informacija odvija pretplatniEkim petljama. Lokalne petlje se fizieki joS uvijek najEeSCe realiziraju pomoCu upredenih parica. Posljednjih godina u pretplatnicko podrueje sve vise prodire beiiEni prijenos, koaksijalni se kabeli sve rjede koriste, dok je broj optiEkih linkova na ovom podruiju joS uvijek malen; centrala (exchange, CO - Central Office) je dio mreie u kojem se odvija proces komutiranja informacija. Centrala na koju se izravno povezuju krajnji korisnici naziva se i krajnja centrala (end ofice) ili lokalna centrala (local ofice, local exchange). Starija organizacija mreie imala je na najniioj razini krajnje centrale. Na viSim su se razinama nalazile Evorne, glavne, tranzitne i medunarodne centrale, dok su se prema nomenklaturi ITU-T-a koristili nazivi primary centre, secondary centre, tertiary centre, quaternary centre i international centre (medunarodna, odnosno najviSa razina javne mreie);

1. Temelji arhitekture mreia

glavni prospojni vodovi, grane koje medusobno povezuju Evorove transmisijske mreie. Primjeri javnih telekomunikacijskih rnreia su PSTN (Public Switched Telephone Network), PLMN (Public Land Mobile Network), CSPDN (Circuitswitched Public Data Network) i PSPDN (Packet-switched Public Data Network), ISDN (Integrated Services Digital Network) i B-ISDN (Broadband ISDN). Kao primjer organizacije mreie navedimo ISDN mreiu (Burd [1997]). ITU-T je definirao ISDN, digitalnu mreiu integriranih usluga sa sljedeCim obiljeijima: podrSka govornim i negovornim aplikacijama, podrSka komutiranim i nekomutiranim uslugama, koriStenje veze prijenosne brzine 64 kbids kao temeljnog bloka za izgradnju ISDN-a, uvodenje inteligencije u mreiu (IN Intelligent Network), slojevita protokolarna arhitektura i podrSka razliEitim mreinim konfiguracijama. TE - Terminal Equipment

NT2 (Network

S1. 1.21 Referentne toEke korisniEkog pristupa u ISDN

ISDN je utemeljen na konceptima telefonske integrirane digitalne mreie (IDN Integrated Digital Network). Transrnisijska struktura na bilo kojem pristupnom linku (Sl. 1.21) koristi sljedeCe kanale: kanal B (64 kbids), kanal D (16 ili 64 kbids) i kanal H (HO - 384 kbids, HI1 - 1536 kbids i H12 - 1920 kbids). Kanal B je osnovni korisniEki kanal za prijenos digitalnih podataka, govora kodiranog digitalnim modulacijskim postupkom PCM ili mjeSovitog prometa niie prijenosne brzine. Kanalom B moguCe je uspostaviti Eetiri vrste veza: veze uspostavljene komutacijom kanala, veze uspostavljene komutacijom paketa (X.25), veze uspostavljene komutacijom okvira (frame relay) i polutrajne veze. Kanal D prenosi signalizacijsh' i n f o d c i j u ili podatke niiih brzina (npr. telemetrijski podaci). Kanal H omoguCuje prijenos korisniEkih informacija veCim brzinama. Postoje dvije vrste korisniEkog pristupa u ISDN: osnovni pristup (BRA - Basic Rate Access) koji se sastoji od dva dvosmjerna kanala B i jednog dvosmjernog kanala D, i primarni pristup (PRA - Primary Rate Access), 30 B + 1 D. Brzina na suEelju S kod osnovnog pristupa iznosi 192 kbids, a na suEelju U 160 kbids. Primarni pristup koristi sljedeCe kanalske strukture: nB+D (1 I n 5 23 ili 1 I n I 30), 3HO+D, 4H0, 5HO+D, H12+D, 3H0+5B+D i 3H0+6B). FiziCke veze u toEki S su EetveroiiEne, a veza na suEelju U je dvoiiEna.

1.4. Komunikacija u mreii

Na suEelju korisnik - mreia koriste se razliciti protokoli, Sto je prikazano na S1. 1.22. viSi protokolni slojevi

rnreini sloj

sloj podatkovnog linka

fiziEki sloj

._ kanal D

L1 T

kanali B i H

-----+

S1. 1.22 ISDN protokoli na suEelju korisnik - mreia

Na primjeru ISDN mreie primjekujemo odredenu slojevitu strukturu koja nam moie pomoCi pri razmatranju pojava koje se zbivaju unutar mreia. Uvedimo stoga opCi pristup slojevitoj arhitekturi informacijske mreie.

1.4.1. Slojevita arhitektura informacijske mreZe Informacijska mreia izgradena na osnovi prikazanog modela digitalne mreie zajedniEkih usluga, predstavlja distribuirani informacijski volumen koji tvori velik broj razlicitih sklopovskih i programskih sredstava. Taj volumen po vertikali dijelimo na niz slojeva (Sl. 1.23). LogiEki N-ti sloj Eini dio ukupnog informacijskog volumena mreie, koji obavlja jednu od osnovnih operacija. U modernim komunikacijskim sustavima koristi se slojeviti pristup organizaciji svih komunikacijskih funkcija. Sukladno referentnom modelu OSI (OSI RM Open System Interconnection Reference Model) (Stallings [1990]), definiranom 1984. godine od strane svjetske standardizacijske organizacije IS0 (International Organization for Standardization), svaki je otvoreni sustav moguCe opisati pomoCu skupa slojeva poredanih po vertikali, od najniieg prema najviSem. Svaki se sloj sastoji od jednog ili vise entiteta (entiteti N-tog sloja nazivaju se N-entities), a djeluje samo prema slojevima koji su u protokolarnom sloiaju (protocol stack) smjeSteni neposredno iznad i ispod tog sloja. Entitet je aktivni element sloja, a postoje hardverski (npr. integrirani U 0 krug, UO - inputloutput) i softverski entiteti (npr. proces). Svaki entitet N-tog sloja obavlja funkcije tog

1. Temelji arhitekture mreia sloja. Entiteti koji se nalaze na istom sloju, ali na razlieitim uredajima nazivaju se ravnopravni entiteti (peer entities). otvoreni sustav A

--

otvoreni sustav B

najviSi sloj

najviSi sloj

(N+1)-i sloj

(N+l)-i sloj

N-ti sloj

N-ti sloj

(N-1)-isloj

(N-1)-i sloj

najniii sloj

najniii sloj prijenosni (fizieki) medij S1. 1.23 Slojeviti referentni model

Komunikacijom izmedu ravnopravnih entiteta N-tog sloja (peer N-entities) upravlja odgovarajuki protokol (N-peer-to-peer protocol). Podatkovna jedinica koju koristi takav protokol naziva se N-PDU (N-Protocol Data Unit). Ravnopravni entiteti N-tog sloja medusobno komuniciraju koristeki usluge koje im pruiaju niii slojevi, tj. slojevi N-1. Na slitan naEin, N-ti sloj pruia usluge (service) N+1-om sloju. U tom sluCaju sloj N naziva se pruiatelj usluge (service provider), a sloj N+l je korisnik usluge (service user). ToEka u kojoj protokol viSeg sloja moie pristupiti uslugama N-tog sloja naziva se N-SAP (N-Service Access Point). Svaki SAP ima pridijeljenu adresu koja ga jednoznaeno odreduje. Za praktiEnu primjenu slojevite arhitekture informacijske mreie potrebno je odrediti broj slojeva i funkcije koje Ce se u pojedinim slojevima obavljati. Problem odredivanja granica izmedu slojeva i broja slojeva dosta je sloien. Osnovni principi rjeSenja toga problem sastoje se u sljedeCem: izbor velikog broja slojeva omoguCuje jasnije raSElanjivanje procesa u informacijskoj mreii, velik broj slojeva zahtijeva, s druge strane, velik broj medusobnih suEelja, Sto oteiava opis procesa u informacijskoj mreii, granice izmedu susjednih slojeva treba odabrati tako da se Sto vise pojednostavi veza izmedu razina i da je broj interakcija kroz granicu minimalan.

1.4. Komunikacija u mreii

svaki sloj treba realizirati grupu funkcij koje jasno obavljaju odredenu operaciju, podjelu informacijskog volumena rnreEe na slojeve treba naEiniti tako da je svaki sloj kvazinezavisan u obavljanju funkcija, Sto omoguCuje promjenu sredstava radi modernizacije tehnologije, ostavljajudi pojedine slojeve nepromijenjenima (funkcijska modularnost). AnalizirajuCi prikladnost primjene slojevite arhitekture u medunarodnim razmjerima, prihvaCena je podjela na sedam slojeva u preporukama referentnoga modela OSI prema S1. 1.24 (Stallings [1990]).

i

A

A

aplikacijski sloj - - - - - - - - - - - - - - - - - .- - - - - - -- - -

prezentacijski sloj - - - - - - - - - - - - - - - - - -.- - -korisniEki - - - -- - -

prostor

sloj sesije 1T

transportni sloj

AL

mreini sloj sloj podatkovnog linka

hardver

operiativni sus'tav

fiziCki sloj

v S1. 1.24 Slojevi referentnog modela OSI

Referentni model OSI sastoji se od sedarn slojeva koji obavljaju sljedeke funkcije: 1. fiziEki sloj (najniii sloj) - bavi se prijenosom nestrukturiranog slijeda bita

2.

kroz fiziEki medij. ObuhvaCa mehaniEke, elektriEne, funkcij ske i proceduralne karakteristike suEelja za pristup fiziEkom mediju. Karakteristike sarnog prijenosnog medija nisu dio fiziEkog sloja; sloj podatkovnog linka - omogutuje pouzdan prijenos informacija fiziEkim linkom. Salje blokove podataka (okvire), te obavlja neophodnu sinkronizaciju okvira, upravljanje pogreSkama i upravljanje tokovima;

1. Temelii arhitekture mreia

mreini sloj - viSim slojevima pruia neovisnost o tehnologiji prijenosa i komutiranja podataka. Odgovoran je za uspostavu, odriavanje i raskidanje veza; 4. transportni sloj - omogukuje pouzdan i transparentan prijenos podataka izmedu krajnjih komunikacijskih toCaka, oporavak sustava od pogreSaka (error recovery) i upravljanje tokovima s kraja na kraj (end-to-endflow control); 5. sloj sesije - osigurava strukturu za komuniciranje izmedu aplikacija. Uspostavlja, upravlja i raskida veze (sesije) izmedu aplikacija koje medusobno suraduju; 6. prezentacijski sloj - aplikacijskim procesima pruia neovisnost o razlikama u naEinu prikaza podataka (sintaksa); 7. aplikacijski sloj (najviSi sloj) - korisnicima omogukuje pristup OSI okruiju i pruia uvjete za realizaciju distribuiranih informacijskih usluga. Istu takvu slojevitu podjelu funkcija na sedam slojeva moguke je primijeniti i na upravljajuke i na korisniCke informacije. Sa stajaliSta upravljanja informacijskom mreiom, kada je upravljajuki tok infonnacija odvojen od korisniEkoga toka, prva Cetiri sloja obavljaju zadaku komunikacije, tj. transporta upravljajukih informacija. To se u potpunosti podudara sa sustavom zajednickog signalizacijskog kanala. Slojevi 5, 6 i 7 namijenjeni su za obradu upravljajukih informacija u procesorima komutacijskih EvoriSta. Sa stajaliSta korisnika, prva Eetiri sloja obavljaju zadaCu komunikacije, tj. transporta korisniEkih infonnacija, koristeki se pritom upravljajukim funkcijama mreie. Kod toga slojevi 1 i 2 izvode operaciju transmisije, a slojevi 3 i 4 operaciju komutacije. Ako korisnik traii uslugu obrade podataka, tada rnreia mora raspolagati sredstvima koja ke izvrSenjem funkcija 5. 6. i 7. sloja obaviti operaciju procesiranja. 3.

1.4.2. Postupci usmjeravanja informacija u mreli Glavne vrste usluga koje treba osigurati informacijska mreia su sljedeke: komunikacija govorom u digitalnom obliku, postupkom komutacije kanala ili paketa, komunikacije tekstom, komunikacije podataka postupcima komutacije kanala ili paketa u stvarnom vremenu ili s vremenskom zadrSkom, pristup bankama podataka i racunarskim uslugarna te procesiranje, komunikacije slikom, videofon, difuzija TV i HIFI viSemedijske komunikacije, telefaks,

.

.

.

,-,

*

32

<

* 1

& * '

,

\

,

!

a

1.4. Komunikacija u mreii

daljinsko mjerenje i upravljanje. Pojedine vrste informacija predstavljene su izvornim informacijshm tokom razlititih brzina u vrlo Sirokom dijapazonu, praktitki od 10' do lo9bit/s. Za svaku traienu komunikaciju potrebno je u mreii osigurati odgovarajudi kapacitet u informacijskom prostoru za prihvat informacijskih tokova. Pritom je potrebno organizirano vodenje informacijskih tokova kroz mreiu.

S1. 1.25 Veza u rnreii

Izdvojimo iz mreie komunikacijski element prema S1. 1.25. Bez obzira na to kakva je vrsta komunikacije posrijedi, informacijskim jedinicama pridruZujemo znaEajku prosjetne duljine b . Primjerice, za telefonski poziv prosjeEnog trajanja 120 s, preko digitalnog kanala brzine 64 kbitls prosjeEna Ce duljina iznositi b = 7.68 Mbit . U mreiama koje poluivaju velika geografska podruEja potrebno je uzeti u obzir vrijeme prostiranja signalaTpi, koje je potrebno da se -

energija kojom je predstavljen binarni element infonnacije transportira dui i-tog prijenosnog puta. OznaEimo brzinu lcretanja energije s v kmls, koja je ovisna o tipu prijenosnoga puta. Ako i-ti prijenosni put ima duljinuli km,tada je:

1. Temelji arhitekture mreia -

Dalje slijedi da Ce, ako informacijska jedinica ima srednju duljinu b , vrijeme zauzimanja i-te prijenosne veze koja ima kapacitet Ci , biti: -

VeliEina Tpi Eesto se zanemaruje, ali katkad Eini znatan udio u kaSnjenju (npr. satelitske veze). Napomenimo da vrijeme Tsi oznaEuje srednju vrijednost sluEajnog vremena tSi koje nastaje zbog sluEajne duljine informacijske jedinice b, dok su veliCine Tpi i Ci determinirane. Stoga Ce statistiEka obiljeija slutajne ~arijablet,~biti ista kao obiljeija sluEajne duljine informacijskih jedinica b [SINKOVIC, V. 1994.1. Vanjski toky . usmjerava se preko M transmisijskih grana , tako da kroz i-tu ~k

granu protjeEe tok Ai (i= 1, 2,. .., M). Svi tokovi grana, zbrojeni tvore unutarnji tok mreie:

A=

xEl/l, [erlls].

Definicija kriterija po kojemu provodimo vrednovanje svojstava komunikacijske mreie ovisi o primijenjenom postupku komutacije. Kriterij za vrednovanje svojstava definiramo sa stajaliSta korisnika.

Komutacija kanala Ako se radi o komunikaciji postupkom komutacije kanala, njezino funkcioniranje sa stajaliSta korisnika moiemo prikazati kako slijedi: ako pozivajuCi korisnik (izvoriSte) prikljuEen na neki Evor mreie ieli uspostaviti vezu s pozvanim korisnikom (odrediSte) prikljueenim na neki drugi Evor, ta se ielja signalizacijskim porukama predaje upravljajuCem dijelu mreie. Osnovna ideja komutacije kanala prikazana je na S1. 1.26 (Tanenbaum [1996]). Nakon Sto se izmedu nekog krajnjeg uredaja na izvoru i krajnjeg uredaja na odrediStu informacije uspostavi veza, toj vezi se pridjeljuje namjenski prijenosni put (dedicated transmission path). Taj prijenosni put prolazi od izvora do odrediSta preko skupa linkova i mreinih Evorova. U fazi uspostave neke veze mreia odreduje kojim Ce se toEno linkovima i Evorovima infonnacija prenositi izmedu izvora i odrediSta te veze. Za cijelo vrijeme trajanja veze svi podaci koji joj pripadaju prenose se uvijek istim putem koji je toj vezi namijenjen u fazi uspostave. Drugim rijeEima, prijenosni put je fiksno uspostavljen, ne mijenja se i traje sve dok traje i veza. Vaino je takoder

1.4. Komunikaciia u mreii

istaknuti da Sam prijenos korisniCkih podataka ne moie zapoCeti prije nego se uspostavi spomenuti prijenosni put. INFORMACIJSKA JEDINICA: POZlV A

B

SADRZAJ ADRESE

C

D

I

KRlTERlJ

ISlGNALlZAClJA (ADRESE lVJEROJATNOST GUBlTKA A-D

I

I

I

I

S1. 1.26 Komutacija kanala

Nakon zavrSetka komunikacije izmedu izvora i odrediSta dotiEna se veza nuino raskida. Zahtjev za raskid dolazi iz izvora ili odrediSta, a mreia sukladno tome oslobada sve resurse (kanale na linkovima, sprernnike u komutaciji, slogove u komutacijskim tablicama) koje je koristila dotiEna veza. Na taj naEin Ce te resurse u buduCnosti moCi koristiti druge veze koje mreia tek treba uspostaviti. Sama uspostava veze unosi odredeno kaSnjenje u prijenos izmedu izvora i odredis'ta, naroEito ako se radi o pozivima na medunarodnoj razini mreie. Signal poziva mora doprijeti do odredigta, koje potvrduje da ieli ili ne ieli prihvatiti poziv, i ta se potvrda prostire natrag prema izvoru. Medutim, nakon Sto je veza uspostavljena, j edino kaSnjenje u prjjenosu potjeEe od prostiranja signala fiziEkim medijem prijenosa. Prije uspostavljanja komunikacije upravljanje Ce rezervirati put kroz mreiu sastavljen od serije slobodnih kanala odredenih adresama u prostornovremenskim koordinatama {p, t ) koji, poEevSi s izvoriSnim i zavrSavajuCi s odredignim, uspostavljaju permanentnu vezu izmedu EvoriSta. Ako je uspostavljanje takva puta bilo moguCe bilo kojom rutom, tj. mogla se uspostaviti serija slobodnih kanala od izvoriSta do odredis'ta, veza je uspjeSna i komunikacija se moie odvijati sve do traienja raskida. Naprotiv, ako u trenutku traienja komunikacije nije bilo moguCe uspostaviti put kroz mreiu, pokuSaj je neuspjeSan, komunikacija se nije mogla obaviti pa je poziv odbaEen iz mreie i srnatra se izgubljenim.

1. Temelji arhitekture mreia

Karakteristike i-tog linka odredene su brojem kanala mi i ulaznim prometom

A,, pa primjenom modela posluiivanja s gubicima moiemo odrediti vjerojatnost bloluranja linka PBi. PromatrajuCi uspostavu veze preko svih linkova na putu od izvoriSta do odrediSta, moie se odrediti srednja vrijednost gubitaka mreie ili vjerojatnost blokiranja PB :

P, = {vjerojatnost da pozivajuci korisnik ne dobije vezu} . To je najEeSCe primjenjivan kriterij za vrednovanje svojstava mreie s komutacijom kanala. Ta vjerojatnost ovisi o razliCitim Einiteljima, posebno o topologiji mreie, ulaznom prometu, kapacitetima grana i o primijenjenom naEinu preusmjeravanja (rutiranja).

Komutacija paketa U komunikaciji postupkom komutacije paketa komuniciranje se obavlja prema S1. 1.27 (Tanenbaum [1996]). Radi komunikacije, na izvoriStu se formiraju paketi infonnacija kojima se pridodaje adresa odrediSta. Paketi se prenose etapno od EvoriSta do EvoriSta rnreie, zauzimajuki pritom istodobno samo onu vezu izmedu dvaju EvoriSta koja je na najpovoljnijem putu prema odrediStu u danome trenutku. Ako bilo gdje na putu napredovanja prema odrediStu nema slobodnog kapaciteta, paketi Eekaju spremljeni u memoriji dok se potreban kapacitet ne oslobodi [KLEINROCK,L. 1976.1.

1.4. Komunikaciia u mreii

Stariji oblik komutacije paketa nazvan je komutacija poruka. Poruka je u stvari blok podataka Eija duljina nije ogranitena. Uslijed toga mreini Evorovi koji prenose poruke (za te se Evorove koristi i naziv IMP - Interface Message Processor) moraju koristiti diskove kako bi spremili te velike blokove, Sto naravno povedava kaSnjenje u prijenosu. Takoder, odredeni blokovi mogu zauzeti link izmedu dva IMP-a na dulje vrijeme, pa ostali blokovi koji se trebaju prenijeti tim istim linkom moraju dug0 Cekati u Evorovima. Komutacija paketa izbjegava takve poteSkode ogranicavanjem duljine bloka podataka koji se sada umjesto poruka naziva paket. Na taj se naEin smanjuju Eekanja paketa u Evorovima, Sto je posebno povoljno za prijenos interaktivnog prometa. Takoder, Evor koji primi prvi paket neke veze moie proslijediti taj paket sljededem Evoru i prije nego prirni sljededi paket. Na taj se naEin smanjuje kaSnjenje i povedava propusnost mreie. Komutaciji poruka i komutaciji paketa zajedniEko je osnovno naEelo prijenosa podataka izmedu izvora i odrediSta. Kao prvo, ne uspostavlja se nikakva veza izmedu krajnjih uredaja. Kad izvor ima podatke za slanje, poSalje ih mreinom Evoru na koji je spojen, Evor provjerava irna li poruka, odnosno paket, pogreSaka, te ako je ispravan, poSalje ga do sljededeg Evora, i taj se proces nastavlja sve dok paket ne stigne do odredigta. Ponekad, zbog zauzetosti linkova prema drugim Evorovima pojedini paketi moraju Eekati u spremnicima mreinih Cvorova. Ovisno o stanju u mreii variraju i kaSnjenja u prijenosu s kraja na kraj mreie (end-to end delay). Karakteristike i-tog linka opisuju se intenzitetom nailazaka paketa -

4,

prosjeEnom duljinom paketa b te brzinom prijenosa linka Ci. PrirnijenivSi model posluiivanja sa Eekanjem, moie se odrediti prosjeEno vrijeme zadriavanja paketa na linku 7;:. Za mreiu u cijelosti potom izraEunavamo srednju vrijednost vremena kaSnjenja paketa u mreii T:

T = {srednje vrijeme zadrzavanja informacijske jedinice u mrezi). To je, dakle, ukupno prosjeEno vrijeme zadriavanja paketa u rnreii za bilo koju komunikaciju. Vrijeme kaSnjenja opdenito ovisi o mnogo razliEitih Einitelja, posebno o topologiji mreie, ulaznom prometu, kapacitetima grana i o primijenjenom naEinu preusmjeravanja, sliEno kao vjerojatnost gubitaka kod komunikacije primjenom komutacije kanala.

ATM komutacija Razvoj tehnoloSkih rjeSenja omoguCio je princip komutacije koji objedinjuje dva navedena osnovna principa, pa ga moiemo nazvati brzom komutacijom kanala ili brzom komutacijom paketa. Informacijska jedinica je delija Eija je osnovna struktura prikazana na S1. 1.28 (Kos et al. [1999]). Oznake u zaglavlju Celije omoguCuju samostalno kretanje delija mreiom, jednako kao i njihovo

1. Temelji arhitekture mreia

grupiranje u veke pakete, kanale i putove kroz mreiu. U komutacijslum se EvoriStima obavlja obrada usmjeravajukih adresnih informacija bilo pojedinaeno ili grupno, no za to je potrebno zaustaviti Celije u spremnicima. Spremnici mogu biti na ulazu ili izlazu iz komutacijskog EvoriSta, ili i jedno i drugo, kako je to prikazano na S1. 1.29. 4

8

16

3

GFC

VPI

VCI

PT

1

CLP

8

384

HEC

Data I

Zaglavlje: 5 okteta

GFC-Generic Flow Control VPI- Virtual Path Identifier VCI- Virtual Circuit Identifier

-

bit

Podad: 48 oweta

PT - Payload Type CLP - Cell Loss Priority HEC - Header Checksum Control S1. 1.28 ATM Celija TDM

mm ulazni spremnici

d "switching fabric"

spremnici

filtri

izlazni spremnici

komutacija s izlaznim spremnicima

komutacija s ulaznim spremnicima

S1. 1.29 ATM komutacija

Mreia na principima ATM komutacije kao kriterije vrednovanja svojstava primjenjivat Ce i vjerojatnosti gubitaka i kaSnjenje informacijskih jedinica u mreii.

1.4.3. Vrednovanje svojstava mreie i kvaliteta usluge U proceduri analize i sinteze informacijskih mreia sudjeluje velik broj razliEitih eksplicitnih i implicitnih varijabli, kao Sto su kapacitet prijenosa, procedura komutacije, procedura usmjeravanja, topologija mreie, kapacitet Evora, sklopovska i prograrnska konfiguracija komutacijskih procesora, oblikovanje

1.4. Komunikacija u mreii

informacijskih jedinica itd. Na razini analize makrostrukture informacijske mreie glavni nam je interes analiza ponaSanja informacijskih tokova, pa ne ulazimo u programsku i sklopovsku strukturu EvoriSta. Razmotrimo osnovne parametre mreie prerna S1. 1.30. Vanjski tok yjk usmjerava se preko M transrnisijskih grana, tako da kroz i-tu granu protjeEe tokAi (i=1,2,. ..M). Svi M

z&

. Pretpostavimo da i=l je cijena izgradnje i-te grane kapaciteta Cizadana funkcijom di(Ci ) , opCenito tokovi grana, zbrojeni tvore unutraSnji tok mreie: A =

ovisnom o veliEini kapaciteta mjerenom novCanim jedinicarna. S DI prikazat Cemo cijenu cjelokupne mreie, koja u sebi sadrii samo cijenu prijenosnih putova (cijena komutacijskih EvoriSta u ovom razmatranjy moie se ukljuEiti u M

cijenu prijenosnoga puta), pa izlazi:

DZ =

di(ci) vrijednosnih jedinica.

-------------------i=l

S1. 1.30 Model za analizu komunikacijskih svojstava rnreie

Definicija kriterija po kojemu provodimo vrednovanje svojstava komunikacijske rnreZe ovisi o prirnijenjenom postupku komutacije. Kriterij za vrednovanje svojstava definiramo sa stajaliSta korisnika. NajEeSCe primjenjivan kriterij za vrednovanje svojstava mreie s komutacijom kanala srednja je vrijednost gubitaka rnreie ili vjerojatnost blokiranja PB .

1. Temelii arhitekture mreia

UzevSi u obzir prije opisano funkcioniranje komuniciranja komutacijom paketa, definiramo najCeSCe primjenjivani kriterij za vrednovanje svojstava mreie. To je srednja vrijednost vremena kaSnjenja u mreii T. Ne ulazedi ovdje u kvantificiranje utjecaja pojedinih parametara mreBe na komunikacijska svojstva, razmotrimo kvalitativno utjecaj vanjskoga toka na vjerojatnost gubitaka i vrijeme kaSnjenja uz konstantne ostale parametre. S1. 1.31 pokazuje da su to nelinearne funkcije. Kriteriji vrednovanja Sto ih postavlja korisnik zadaju se u obliku maksimalnih vrijednosti vjerojatnosti gubitaka PB ili vremena kaSnjenja Tma, , time je ogranieen maksimalni ulazni tok

,,,

y

* koji se uz postavljene kriterije moie prenijeti mreiom.

S1. 1.31 Vjerojatnost gubitaka i vrijeme kaSnjenja

U daljnjim Cemo se razmatranjima usmjeriti na tri osnovna moguCa skupa slobodnih parametara: prvi je skup kapaciteta prijenosnih grana {c~}, i = 1,2,...,M , drugi je skup unutarnjih tokova {ai}, i = 1,2,..., M , treCi skup Cine grane koje odreduju topologiju mreie TO. Sva tri parametra mogu se razliEito varirati u postupku projektiranja pa se na taj naEin mogu poboljSavati komunikacijska svojstva mreie. Napominjemo ovdje da je problem opCenitog optimalnog projektiranja bilo koje realne mreie vrlo teiak, no sloienost se pojednostavnjuje ako problem svedemo na jednodimenzionalni: minimizirati kriterij svojstava gubitaka PB ili kaSnjenja T. Takav pristup omoguiuje nam da dodemo do nekih kvalitativnih stavaka koji se odnose na parametre mreie i kriterije njezinih svojstava. Svaki problem optimizacije povezan je s odredenim ograniEenjima s obzirom na cijenu. Tako imamo mjeru za ocjenu svojstava rnreie PB ili T , ogranicenje cijene DI i i TO.Probleme koji se razmatraju tri varijabilna skupa parametara: {A~},{ci} kod analize i sinteze moiemo svrstati u Eetiri skupine optimizacijskih problem koji se razlikuju samo po izboru skupa slobodnih projektnih parametara. U

1.4. Komunikaciia u mreii

svakom od tih problema moraju se eksplicitno ili implicitno zadati polazni podaci: postupak komutacije, lokacije EvoriSta, vanjski prometni tok { y j k }, cijena prijenosnih grana d i ( C i ) , ukupna cijena DI te prosjeEna duljina -

informacijske jedinice b za razmatranu vrstu komunikacije. Kod svakog postupka mora biti zadovoljen kriterij da tok u svakoj grani bude manji od njezinog kapaciteta. PromatrajuCi mreiu kao strukturu koja daje usluge korisnicima, na osnovi njezinih parametara moramo odrediti kvalitetu usluge (QoS Quality of Service). Kvaliteta usluge i pojmovi koji je opisuju (QoS parametri, QoS mjerenja i QoS upravljaEki mehanizmi) predstavljaju bitne elemente pruianja razliEitih usluga. Osnovna arhitektura mreie koja daje sloiene usluge sastoji se od razliEitih dijelova koji sudjeluju u oblikovanju ukupne usluge. Pritom komunikacijska svojstva sudjeluju u kvaliteti usluge s kraja na kraj. RjeSenja i procedure vezane uz QoS potrebno je jedinstveno promatrati na osnovi elemenata koji ga odreduju. Kvaliteta koja se osigurava u mreii koja integrira razliEite vrste informacija (slika, podatak, glas), glavna je znaEajka za ocjenu svojstava mreie. Upotrebom ATM (Asynchronous Transfer Mode) ili IP (Internet Protocol) naEina prijenosa, sve se vrste informacija stavljaju u zajedniEke informacijske jedinice (Celije ili pakete) koje koriste zajedniEke mreine resurse na transportnom putu, pa stoga na odredenim mjestima moie doCi do gornilanja. Kvaliteta usluge odreduje se elementima: vrsta prometa, upravljanje prihvatom poziva, rezervacija resursa, rasporedivanje paketa, usmjeravanje virtualnih kanala. Postupci koji se primjenjuju na tim elementima imaju dvije glavne zadaCe: izbjeCi gomilanja (zagus'enja) u mreii, ako se zaguSenje dogodi, reagirati takvim akcijama koje Ce u prihvatljivom vremenu eliminirati zagus'enje. Kada se u mreii prihvati poziv (veza), skup resursa koji taj poziv koristi ostaje nepromijenjen za najveCi period trajanja komunikacije. Pri prihvatu poziva zakljuEuje se izvjestan ugovor koji garantira kvalitetu veze: gubitak Celija (paketa), kaSnjenja i kolebanje kagnjenja, dok god veza zadovoljava dogovorene parametre: vrSnu brzinu i duljinu snopova. Kvaliteta usluge jest pojam koji se Eesto koristi, ali se moie tumaEiti na razliEite naEine. Vaino je napomenuti da kvaliteta usluge opisuje naEin na koji je usluga pruiena, a ne funkcionalnost koju ta usluga posjeduje. Za razliku od performansi mreie (network performance), kvaliteta usluge ukljucuje i glediSte krajnjeg korisnika u proces vrednovanja kvalitete ukupne pruiene usluge.

1. Temelji arhitekture mreia

Postoje razliiiiti naiiini na koje se QoS moie definirati, promatrati i vrednovati (Sl. 1.32). NajSire je podruiije ispitivanje korisnikovog doiivljaja i zadovoljstva dobivenom uslugom. Korisnikovo zadovoljstvo uslugom ovisi o nizu subjektivnih Cimbenika koji se ne mogu modelirati objektivnim metodama. Korisnik ima odredena oiiekivanja s obzirom na kvalitetu usluge, bez posebnog znanja o tehniCkim pojedinostima vezanim uz uslugu.

S1. 1.32 Kvaliteta usluge

GlediSta korisnika i davatelja usluga objedinjuju se u sporazum koji definira Sto, kada i kako je svaka strana obvezna uCiniti u procesu koriStenjaJpruianja usluge. Takav dokument opisuje razlicite aspekte usluge (opis usluge, opis korisnikovog ponaSanja, QoS, ...), ali ne postavlja uvjete i odgovornosti strana u sporazumu. PodruCje uie od sporazuma jest ugovor izmedu korisnika i davatelja usluge s odredenim granicama i fonnalno-pravno reguliranim pitanjima vezanim uz uslugu i njezinu kvalitetu. Problem kvalitete usluge razmatra se u materijalima raznih organizacija: ISOOSI, ITU-T, ETSI, EURESCOM. QoS parametri su varijable koje kvantitativno opisuju kvalitetu usluge. Oni imaju viSestruku vainost: za korisnika - omoguCuju mu uvid u kvalitetu usluge pruiene od strane davatelja usluga i na toj osnovi korisnik moie izabrati najpovoljnijeg davatelja, za davatelja usluga - pri nastupu prema korisniku u svim fazama od ponude do koriStenja usluge, za dimenzioniranje rnreie - sukladno potrebama korisnika i procijenjenom prihodu koji davatelj usluge moie ostvariti pruianjem traiene kvalitete usluge.

1.4. Komunikacija u mreii

Moiemo zakljutiti da je kvaliteta usluge vrlo vaian Eimbenik o kojem treba voditi raCuna u cijelom iivotnom ciklusu mreie; od razvoja, projektiranja, i izvedbe do odriavanja i koriStenja.

Literatura BURDN. 1997. The ISDN Subscriber Loop. Chapman & Hall, London. COUCH,L. W, 2001. Digital and Analog Communication Systems. 6.izdanje, Prenitce Hall, Upper Saddle River. GRAVANO, S. 2001. Introduction to Error Control Codes. OXFORD University Press. HAYKIN,S. 2001. Communication Systems. 4. izdanje, John Wiley & Sons, New York. KLEINROCK, L. 1976. Queueing Systems. Volume 2: Computer Applications. John Wiley & Sons, New York. 1999. Uvod u ATM. 3. izdanje, MIPRO, Opatija. Kos, M, A. BA~ANT. LOVREK,I. 1995. Telekomunikacije i informatika, Odabrana poglavlja, I dio. Hrvatsko druStvo za telekomunikacije, Zagreb. LOVREK,I. 1995. Telekomunikacije i informatika, Odabrana poglavlja, II dio. Hrvatsko druStvo za telekomunikacije, Zagreb. SCHWARTZ, S. A, M. SCHWARTZ. 1990. Information Transmission, Modulation and Noise. 4. izdanje, McGraw-Hill, New York. SINKOVIC, V. 1994. Informacijske mreie. Skolska knjiga, Zagreb. SINKOVIC, V. 1997. Informacija, simbolika i semantika. Skolska knjiga, Zagreb. STALLINGS, W. 1999. Data and Computer Communications. 6. izdanje, Prenitce Hall, Upper Saddle River. STALLINGS, W. 1990. Handbook of Computer-Communications Standards, Volume 1. 2. izdanje, SAMS, Carmel. TANENBAUM, A. W. 1996. Computer Networks. 3. izdanje, Prenitce Hall, Upper Saddle River.

Branko Mikac

2. Transmisijske mrefe

Transmisijska ili prijenosna telekomunikacijska mreia je skup prostorno distribuiranih i povezanih transmisijskih sustava Eiji je zadatak prenijeti ponudenu koliEinu informacija, zahtijevane kvalitete na traienu udaljenost uz Sto manju cijenu. Transmisijska se mreia moie opisati i kao skup transmisijskih Evorova i linkova koji na fiziEkoj razini povezuju krajnje korisnike s komutacijskim Evorovima u pristupnoj mreii, te komutacijske Evorove medusobno u jezgrenoj mreii.

2.1. Razvoj transmisijske mreZe Za razumijevanje suvremene transmisijske mreie i njezinog razvoja korisno je upoznati se s dosadaSnjim razvojem. To je posebno vaino zbog Einjenice da je kod svakog napretka u ~Einkovitostiprijenosa koji je proizaSao kao rezultat postepenog ili skokovitog razvoja tehnologije, teorije i organizacije mreie, trebalo voditi raEuna o kompatibilnosti "novih" sustava sa "starim". U svakom periodu vremena postoji koegzistencija starih i novih sustava i standarda. Pitanje standarda u podruEju prijenosa postavilo se vet u ranim godinama razvoja. Driave su dragovoljno prihvadale preporuke medunarodnih organizacija i pretakale ih u nacionalne obvezne norme, jer su jedino zajedniEki standard i standardni uredaji omogudavali uspjeSnu komunikaciju izmedu udaljenih korisnika. Prva medunarodna konvencija o telegrafskom prometu potpisana je 1865.g., a o telefonskom 1885.g. Globalna organizacija za telekomunikacijske standarde pod nazivom CCITT (Consultative Committee for International Telephony and Telegraphy) osnovana je 1956.g. kao dio posebne agencije Ujedinjenih naroda ITU (International Telecommunication Union). Godine 1993. ITU je transformiran u 3 sektora: ITU-T sektor za telekomunikacijske standarde, ITUR sektor za radiokomunikacije i ITU-D sektor za razvoj. Na europskoj razini osnovan je 1959.g. CEPT (ConfCrence EuropCenne des Administrations des Postes et des TClCcommunications), a od 1988.g. kao slijednik CEPT-a na

2. Transmisijske mreie

podruEju standarda djeluje ETSI (European Telecommunications Standards Institute). DinamiEan razvoj telekomunikacija uslijedio je tek primjenom metalnih vodiEa kao medija i elektriEne struje kao nosioca informacije. Prvi transrnisijski linkovi koristili su se za prijenos telegrafskog (digitalnog) signala od toCke do toEke i to, zbog Stednje, jednim metalnim vodom uz zatvaranje strujnog kruga preko zemlje (Morse 1837.). VeC se u tom razdoblju postavilo pitanje moguCnosti viSestrukog iskoriStenja prijenosnog medija, pa je koriSten prijenos vedeg broja telegrafskih kanala vremenskim multipleksiranjem, tj. uvjeibani telegrafisti su naizmjence koristili svoj dio raspoloiivog vremena za prijenos poruka (Baudoov telegraf).

2.1 .l. Prijenos govora Prijenos govora pomoCu telefona otvorio je put razvoju telefonske mreie, s uslugom koja je i danas dominantna u telekomunikacijskoj rnreii (Bell 1876.). Na ialost, mogudnosti analognog prijenosa analognog signala govora na velike udaljenosti, u odnosu na robusni digitalni telegrafski prijenos, bile su ogranicene time Sto se elektriEni signal, koji je u svakoj svojoj amplitudi sadriavao izvornu govornu infonnaciju, tijekom prijenosa nepopravljivo degradirao zbog frekvencijski ovisnog priguSenja na metalnom vodu te smetnji iz okoline ili zbog elektromagnetske interferencije drugih vodova. LoS odnos korisnog signala i Suma koji sadrii objedinjene sve komponente distorzije signala utjeEe na kapacitet i domet analognog kanala.

Standardni telefonski kanal GraniEne frekvencije i Sirina spektra standardnog telefonskog (govornog) kanala (Sl. 2.1) koji se koristi u suvremenim transmisijskim sustavima odredeni su kao kompromis izmedu kvalitete prijenosa (definirane razumljivoSCu govora), cijene i Sirine prijenosnog pojasa. Iako je danas cijena po jedinici spektra drasticno manja nego u vrijeme standardizacije telefonskog kanala, Sirina spektra se od tog doba nije rnijenjala zbog kontinuiteta i kompatibilnosti izmedu starijih i novih transmisijskih sustava, ali najviSe zbog toga Sto standardni telefonski kanal i danas omoguCuje zadovoljavajuCu razumljivost. Govorni kanal vise kvalitete, tj. visoke razumljivosti, ali i visoke vjernosti, ili kanal za prijenos glazbe visoke vjernosti, moie se danas tehniCki realizirati proSirenjem spektra signala i poveCanjem dinarnike. S druge strane, operatori nude korisnicima na izbor i govorne kanale loSije kvalitete od standardnih, po principu "manja kvaliteta - manja cijena". Telefonski kanal Sirine spektra 300 - 3.400 Hz treba pri prijenosu osigurati razumljivost veCu od 90 %. Spektar je ograniEen odozdo na 300 Hz:

2.1. Razvoi transmisiiske mreie

da bi se u kanalu eliminirao frekvencijski pojas koji u govoru ionako nije znaEajno zastupljen; zbog smetnji koje u kanalu mogu izazvati parni harmonici napona elektricne mreie (50 Hz). Spektar je ograniEen odozgo na 3.400 Hz: jer ova graniEna frekvencija predstavlja kompromisno rjeSenje izmedu razumljivosti govora i Sirine spektra. Naime, proSirenje spektra iznad 3.400 Hz poveCava troSkove prijenosa a ne doprinosi bitno razumljivosti, dok bi se suiavanjem spektra kanala ispod 3.400 Hz eliminirali iz govora formanti samoglasnika koji zbog uEestalosti pojavljivanja i visokog postotka ukupne snage govora bitno utjeEu na razumljivost. Hipotenuza trokuta u oznaci kanala oznaEava poloiaj niiih u odnosu na vise frekvencije u kanalu. Za kanal u osnovnom pojasu poloBaj frekvencija je oEit, ali ne i nakon translacije kanala. U tom sluCaju usmjerenje trokuta oznaEava radi li se o odabranom donjem ili gornjem boEnom pojasu, odnosno jesu li frekvencije u multipleksiranom signalu u normalnom ili inverznom poloiaju. ?0,3

0

3.4 k ~ z

1

2

3

4

f [kHz]

S1.2.1 Standardni telefonski kanal

2.1.2.

Multipleksni sustavi

Na S1. 2.2 dan je pregled razvoja multipleksnih sustava u koordinatama prostora, frekvencije i vremena. Multipleksni sustavi koji imaju veliku primjenu, kao npr. TDM, WDM i OTDM, detaljnije se obraduju u ovom poglavlju. Multipleksiranje u prostoru je trivijalno multipleksiranje kako u elektriEnoj, tako i u optiEkoj domeni ((0)SDM - (Optical) Space Division Multiplexing). PoveCanje kapaciteta postize se poveCanjem broja elektriEkih, odnosno optiEkih vodova. (0)SDM se Eesto koristi da bismo ostale sustave multipleksiranja mogli usporediti s njim po performansama i cijeni. Prvi znacajniji elektriEni multipleksni sustavi realizirani su u frekvencijskoj domeni (FDM - Frequency Division Multiplexing), Sto se kasnije ponovilo i u optiEkoj domeni OFDM, ili izraieno u valnoj domeni kao WDM (Wavelength Division Multiplexing). Najrasprostranjeniji multipleksni sustav u elektriEnoj domeni je onaj s

2. Transmisiiske mreie

vremenskim multipleksiranjem TDM (Time Division Multiplexing). Ono se primjenjuje gotovo kao iskljuCivi pritok u optiCku domenu. OptiCko vremensko multipleksiranje OTDM (Optical Time Division Multiplexing je jedan od postupaka koji ima perspektivu, ali zasad gubi bitku s valnim multipleksiranjem. U optiEkoj domeni sve veCu primjenu ima multipleksiranje s kodnom podjelom CDMA (Code Division Multiple Access), kao kombinacija vremenskog i frekvencijskog multipleksiranja. U optickoj domeni postoji moguCnost realizacije multipleksiranja pritoka s obzirom na ravnine polarizacije u svjetlovodnoj niti PDM (Polaristion Division Multiplexing), pod uvjetom da se nakon propagacije optiEkog signala svjetlovodnom niti mogu razluEiti prvobitne osi polarizacije. frekvencija foi=DM

CDMA

= wDM

/ prostor

vrijeme

S1. 2.2 Pregled multipleksnih sustava

Multipleksiranje s frekvencijskom podjelom (FDM) Razvoj elektriEne, a posebno elektronicke tehnologije pojavom elektronskih cijevi, omoguCio je u 30. godinama 20. stoljeCa primjenu multipleksiranja s frekvencijskom podjelom (frekvencijsko ili analogno multipleksiranje) (FDM) Primjena elektroniEkih pojaEala omoguCila je poveCanje dometa. Na ialost, poveCanje dometa bilo je ograniEeno zbog Einjenice da se pomoCu pojaEala ne moie popraviti odnos signala i Suma. Sa svakim novim pojaEalom u kaskadi odnos signala i Suma je sve loSiji. Postoji graniEni broj pojaEala u kaskadi, a time i ograniEen domet. Zanirnljivo je da se problem ograniEenog dometa kod analognog elektriEnog prijenosa danas ponavlja u optiEkom prijenosu zbog akumulacije optiEkog Suma. Sustavi multipleksiranja s frekvencijskom podjelom temelje se na transpoziciji spektra signala iz osnovnog u viSi "slobodni" pojas pomoCu amplitudne modulacije (AM - Amplitude Modulation) (Sl. 2.3). Svaki od boEnih pojaseva (donji i gornji) amplitudno moduliranog signala sadrii potpunu izvornu informaciju, tako da se zbog uStede na frekvencijskom

2.1. Razvoi transmisiiske mreie

pojasu moie koristiti samo jedan od njih. Nosilac kod amplitudne modulacije sadrii velik postotak ukupne snage AM signala, ali ne i izvornu informaciju, osim informacije o njegovoj frekvenciji. AM nosilac se namjerno potiskuje primjenom balansne AM i time poveCava udio snage korisne informacije. Na prijemnoj se strani nosilac mora lokalno generirati radi inverzne transpozicije (amplitudne demodulacije) u osnovni pojas. Razmak izmedu transponiranih kanala treba biti takav da omoguCuje primjenu filtara (pojasni propust) s konaEnom strminom na takav naEin da onemoguCi presluSavanje izmedu kanala. OSNOVNI POJAS

0 0,3

j

3,4 B=4 kHz

I I

TRANSPONIRANI POJAS

f, fn+0,3

i i

f [kHz]

fn+3,4 f,+B

S1.2.3 Multipleksiranje s frekvencijskom podjelom (FDM)

Multipleksiranje s vremenskom podjelom (TDM)

-

RjeSenje problema poveCanja dometa i kapaciteta prijenosa postignuto je primjenom prijenosa digitalnog signala, tj. signala koji sadrii informaciju u diskretnim vrijednostima amplitude (binami, ternarni signal itd.) i vremena. Sto je manji broj amplituda (dinamika) u prijenosnom signalu, moie se postiCi bolji odnos signala i Suma i veda otpornost signala na izobliEenja. 1932.g. patentirana je pulsno - kodna modulacija (PCM - Pulse Code Modulation), postupak pretvorbe analognog signala (govora) u digitalni radi prijenosa i rekonstrukcije izvornog analognog signala. Signali u digitalnom (binarnom) obliku omoguduju primjenu vremenskog multipleksiranja veCeg broja pritoka. Time je otvorena era multipleksnih sustava s vremenskom podjelom (TDM), koja je u elektriEnoj domeni ostala dominantna sve do danas. Princip PCM-a u vrijeme patentiranja nije bilo moguCe uEinkovito implementirati, jer je to s tadaSnjom tehnologijom elektroniekih sklopova bilo presloieno i skupo. Tek je razvoj tehnologije poluvodiEa omoguCio njegovu komercijalnu primjenu. Razvojem poluvodiEke tehnologije, a posebno integriranih logickih sklopova, neprestano se poboljSavao odnos gustoCe pakiranja i disipacije snage sklopova. Porast pouzdanosti i smanjenje cijene direktno su utjecali na komparativnu prednost digitalnog prijenosa u odnosu na analogni, i to najprije na manjim udaljenostima, a zatim i na vekim. Digitalni se prijenos koristi najprije u prijenosu od toEke do toEke (point-to-point) kao zamjena za analogni prijenos i

2. Transmisiiske mreie

to prvenstveno radi vremenskog multipleksiranja, a potom i radi poveCanja dometa. ElektriEni digitalni prijenos omoguCuje praktiEki neograniCen domet u globalnim okvirima uz kvalitetu po volji, jer ima moguknost potpune regeneracije signala (pojaCanje, oblikovanje i vremensko uskladivanje signala) Sto opisuje sintagma 3R (re-amplification, re-shaping, re-timing). S druge strane, digitalni prijenos nije povedao razmak izmedu regeneratora signala u odnosu na razmak pojaCala kod analognog prijenosa, tako da elektrii-ni digitalni link i dalje sadrii velik broj sloienih regeneratorskih uredaja s daljinskim napajanjem, koji su smjeSteni na lokacijama nepovoljnim za odriavanje. Novorazvijeni analogni i digitalni poluvodiCki sklopovi omogudili su vedu brzinu obrade signala, te su uz nove izvedbe telekomunikacijskih kabela povedavali brzine prijenosa digitalnih transmisijskih sustava. Medutim, nepremostivo ograniEenje sadriano je u Einjenici da priguSenje elektriEnog signala na metalnom vodu raste proporcionalno s korijenom iz frekvencije. Uvodenje digitalne prostorno - vremenske komutacije u komutacijskoj mreii, odnosno digitalnog prospajanja u transmisijskoj mreii, znaEi prijelaz s digitalnog prijenosa od toEke do toEke na razvoj digitalne transmisijske mreie. U analognom "telekomunikacijskom moru" Sire se "digitalni otoci", s digitalnom transmisijom i komutacijom, da bi u devedesetim godinama taj proces praktiEki zavrSio potpunom digitalizacijom transmisijske rnreie.

2.1.3.

Kornparativna analiza prije~iosni h metoda

-

Analogni digitalni Prednosti primjene digitalnog prijenosa u odnosu na analogni mogu se saieti na sljedeke: praktiEki neograniEen domet uz kvalitetu po ielji; jedinstven format za sve vrste izvornog signala i mogudnost integracije telekomunikacij skih usluga; primjena digitalnih logiEkih sklopova; integracija digitalnog prijenosa i komutacije. Nedostatak primjene digitalnog prijenosa u odnosu na analogni je u: veCoj Sirini potrebnog frekvencijskog spektra, uz ogradu da je digitalni prijenos moguCe ostvariti loSijom kvalitetom, odnosno jeftinijim vodovima.

Potpunoj prevlasti digitalnog prijenosa osobito je pridonio prelazak s elektricnog na optiEki digitalni prijenos. Revolucionarni skok u poveCanju ~Einkovitostiprijenosa dogodio se u trenutku kada je proizvedena svjetlovodna

2.1. Razvoj transmisiiske mreie

nit s priguSenjem od oko 20 dB/krn, Sto je bilo usporedivo s priguSenjem metalnog voda na niskim frekvencijama, a joS vise kada je postignuto priguSenje svjetlovodne niti < 1 dB/km. Malo optiEko priguSenje omogukilo je drastiEno povekanje dometa optiEkog linka bez koriitenja aktivnih optiEkih komponenti izmedu optiEkog predajnika i prijemnika. Primjena optiEkih pojaEala s dopiranom niti (npr. s dopandom erbijem (EDFA - Erbium Doped Fibre Amplifier) multiplicirala je domet u optickoj domeni do prekooceanskih udaljenosti s razmacima izmedu pojaEala S od 50 do 100 km. OgraniEenje udaljenosti (prijenosnog dometa L), odnosno brzine optiEkog prijenosa (B) izraiava se umnoSkom brzine prijenosa i udaljenosti (BxL), koji je konstantan na nekom stupnju razvoja optiEke tehnologije. Godine 2002. konstanta iznosi pribliino:

BxL=10.000 Tbitlsxkm. Iako su pojedinaEni uredaji optiEkog sustava prijenosa i dalje skuplji od onih elektriEnih, njihov manji broj i veliki kapacitet prijenosa daju vrlo povoljnu cijenu po pojedinaEnom kanalu, odnosno jedinici prijenosnog spektra. Teorijske granice iskoriStenja kapaciteta optiEkog prijenosa joS nisu dosegnute, a vide se i praktiEke moguCnosti daljnjeg poveCanja. Prednost primjene elektricnog digitalnog prijenosa u odnosu na optiEki na sadaSnjem stupnju je razvoja u sljedeCem: potpuna regeneracija signala (3R), omoguCuje praktiEki neograniEen .. . prijenosni domfi;u-zu kvalitetu prijenosa za izvorno analogni ili digitalni izvor informacija. Ova prednost elektriEnog prijenosa neCe jog dugo opstati, jer se oEekuje komercijalna primjena optiEke 3R regeneracije. Nedostaci primjene elektriEnog digitalnog prijenosa:

0.

veliko priguSenje signala na elektriEnom vodu: a = Brzina prijenosa odnosno Sirina pojasa prijenosa ograniEeni su zbog velikog priguSenja signala; mali razmak regeneratora (nekoliko kilometara); ograniEena brzina elektronike na oko 10 GHz, s tendencijom prema 40 GHz. ElektroniEki digitalni sklopovi ograniEavaju brzinu obrade signala u Evorovima digitalne transrnisijske mreie; u kaskadi digitalnih dionica akumulira se treperenje faze (jitter) i uEestalost pogreSke (BER - Bit Error Ratio). Ukoliko je BER bolji od nekog praga, izvorni signal se moie obnoviti. Kvaliteta u tom sluEaju ovisi samo o krajnjim uredajima. BER se moie smanjiti zaStitnim kodiranjem. Prednosti primjene svjetlovodne niti i optiEkog prijenosa u odnosu na elektriEni su sljedeke: Sirokopojasni prijenos;

2. Transmisiiske mreie

veliki potencjjalni kapacitet; manje priguSenje: kod 1550 nm oko 0,2 dB/km; veliki razmak regeneratora: - 100 krn; manji volumen i teiina - manji troSkovi skladigtenja, transporta i instalacije - pogodan za primjenu u avionima, satelitima i plovilima; nema radijacije u okolinu; nema presluSavanja izmedu niti; visoka imunost na elektromagnetsku interferenciju iz okoline: statiEku interferenciju, elektromagnetske valove (RFI - Radio Frequency Interference), elektromagnetski impuls (EMP - Electro-Magnetic Pulse, ekstremne utjecaje okoline (temperaturne varijacije, eksplozivna atmosfera); manja moguCnost nezapaienog prisluSkivanja; veCa pouzdanost i dulji vijek trajanja (nije u potpunosti dokazano); manji troSkovi po kanalu. Nedostaci primjene optiEkog prijenosa u odnosu na elektriEni su sljedeki: nepotpuna regeneracija u optiEkoj domeni; samo 2R regeneracija (rearnplijication, re-shaping). Zbog nemoguCnosti 3R regeneracije u optiEkoj domeni, domet optiEkog signala je ograniEen, jer se u kaskadi optiCkih dionica akumulira Sum, odnosno kvari se odnos signala i Suma. Umnoiak brzine prijenosa i udaljenosti je ograniten; poveCanje brzine prijenosa moguCe je postiCi smanjenjem udaljenosti prijenosa u optiEkoj domeni, odnosno veCi domet moie se postiCi ako se smanji brzina prijenosa; osjetljivost na vodu i vodenu paru.

2.2. Digitalni prijenos 2.2.1.

Pulsno kodna modulacija (PCM)

Digitalni prijenos govora primjenom pulsno - kodne modulacije (PCM) sastoji se od skupa postupaka na predajnoj i prijemnoj strani, kao Sto je pokazano na S1. 2.4. SliCan postupak primjenjuje se kod pretvorbe i ostalih analognih signala (glazba, slika) u digitalni radi prijenosa, ali i radi obrade ili pohranjivanja u digitalnom obliku. Postupak kompresije pojedinih vrsta analognog signala, koji se temelji na redundanciji pojedinih vrsta informacija s ciljem smanjenja potrebne brzine prijenosa, odnosno veliCine memorije za pohranjivanje, ovdje se neCe razrnatrati.

2.2. Diaitalni ~riienos

1

govor

govor

uzimanje uzoraka

rekonstrukcija

kvantiziranje po amplitudi

dekodiranje

PAMI

kodi ranje

regeneracija

S1. 2.4 Postupci kod digitalnog prijenosa govora

Pretvorba analognog signala izvora u digitalni oblik u predajniku obuhvaka primjenu triju osnovnih principa: uzimanje uzoraka, kvantiziranje i kodiranje uzoraka. Dobiveni pulsno - kodno modulirani signal (PCM signal) moie se razliEitim prijenosnim medijima uz manji ili veCi broj regeneracija i komutacija signala prenijeti do odrediSta (prijemnika), gdje se vrSi pretvorba digitalnog signala u analogni postupcima dekodiranja i rekonstrukcije signala. Kvaliteta rekonstruiranog signala ne ovisi o digitalnom prijenosu, veC o procesiranju signala u krajnjim uredajima ukoliko je uEestalost pogreSaka manja od neke granitne vrijednosti. Odnos signala i Suma (SNR - Signal-to-Noise Ratio) mjeren na prijemnoj strani predstavlja mjeru kvalitete prijenosa, odnosno, u ovom sluEaju, podudarnosti ulaznog i rekonstruiranog signala.

Uzimanje uzoraka Prema teoremu uzimanja uzoraka, moguCe je opisati analogni signal pomoCu vremenski diskretnih uzoraka iz kojih se moie rekonstruirati prvobitni signal bez gubitka informacije pod sljedeCim uvjetima. Signal kojem se uzimaju uzorci treba imati ograniceni spektar. Neka je najvisa frekvencija spektra f,. Frekvencija uzimanja uzoraka f, treba biti jednaka ili veCa od dvostruke vrijednosti f,:

f, =f,. Kod primjene uzimanja uzoraka na govorni (telefonski) signal pretpostavlja se standardni govorni spektar u podrucju 300 - 3400 Hz. BuduCi da u spektru govora postoje i komponente viSe od 3400 Hz, govornom signalu treba

2. Transmisijske mreie

ograniciti spektar prije uzimanja uzoraka pomodu niskopropusnog filtra, da bi bio zadovoljen teorem uzoraka. PraktiCki, zbog konaCne strmine filtra, frekvencija uzimanja uzoraka standardizirana je na 8 kHz.

Kvantiziranje Kvantiziranje je postupak kojim se podruCje kontinuiranih vrijednosti pulsno amplitudno moduliranih signala (PAM - Pulse Amplitude Modulation) transformira u konaEan broj razina, kvantizacijskih intervala, kojima se mogu pridruiiti numeriEke vrijednosti kodirane binarnim kodom. PodruCje svih razina signala naziva se kvantizacijskim poljem. Bududi da se skup svih kontinuiranih razina unutar jednog kvantizacijskog intervala predstavlja jednom jedinom, i to srednjom vrijednoSdu intervala, to je ujedno i vrijednost koja odgovara rekonstruiranoj razini analognog signala. Dakle, postupak kvantiziranja unosi izobliEenje signala koje se naziva kvantizacijskim izobliEenjem ili kvantizacijskim Sumom. Ukoliko je Sirina kvantizacijskog intervala konstantna u cijelom kvantizacijskom polju, rijeE je o jednolikom kvantizacijskom polju, odnosno postupku jednolikog kvantiziranja. Ukoliko je kvantizacijski interval promjenjiv, radi se o nejednolikom kvantizacijskom polju, odnosno postupku nejednolikog kvantiziranja. Jednoliko kvantiziranje uzrokuje loS SIN za male razine signala. Ako se uzme u obzir da je razdioba trenutnih vrijednosti snage govora simetriEno eksponencijalna oko nulte vrijednosti, tj. male razine se pojavljuju EeSCe od velikih, onda loS SIN kod malih razina joS viSe pogorSava ukupnu kvalitetu prenesenog signala. Nejednoliko kvantiziranje trenutne vrijednosti govornog signala koje se provodi na logaritamskoj krivulji (logaritamski A-zakon, A=87.6) omoguCuje poboljSanje S/N na malim razinama na raEun pogorSanja kod velikih razina signala. Zbog eksponencijalne razdiobe govornih razina, poboljSanje S/N na malim vrijednostima ima veCi efekt nego pogorSanje na velikim. U tehniEkoj izvedbi logaritamski se zakon, sloien za implementaciju, aproksimira s 13 linearnih segmenata (13-segmentni A-zakon).

Kodiranje PAM signala Kodiranje kojim se nejednoliko kvantiziran PAM signal po 13-segmentnom Azakonu pretvara u PCM signal, provodi se simetriEnim binarnim kodom od 8 bita, koji se sastoji od predznaka (1 bit), segmenta (3 bita) i razine u segmentu (4 bita).

Dekodiranje PCM signala Dekodiranje PCM signala provodi se na naEin da se 8-bitni komprimirani k6d ekspandira u podrucje od 2'' amplituda, te pomoCu digitalnolanalognog pretvaraEa (DAC - digital-analog convertor) pretvori u PAM uzorke.

2.2. Digitalni prijenos

Rekonstrukcija Rekonstrukcija izvornog signala provodi se propuStanjem PAM uzoraka kroz niskopropusni filtar graniCne frekvencije A12 (S1. 2.5). Odziv filtra na pojedinacni PAM uzorak je funkcija oblika s i n x l x , koja ima vrijednost PAM uzorka u trenutku njegove pojave, dok u trenucima kada se trebaju pojaviti ostali PAM uzorci funkcija ima vrijednost 0. Zbrojem odziva svih pojedinacnih PAM uzoraka dobije se anvelopa, odnosno rekonstruirani izvorni analogni signal, uz pogreSku koja je rezultat kvantiziranja te pogreSku koja je rezultat primjene PAM uzoraka s konaEnom Sirinom impulsa i s ravnim vrhom.

S1. 2.5 Rekonstrukcija analognog signala na niskopropusnom filtru

2.2.2.

Sinkronizacija takta

Digitalnim signalima u uredajima digitalnih transmisijskih sustava upravljaju generatori takta. U najjednostavnijem nacinu digitalnog prijenosa, od toEke do toCke, svaki smjer digitalnog prijenosa moie imati svoj takt koji je odreden taktom predajnika. Na prijemnoj strani takt se dobiva ekstrakcijom takta iz dolaznog signala. Svaki smjer digitalnog linka je izolirani otok s obzirom na frekvenciju takta u odnosu na drugi smjer odnosno druge linkove. Taktovi su u takvom sluEaju u asinkronom odnosu, dakle razliCitih frekvencija (Sl. 2.6).

>T
takt

Pm ekstrahirani takt

S1.2.6 Taktovi u digitalnom linku od toEke do toEke.

2. Transmisijske mreie

Problemi s taktom nastupaju onog trenutka kad se u mreiu uvode digitalni Evorovi koji imaju funkciju prostorno - vremenske komutacije, odnosno vremenskog multipleksiranja pritoka iz razliEitih izvornih Evorova s razliEitim frekvencijama taktova. Moguda su dva rjeSenja: taktovi su asinkroni, ali odstupanja od nominalne frekvencije ne smiju biti veda od definiranog iznosa A$ Zbog ograniEenog odstupanja, odnos izmedu ovakvih taktova naziva se pleziokronim i mreia pleziokronom; svi su taktovi iste frekvencije ili se sinkroniziraju na istu frekvenciju. Mreia je u tom sluCaju sinkrona.

Pleziokroni taktovi Frekvencija takta za pleziokrone pritoke moie se odrediti na sljededi naEin: f(ce>=f(cc,,>+Af x = 1,2;..n Primjer: za brzinu prijenosa B = 2.048 kbit/s ~f=2.048 f5 x 1 0 - ~= 0,1024 kHz

Frekvencija pleziokronog takta varira u granicama f, = 2.048 f0,1024 kJ3z Odstupanje taktova za vrijednosti manje od Af garantira da Ce se mehanizmima prevladavanja razlika u taktovima, kod postupaka multipleksiranja, komutacije i prijenosa, izbjeCi pogreSka u prijenosu. Ako je odstupanje veCe od @, u digitalnom nizu nastupit Ce pogreSka nazvana Mizanje (slip), tj. izbacivanje ili ponavljanje bita u nizu. Jedna od neposrednih posljedica klizanja bita jest gubitak sinkronizma okvira, jer se sinkrokombinacije vise ne pojavljuju na oCekivanom mjestu u nizu. Ako se uzme u obzir vrijeme resinkronizacije (oko 500 ps za prijenos 2,048 Mbit/s), onda je gubitak informacije pun0 veCi od jednog izgubljenog/ponovljenog bita (488 ns).

Sinkroni takt Sinkronizam taktova u mreii postiie se na dva osnovna naEina (Sl. 2.7): zavisnom sinkronizacijom ili uzajamnom sinkronizacij om. Kod zavisne sinkronizacije svi taktovi u sinkronoj mreii potjeEu od glavnog oscilatora (master) primjerene toEnosti. Sustav zavisne sinkronizacije je jednostavan i stabilan, pogodan za zvjezdastu strukturu mreie, ali i nepouzdan. Kvar glavnog oscilatora ili gubitak komunikacije s njim znaEe potpuni, odnosno

2.3. Pleziokrona diaitalna hiierarhiia (PDHI

djelomiEni ispad sinkrone mreie. U tablici 2.1 navedeni su standardi frekvencije koji se koriste u sinkronoj digitalanoj mreii. Tablica 2.1 Standardi frekvencije u sinkronoj digitalnoj mreii Standard

ToEnost (Af/fi-1dan)

Relativna cijena

cezij

10.1~

100

rubidij

10.'~

10

kvarc

10.'~

1

zavisna sinkronizacija

uzajamna sinkronizacija

S1. 2.7 Sinkronizacija u sinkronoj mreii

Kod uzajamne sinkronizacije svaki od Evorova sadrii vlastiti kontrolirani oscilator. Svaki od oscilatora distribuira svoj takt ostalim Evorovima u mreii. U regulacijskom procesu kontrolirani oscilatori mijenjaju frekvenciju, sve dok se razlika izmedu vlastite i ostalih frekvencija ne svede na nulu. U tom su trenutku svi taktovi u mreii sinkroni. Prednost je ovakvog naCina sinkronizacije u pouzdanosti. Ispad jednog ili viSe Evorova ne znaEi ispad mreie, jer se sinkronizam uspostavlja na nekoj novoj frekvenciji izmedu Evorova koji su preostali. Topologije mreia koje se koriste su proizvoljne. Nedostatak uzajamne sinkronizacije jest u kompleksnosti regulacijskog postupka, odnosno u veCoj nestabilnosti frekvencije.

2.3. Pleziokrona digitalna hijerarhija (PDH) Na temelju binarnog oblika razliEitih izvora informacija i njihovog vremenskog multipleksiranja, te pleziokronog odnosa izmedu frekvencije taktova digitalnih pritoka koji ulaze u vremenski multipleksor, razvijala se multipleksna

2. Transmisijske mreie

hijerarhija, pleziokrona digitalna hijerarhija PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy). PDH je definirana brzinom prijenosa na razliEitim razinama, te multipleksnim faktorom (x) koji definira broj pritoka koji sudjeluju u vremenskom multipleksiranju. PDH se od samog poCetka razvijala u dva, a zatim u tri pravca. U Sjedinjenim Driavama i Japanu osnovna je razina hijerarhije ona brzine prijenosa 1,544 Mbit/s (Tablica 2.2). U Europi, gdje je razvoj digitalne hijerarhije zapoCeo kasnije, osnovna brzina prijenosa je 2,048 Mbit/s. Medutim, sve tri hijerarhije su standardizirane prema ITU-T preporukama G.702. Tablica 2.2 Standardi u pleziokronoj digitalnoj hijerarhiji (PDH)

2.3.1.

Hijerarhijska razina E l (2 Mbitls)

Osnovna vremenska jedinica standardnog sustava s vremenskim multipleksiranjem i prvobitnom namjenom za prijenos govornih kanala kodiranih pulsno - kodnom modulacijom, jest vremenski okvir od 125 ys, Sto odgovara intervalu uzimanja uzoraka govornog signala, odnosno reciproEnoj vrijednosti frekvencije uzimanja uzoraka od 8 kHz (Sl. 2.8). Brzina prijenosa za europski standard multipleksiranja E l od 30 govornih kanala ili 31 podatkovni kanal, odnosno 32 vremenska intervala (v.i.), iznosi 2.048 kbit/s = 8 kHz x 8 bita x 32. To je ujedno i prva razina PDH. Za potrebe prijenosa govora, u Europi kodiranog pomodu 13-segmentnog Azakona, odnosno za prijenos podataka, koriste se kanali u vremenskim intervalima 1-15 i 17-31. Svaki se kanal sastoji od okteta (znaka) od 8 bita Sto omoguduje brzinu prijenosa od 64 kbit/s. Svaka govorna razina jednoznaEno je odredena simetriEnim binamim kodom koji sadrzi predznak f,segment (a, b, c) te razinu unutar segmenta (x, y, z, w). Za potrebe sinkronizacije okvira prenosi se sinkrokombinacija okvira FAS (Frame Alignment Sequence) od 7 bita (0011011) i to u svakom drugom (pamom) okviru u v.i. 0, na pozicijama bita od 2 do 8.

2.3. Pleziokrona digitalna hijerarhija (PDH)

Bitovi u neparnom okviru, v.i. 0, u kojem se ne prenosi sinkrokombinacija NFAS (Non Frame Alignment Sequence), imaju sljedeku namjenu. Bit 1 neparnog okvira (zajedno s bitom 1 parnog okvira), oznaCeni na slici sa S, najEeSke se primjenjuju za nadzor pogreSaka 1ogiCkog puta s kraja na kraj pomoCu ciklickog koda - CRC-4 (Cyclic Redundancy Check) . Ukoliko se bit ne koristi, postavljen je u 1 (S=l). Bit 2 neparnog okvira postavljen je u 1 da sluEajna kombinacija u neparnom okviru ne bi simulirala sinkrokombinaciju okvira FAS. Bit 3 (A) koristi se za dojavu gubitka sinkronizma okvira od strane udaljenog terminala. Ukoliko se ne koristi, A=l. Bit 4 (M) koristi se za prijenos poruka brzinom od 4 kbit/s (1 bit na 2 okvira, tj. 250 ys). Bitovi 5-8 (Sa5- Sag)su rezervni i mogu se koristiti lokalno (npr. za nadzor transkodera). rnultiokvir (2 rns)

%okvir (125 ps) H q v.i. 0 sinkrokornbinacija okvira (FAS) (3>9ps)

v.i.: 1-15, 17-31

1

SlGNALlZAClJA CCS svi okviri, v.i. 16

1

2

3

4

5

6

7

8

4

C

C

C

C

C

C

C

C

b i t o v i s l

2

3

4

5

6

7

8 '

S1. 2.8 Struktura E l okvira brzine prijenosa 2 Mbitls Za potrebe prijenosa signalizacijske informacije, koja se u Sirem smislu zapravo koristi za upravljanje pozivima u komutacijskoj mreii, odnosno za upravljanje i odriavanje transrnisijske mreie, u vremenskom intervalu 16 (v.i. 16) na raspolaganju stoji podatkovni kana1 ukupne brzine prijenosa 64 kbitls. Stariji sustav signalizacije pridruiene kanalima CAS (Channel Associated Signaling), temelji se na fiksnom pridruiivanju izmedu 30 govornih (podatkovnih) i

2. Transmisijske mreie

pripadnih signalizacijskih kanala. Za lociranje signalizacijskih kanala koristi se struktura multiokvira koja se sastoji od 16 okvira ukupnog trajanja 2 ms (125 ps x 16). U svakom okviru 0 multiokvira, v.i. 16, prenosi se sinkrokombinacija multiokvira 0000 na pozicijama bitova 1-4. Bit Y, na poziciji 5 u okviru 0 multiokvira, primjenjuje se za dojavu ispada sinkronizma multiokvira udaljenog terminals. Bitovi X su rezervni. Ukoliko se ne koriste, postavljeni su u 1. U ostalim okvirima (1-15) multiokvira, u v.i. 16, prenosi se sljedede: u n-tom okviru, na pozicijama bitova 1-4 (4 bita) pridruiena je signalizacija za kanal n, a na pozicijama bitova 5-8 za kanal n+16. Jednoj pridruienoj signalizaciji stoji, dakle, na raspolaganju ukupni kapacitet od 2 kbit/s (4 x 500 bit/s.) Sustav koji koristi v.i. 16 kao fiziEku razinu prijenosa za realizaciju posebne logiEke mreie za potrebe signalizacije naziva se sustavom signalizacije zajedniEkim kanalom br. 7 (CCSS No.7 - Common Channel Signalling System No.7). Mreia koja se temelji na CCSS No.7 naziva se signalizacijskom mreiom.

Sinkronizacija okvira Proces uspostave, odrianja i ruSenja sinkronizma okvira za razinu E l PDH temelji se na provjeri nailaska sinkrokombinacije okvira - FAS. U neparnom okviru FAS se ne smije pojaviti na predvidenom mjestu. Time se umanjuje vjerojatnost uspostave lainog sinkronizma okvira zbog ponavljanja laine sinkrokombinacije u svakom okviru. Mehanizam provjere temelji se na principu da se sinkronizam uspostavlja tek nakon provjere ispravnog prijema/izostanka sinkrokombinacije u tri uzastopna okvira i da se ruSi u sluCaju izostanka sinkrokombinacije u tri uzastopna parna okvira. Klizanje bita, izostanak ili ponavljanje jednog bita u nizu ruSi sinkronizam okvira, i to tako da je vrijeme resinkronizacije (500 ps + TB) u sluEaju izostanka bita, i (500 ps - TB), u sluEaju ponavljanja bita. TB je interval bita i kod brzine prijenosa od 2,048 Nlbit/s iznosi 488 ns.

2.3.2.

ViSe razine PDH (8, 34 i 140 Mbitls)

ViSe razine PDH (E2 - E4) nastaju multipleksiranjem pritoka s niie razine. NaEini multipleksiranja su bit po bit ili znak po znak (kanal po kanal). Ako su pritoci u multipleksor viSeg reda pleziokroni, primjenjuje se mehanizam kontrole klizanja. Ako je PDH u sinkronom okruienju primjenjuju se standardi multipleksiranja bez kontrole klizanja . Kod multipleksiranja bit po bit ukupna brzina prijenosa multipleksiranog signala veda je od zbroja ulaznih brzina prijenosa, jer se u multipleksirani signal dodaju informacije potrebne za sinkronizaciju okvira, odnosno kontrolu klizanja. U multipleksiranom signalu se ne moie izravno prepoznati izvorna informacija pritoka. Do nje se moie doCi jedino demultipleksiranjem signala.

2.4. Sinkrona digitalna hijerarhija (SDH) Kod multipleksiranja znak po znak (1 znak = 8 bita) pretpostavlja se sinkroni odnos taktova pritoka. Izvorni znak unutar multipleksiranog signala zadriava svoju izvornu strukturu.

Klizanje Zbog razlike u frekvencijama taktova pojedinih pritoka koji ulaze u multipleksor u odnosu na zajednitki takt multipleksora frekvencije, dolazi do klizanja (slip), tj. do ponavljanja ili izostanka bita iz niza. Ukoliko ne postoji mehanizam zaStite od klizanja, ono se perioditki ponavlja. Ako je razlika frekvencija manja, period pogreSke je veCi i obratno. S druge strane, ako postoji mehanizam zaStite, on moie djelovati jedino ako je razlika frekvencija manja od definirane graniEne vrijednosti. Time je zapravo definiran odnos izmedu taktova u pleziokronim pritocima. Ukoliko je odstupanje bilo kojeg pleziokronog pritoka veCe od definiranog, dolazi do pogreSke klizanja bez obzira na postojanje mehanizma zaStite.

2.4. Sinkrona digitalna hijerarhija (SDH) Razvoj pleziokrone digitalne hijerarhije zavrSava brzinom prijenosa 140 Mbit/s za europski standard. (Treba napomenuti da se primjenjuju i PDH sustavi brzine prijenosa 565 Mbit/s, koji nikad nisu standardizirani.) Za brzine prijenosa veCe od 140 Mbit/s postojao je u standardizacijskom smislu izbor: nastaviti razvoj digitalne hijerarhije na "starim" principima PDH s viSim brzinama prijenosa ili usvojiti nove principe hijerarhije. BuduCi da PDH sadrii niz nedostataka koji na veCim brzinama i kod Sirokopojasnih usluga sve vise dolaze do izraiaja, za brzine prijenosa vede od 140 Mbit/s definirana je nova hijerarhija - sinkrona digitalna hijerarhija - SDH (Synchronous Digital Hierarchy). Prva sinkrona optiEka mreia SONET (Synchronous Optical Network) uvedena je 1985.g. u SAD-u, s najniiom razinom - sinkronim transportnim signalom razine 1, brzine prijenosa 51.840 Mbitls (STS-1 - Synchronous Transport Signal Level l), koja obuhvaCa pritoke ameritkog standarda PDH od 44.736 Mbit/s. Na sljedeCoj razini SONET ima brzinu prijenosa 155.52 Mbit/s (STS-3). Ova brzina prijenosa prihvaCena je u Europi kao prva razina SDH, jer obuhvaCa pritoke europskog standarda PDH od 139.264 Mbit/s. Osnovna razina naziva se sinkronim transportnim modulom razine 1 (STM-1 Synchronous Transport Module Level 1). Godine 1988. SDH i SONET povezani su u jedinstveni standard definiran u CCITT preporukama. Odnosi izmedu razina SDH i SONET-a prikazani su u tablici (Tablica 2.3). Vrijednosti u zagradama nisu definirane postojeCim standardom, ali su dozvoljene u buduCim revizijama. U SDH su izbjegnuti nedostaci PDH i uvedeni novi principi multipleksiranja koji se na novoj tehnoloSkoj razini mogu jednostavno realizirati.

2. Transmisijske mreie Tablica 2.3 Brzine prijenosa SDH

Nedostaci PDH koji su se isticali kao argumenti za uvodenje nove hijerarhije (SDH): pritoci u multipleksiranom signalu nisu direktno vidljivi; asinkrono multipleksiranje (demultipleksiranje) korak po korak; multipleksiranje bit po bit; novo zaglavlje na svakoj hijerarhijskoj razini; razliEite strukture okvira na razliEitim brzinama prijenosa; vrlo ogranizena podrSka za upravljanje i odriavanje (nema rezervnog kapaciteta); tri razlicita standarda u svijetu (Europa, SAD i Japan); nepostojanje standarda za sustave brzina prijenosa >I40 Mbitls; svaki proizvodai-:nudi svoj standard. SDH je definiran na temelju kritike PDH te zahtjeva za novim i kvalitetnijim telekomunikacijskim uslugarna. U odnosu na PDH on pruia sljedeCe prednosti: oblikovan za utinkovito i fleksibilno umreiavanje; direktno sinkrono multipleksiranje; ugradeno 5 % ukupnog kapaciteta za upravljanje i odriavanje mreie; prihvaCa tipove pritoka iz postojeCe telekomunikacijske mreie, iz PDH, te ostalih formata (npr. ATM) ; ima fleksibilnost prilagodbe na nove tipove usluga u budutnosti; jedinstven standard - oprema razliEitih proizvodaEa je kompatibilna.

2.4.1.

-

Sinkro~iitransportni modul STM-1

Osnovni okvir u SDH je STM-1 (Sl. 2.9). SmjeSten je u vremenski interval od 125 ps. Elementarna jedinica u STM-1 je znak od 8 bita, brzine prijenosa 64

2.4. Sinkrona digitalna hijerarhija (SDH) kbitls. Okvir se dijeli na distribuirano zaglavlje dionice SOH (Section OverHead) i koristan teret s virtualnim spremnikom VC (Virtual Container). Virtualni spremnik koji je pridruzen STM-1 je virtualni sprernnik razine 4 - VC4. Virtualni sprernnici niiih razina dobiju se dijeljenjem VC-4. Radi lakSe predodzbe strukture, okvir se najEeSCe prikazuje u obliku dvodimenzionalne matrice od 9 redaka i 270 stupaca. Na zaglavlje dionice u matrici otpada 81 znak (9 stupaca x 9 redaka). Ukupan broj znakova u okviru je 2.430, Sto daje brzinu prijenosa STM-1: Na zaglavlje otpada kapacitet 8 1 x 64 kbit/s = 5,184 Mbit/s, a na teret 2.349 x 64 kbit/s = 150,34 Mbitls.

STM-1 virtualni spremnik

1 znak = 64 kbiffs

D

9 stupaca

261 stupac

S1. 2.9 Struktura STM-1 okvira

2.4.2.

Multipleksiranje

Kod SDH se primjenjuje sinkrono multipleksiranje znak po znak (Sl. 2.10) s multipleksnim faktorom 4, s time da se multipleksiraju svi znakovi u okviru, oni u teretu i oni u zaglavlju. Zbog toga je struktura multipleksiranog signala jednostavna. Okvir multipleksiranog signala sadrii toEno 4 puta vise elementarnihjedinica u odnosu na okvire pritoka. Na S1. 2.11 prikazan je sluEaj multipleksiranja 4 pritoka s prve razine SDH na prvu viSu razinu: 4 x STM-1 = STM-4.

2. Transmisiiske mreie

Brzina prijenosa jednaka je: 4 x 155,52 = 622,08 Mbitls.

0

Znak od 8 bita brzine prijenosa STM-4 (622 Mbiffs)

S1. 2.10 Multipleksiranje znak po znak

STM - 1 B

9 redaka

STM -

9 redaka

STM

-

I

I --' Y

aa

3"

1D

9 redaka

36 stupaca SOH

1044 stupaca 4 x VC-4

9700 znakova Iokviru x 9 stupaca

261 stupac STM-1 SOH VC-4

x 8 bitdznaku x x 8000 okvirds = = 622,08 Mbiffs

S1. 2.1 1 Multipleksiranje 4 x STM-1 u STM-4

Informacije koje se pakiraju u okvir smjeStene su u virtualne spremnike manje ili veCe veliEine. BuduCi da spremnici koji se multipleksiraju dolaze iz razlititih dijelova mreie, njihovi poEeci nisu sinkronizirani. Da bi u multipleksiranom signalu svaki spremnik ostao u istom vremenskom intervalu u kojem je nastao, koriste se pokazivaci (Sl. 2.12). PokazivaEi su smjeSteni u zaglavlje dionice i pokazuju trenutak poEetka (kraja) spremnika u odnosu na poEetak okvira. Na istom principu smjeSteni su manji virtualni spremnici u odnosu na veCe. Do najmanjeg spremnika odnosno Celije moie se doCi uz pomoC niza pokazivaEa.

2.4. Sinkrona digitalna hijerarhija (SDH)

pokazivati

VlRTUALNl

okvir N

(OKVIR N)

pokazivati okvir N+l

S1. 2.12 V i r t u a l n i

spremnik

Preduvjet svakog multipleksiranja jest sinkronizacija ili poravnanje zaglavlja svih pritoka. Da bi se svi virtualni sprernnici koje treba multipleksirati smjestili u strukturu s jedinstvenim zaglavljem, potrebno je preraEunati vrijednosti pokazivaEa u pritocima, gdje su poEeci, definirani sinkrokombinacijom (F), potpuno asinkroni. Vrijednosti pokazivaEa preraEunaju se na zajedniEko zaglavlje, s tim da relativni pomaci izmedu virtualnih spremnika ostaju nepromijenjeni (Sl. 2.13).

*

JI

\L

A

4 3 2 1

5 4 3 2 1

P4 F

I

\

PlF

4;

A

+

SlNKRONlZAClJA OKVIRA

A, B, C, D px

- pritoci - pokazivaE na znak x S1.

zaglavlje sekcije sinkronizirano

2.13 Sinkronizacija zaglavlja

Pritoci s niiih razina digitalne hijerarhije, npr. PDH, koji se multipleksiraju u SDH mogu biti u pleziokronom odnosu (Sl. 2.14). Da bi se prilagodile brzine prijenosa te izbjegle pogreSke klizanja, uskladuju se taktovi. Ovisno o tome je li brzina ulaznih podataka veCa ili manja od frekvencije nosioca, tj. takta SDH, vrSi se negativno odnosno pozitivno podeSavanje. Ako je ulazni niz brii od takta nosioca, smanjuje se vrijednost pokazivaEa za 3 znaka. U suprotnom, ako

2. Transmisijske mreie

je ulazni niz sporiji, pokazivai7 se poveda tako da virtualni spremnik zapocinje kasnije. negativno poravnavanje: takt nosioca sporiji od takta ulaznih podataka

pozitivno poravnavanje: takt nosioca brii od takta ulaznih podataka

r 1 okvir N

okvir N+l

'w~ okvir N+2

3 znaka

3 znaka

S1. 2.14 Poravnavanje pleziokronih pritoka u SDH Na S1. 2.15 prikazan je standardizirani naEin multipleksiranja PDH pritoka u SDH i to samo za neke standardne brzine koje se primjenjuju u Europi (2, 34 i 140 Mbitls) i one koje se primjenjuju u SAD-u i Japanu (1.5, 6 i 45 Mbitls). Postupak obuhvaCa pridruiivanje pokazivaEa, njihovo poravnavanje (sinkronizaciju) te multipleksiranje.

,

+=;F STM-N AU-3

C VC TU TUG AU AUG STM

VC-3

spremnik virtualni spremnik jedinica pritoka grupa jedinica pritoka administrativna jedinica grupa administrativnihjedinica sinkroni transportni modul

+

multipleksiranje

e....-..... poravnavanje + pridruiivanje preratunavanje pokazivaCa

S1.2.15 Standardizirane moguCnosti multipleksiranja PDH u SDH

2.4. Sinkrona digitalna hijerarhija (SDH)

Multipleksiranje u STM-1 prikazano je na primjeru multipleksiranja spremnika C-12 od 2 Mbitls. Ovo je najsloieniji naEin multipleksiranja jer obuhvada najvedi broj koraka do formiranja STM-1. Od C-12 formira se VC-12 dodavanjem zaglavlja puta VC- 12 POH (Path OverHead). Ako se virtualnom spremniku VC-12 doda pokazivaE TU-12 P (Tributary Unit Pointer), formira se pritoEna jedinica TU-12. U multipleksiranju sudjeluju 3 pritoEne jedinice kao grupa pritotnih jedinica TUG-2 (Tributary Unit Group). Od 7 grupa TUG-2 fonnira se grupa pritoEnih jedinica TUG-3. Multipleksiranjem 3 TUG-3 i dodavanje zaglavlja puta VC-4 POH, formira se virtualni spremnik viSeg reda VC-4. Dodavanjem pokazivaEa administrativne jedinice AU-4 P (Administrative Unit Pointer) formira se adrninistrativna jedinica AU-4. AU-4 direktno sudjeluje u formiranju STM-1, ili multipleksiranjem N puta u STM-N.

VC-12 POH

VC-12

C-12

x7

TUG-3 VC-4 POH

AU-4

VC-4

I

AU-4

x1

AUG xN

AUG

O

STM-N

S1. 2.16 Multipleksiranje VC-12 u STM-N

Zaglavlje dionice (SOH) sastoji se od zaglavlja regeneratorske dionice RSOH (Regenarator Section OverHead) i zaglavlja multipleksne dionice MSOH (Multiplex Section OverHead). Virtualni spremnik sadrii zaglavlje puta (POH Path OverHead), dio koji prati spremnik na cijelom putu od Cvora njegovog formiranja do Evora u kojem se spremnik demultipleksira na sastavne dijelove. ZnaEenje pojedinih polja je kako slijedi:

F (Al, A2) - sinkrokombinacije okvira, B (Bl, B2, B3) - paritetni znakovi (BIP 8, BIP 24 i BIP 8), C2 - oznaka puta - nosi informaciju o kompoziciji tereta,

2. Transmisijske mreie

D (Dl - D12) - znakovi za prijenos podataka (DAT) brzinama prijenosa od 576 kbit/s (MSOH) i 192 kbit/s (RSOH), E (El, E2) - govorna komunikacija za sluibene potrebe odriavanja - OW (Order Wire), F( F l , F2) - korisniEki kanali za potrebe operatora - UC (User Channel), G1 - status puta - nosi informaciju o statusu udaljenog odrediSta puta, Z (Z1 - Z5) - rezervirano za budude potrebe, H (HI, H2) - pokazivaEi,

K (Kl, K2) - komutacija radi zaStite (APS Automatic Protection Switch), i X - ne koristi se, Z (Z1 - Z5) - rezervni znakovi za budude potrebe. identifikator puta Jl

BIP-8

83 oznaka signala C2 I

status puta

GI P 2 m

-

P N

korisniEki kanal F2 multiokvir

H4 rezerva

23 rezerva 24 rezerva

25

S1. 2.17 Struktura zaglavlja STM-N okvira

Mrela SDH SDH mreia sastoji se od SDH Cvorova i grana. U Cvoru SDH mreBe spajaju se ili razdvajaju virtualni spremnici, ili se sastavni dijelovi niie razine multipleksiranja prospajaju pomoCu digitalnog prospojnika odnosno add and drop multipleksora. U Cvoru se fonniraju okviri STM-N za razliEite odrediSne Evorove u mreii ovisno o prometnim zahjevima. Cvorovi u kojima se vrSi multipleksiranje i grana(e) izmedu njih tvore multipleksnu dionicu odnosno transportni sustav; na S1. 2.18 prikazani su transportni sustav X i transportni sustav Y. Multipleksnu dionicu karakterizira zaglavlje multipleksne dionice MOH, u okviru zaglavlja dionice SOH. Virtualni spremnici koji se u Cvoru

2.4. Sinkrona digitalna hijerarhija (SDH)

trebaju prospojiti kao cjelina ostaju nepromijenjeni, a u STM-u se mijenja samo zaglavlje dionice.

transportni sustav X

pritok*

transportni sustav Y

gk

,

\

/

tvor za spaianie virtualnih spremnika

transportni okvir X

transportni okvir Y

tvor,za razdvaianie virtualnih spremnika

SOH Y

t

SOH X

VC se prenosi nepromijenjen

0

kvor SDH mreze

S1. 2.18 Transport spremnika u SDH mreii

Na S1. 2.19 prikazana je konfiguracija puta, dijela SDH mreie izmedu dva krajnja multipleksora u kojima se vrSi spajanje, odnosno razdvajanje virtualnih spremnika. Put se sastoji od niza multipleksnih i regeneratorskih sekcija. Na razini prijenosa jednom regeneratorskom, odnosno multipleksnom sekcijom upravlja se na temelju informacija u zaglavlju regeneratorske, odnosno multipleksne dionice. multipleksna dionica

I

I

multipleksna dionica

signali pritoka

TERMlNALNl MULTIPLEKSER

X

SDH Evorza ~palanle prospojnik virtualnih spremnika

TERMlNALNl MULTIPLEKSER

SDH regeneratori

Evor za razdvajanje virtualnih spremnika

Put

S1.2.19 Put u SDH mreii

Na S1. 2.20 prikazani su modeli funkcioniranja za 4 osnovne komponente SDH mreie.

2. Transmisiiske mreie

Regenerator ima zadatak obnavljanja signala (3R regeneracija) na fiziCkoj razini. Terminalni multipleksor (TM - Terminal Multiplexer) multipleksira odnosno demultipleksira ulazne pritoke (PDH ili SDH) na odgovarajutu razinu SDH u STM-N formatu. Digitalni prospojnik (DXC - Digital Cross-Connect) prospaja (komutira) pojedinaCne virtualne sprernnike ili njihove grupe. "Add and drop" multipleksor (ADM) izuzima pojedine dijelove niBe razine prijenosa iz digitalnog slijeda veCe brzine prijenosa (npr. iz STM-4 jedan okvir STM-1 ili iz STM-1 jedan VC-4 od 140 Mbitls). regenerator

STM-16 4 - S T M - 1 6

STM-N

STM-N

STM-4

1401:j 34 Mbiffs

2 MbNs

E!!itfs 34 Mbiffs

2 MbitIs

PDH

SDH

S1.2.20 Osnovne komponente SDH sustava Na S1. 2.21 prikazane su funkcijske komponente SDH mreie na primjeru hipotetitike konfiguracije transrnisijske mreie.

-

ADM DXC -

adddrop multipleksor digitalni prospojnik

STM -1, STM-4, 140 MbiVs 2 MbiVs 34 MbiVs

2 MbiVs 34 Mbitls 140 MbiVs STM -1 STM -4

S1.2.21 SuEelja PDH i SDH rnreie

2.5. OptiEki transmisiiski sustavi

2.5. OptiEki transmisijski sustavi Razvoj optiEke transmisijske mreie potaknut je nizom razloga: tehnoloSki napredak komponenti za prijenos, komutaciju i procesiranje optiEkog signala; pad cijena fotoniEkih komponenata; poveCanje zahtjeva za raznolikoSCu telekomunikacijskih usluga; povekanje zahtjeva za fleksibilnoSCu; povekanje zahtjeva za raspoloiivoSCu; brzi porast prometa; zahtjevi za Sirokopojasnim uslugama. Svojstva optiEke mreie su: optiEka transparentnost na velikim udaljenostima; ogroman potencijalni transmisijski kapacitet; mala uEestalost pogreSke (BER); fleksibilnost u radu; integracija postojeCih usluga. Osnovne tehnologije i tehnike optiEke mreie su: multipleksne tehnike; tehnologija svjetlovodne niti; tehnologije fotoniEkih sustava i komponenti; transmisij ska tehnika; komutacijska tehnika; obrada optiEkog signala.

2.5.1.

Svjetlovodna nit

Osnovna izobliEenja koja djeluju na optiEki signal pri prijenosu svjetlovodnom niti su (S1. 2.22): disperzija.

PriguSenje PriguSenje a je definirano odnosom snaga ulaznog i izlaznog optiEkog signala na optiEkoj komponenti:

2. Transmisiiske mreie

PriguSenje ograniCava domet optiCkog signala.

1

0

1

fl--B---

disperzija D

011

brag--

--- -1

1

J& prigugenje a - -- -1 I 1

-----011 prag

0

4 k S1. 2.22 Osnovna izobliEenja optiEkog signala 3

Valna duljina [nm]

S1.2.23 PriguSenje optiEkog signala u ovisnosti o valnoj duljini Tijekom razvoja tehnologije, svjetlovodne niti pokazale su se pogodnim za prijenos triju podruCja valnih duljina, odnosno triju "optiEkih komunikacijskih prozora" (Sl. 2.23). Za svaki od prozora navedene su najmanje vrijednosti prigugenja, te tipovi svjetlovodne niti: multimodna nit MMF (Multi-Mode Fibre) i jednomodna nit SMF (Single-Mode Fibre):

I.

850 nm

2 - 2,5

dB/km

(G.651)

(MMF)

11.

310 nm

0,5 - 0,8

dB/km

(G.652)

(MMF)

2.5. O~tiEkitransmisiiski sustavi

Disperzija Disperzija (rasprSenje) optiEkog signala je izobliEenje u vremenskoj domeni i znaEi proSirenje optickog signala tijekom prijenosa svjetlovodnom niti (Sl. 2.22). Posljedica disperzije je ograniCenje brzine prijenosa, odnosno dometa, jer se povekanjem brzine prijenosa poveCava uEestalost pogreSke izazvana stapanjem impulsa zbog proSirenja. Kromatska disperzija nastaje kao zbroj dvaju razliEitih efekata: materijalna disperzija nastaje zbog toga Sto brzina propagacije u sredstvu ovisi o indeksu loma n. BuduCi da indeks loma ovisi o valnoj duljini, pojedini se dijelova spektra optiEkog signala Sire kroz optiEku nit razliEitim brzinama. Sto je Sirina spektra signala veCa, odnosno duljina niti veda, to je veCe rasprSenje vremena propagacije, odnosno disperzija. Iznos disperzije takoder ovisi i o valnoj duljini; valovodna disperzija proizlazi iz Einjenice da optiEka energija moda (jedinoga) propagira jezgrom niti, ali zalazi i u omotaE. Brzina propagacije ovisi o efektivnom indeksu loma Eija je vrijednost izmedu indeksa lomova jezgre i omotaEa. Stvarna vrijednost efektivnog indeksa loma ovisi o razdiobi snage moda izmedu jezgre i omotaEa. VeCi dio snage u omotaEu znatii da je efektivni indeks loma bliBi onom u omotaEu i obrnuto. BuduCi da je razdioba snage izmedu jezgre i omotaEa funkcija valne duljine, i brzina propagacije ovisi o valnoj duljini. Dakle, Sirenje spektra optiEkog signala utjete na poveCanje rasprSenja grupne brzine. /n

kromatska disperzija (pslkmxnm)

standardna 30

-

20

-

10

-

monomodna nit

nits pomaknutom

0

-10

t

1300 nm

valna duljina (nm)

1550 nm

minimalna disperzija

S1. 2.24 Kromatska disperzija u ovisnosti o valnoj duljini

Na S1. 2.24 prikazana je kromatska disperzija za standardnu jednomodnu nit (SMF). Minimalna ("nulta") disperzija nalazi se na valnoj duljini oko 1300 nm.

2. Transmisiiske mreZe

Da bi se rninimalna vrijednost disperzije poklopila s minimalnom vrijednoSCu priguSenja u 3. prozoru, konstruirana je nit s pomaknutom disperzijom DSF (Dispersion Shifted Fibre) (definirana preporukom ITU-T G.653).

OptiEki link za optitki prijenos na vede udaljenosti osim optitkog predajnika i prijemnika sadrii i optiEka pojaEala i to: optiEka pojaEala snage BOA (Booster Optical Amplifier) koja se postavljaju nakon predajnika da bi snagu podigla na ieljenu razinu, linijska optiEka pojaEala LOA (Line Optical Amplifier) koja se koriste za kompenzaciju gubitka optitke snage zbog priguSenja u optitkoj niti, i optiEka predpojaCala OPA (Optical Pre-Amplifier) koja trebaju pojacati signal prije optiCkog prijemnika i na taj naEin podidi njegovu osjetljivost. NajuEinkovitija i tehnoloSki najzrelija Sirokopojasna pojaEala koja se danas koriste na optiEkom linku su pojaEala s erbijem dopiranom niti EDFA (Erbium Doped Fibre Amplifier) (Sl. 2.25). optiEko pojaEalo snage

predajnik

optiEko linijsko pojahlo

optiEko predpojaEalo

O LOA

optiEki BOA prospojnik

4

oxc

I konektor

izolator

laserska pumps

I

4

spreinik

980 nm nm

:14:

*

prijemnik

YH

DC

R X ~

nit za kompenzaciju OPA disperzije

4

erbijem dopirana nit

I

elektronika i napajanje

-

pojaEalo s erbijem dopiranom niti EDFA

S1. 2.25 OptiEka pojaEala s erbijem dopiranom niti (EDFA)

Osnovne prednosti primjene EDFA su sljedede: kompenziraju priguSenje niti, koriste veliki frekvencijski pojas (-30 nm) i istovremeno pojaEavaju nekoliko kanala (multipleksiranih), Sto je pogodno za primjenu u valnom multipleksiranju (WDM). Nedostatak EDFA, kao i drugih pojaEala, jest u tome Sto osim signala pojaEavaju i razinu Suma, te dodaju signalu svoj dio Suma spontane emisije (ASE - Amplified Spontaneous Emission). U srnislu regeneracije signala, EDFA omoguCuju 1R regeneraciju.

2.5. O~tiEkitransmisiiski sustavi

Na dugaEkom optiCkom linku na kojem se prenosi signal s valnim multipleksiranjem (WDM) koristi se kaskada optiEkih pojaEala (EDFA). BuduCi da optiEka pojatala nemaju ravnu frekvencijsku karakteristiku, valovitost se pojaEava porastom broja pojaEala, i tako se suiava upotrebljiva Sirina pojasa.

ProraCun optiCkog linka ProraEun optiCkog linka treba uzeti u obzir nekoliko faktora: snagu predajnika, priguSenje optiEke niti a (nagib krivulje) i osjetljivost prijernnika (Sl. 2.26). Duljina optiEkog linka moZe se povedati podizanjem snage na izlazu predajnika. Mebutim, snaga se moie podiCi samo do granice linearnosti. Prag osjetljivosti prijemnika definirana je optiEkom snagom za koju je uEestalost pogreSke (BER) jednaka 10.~. Kod proraEuna snage treba uzeti u obzir rezervu snage (margina) zbog fluktuacije vrijednosti parametara prijenosa. snaga

nelinearna optika ----------------linearna optika

margina

3 prag osjetljivosti pm prijemnika

udaljenost (km)

S1. 2.26 ProraEun optiEkog linka

2.5.3.

Multipleksiranje s valnom podjelom (WDM)

Sustav multipleksiranja s valnom podjelom (WDM) sastoji se od laserskih predajnika koji emitiraju optiEki signal na odabranim valnim duljinama razrnaka S (span) i ukupne Sirine pojasa BW (bandwidth) (Sl. 2.27). Ukoliko se radi o sustavu s velikim brojem (gustokom) valnih duljina, govori se o sustavu multipleksiranja s gustom podjelom valnih duljina (DWDM - Dense Wavelength Division Multiplexing).

S1. 2.27 Multipleksiranje u valnoj domeni

2. Transmisijske mreie

Komunikacijski kanali iz elektriCne domene moduliraju laserske modulatore na razliCitim valnim duljinama, koji se multipleksorom spregnu u zajedniCku nit. Na S1. 2.28 prikazan je klasican naCin demultipleksiranja koji se sastoji od postupka rasprezanja signala, kojim se optiCki WDM signal raspreie na n dijelova. Svaki od dijelova sadrii sve valne kanale, ali najmanje n puta manje snage. KonaCno demultipleksiranje obavlja se pomoCu optiCkih filtera podeSenih na pojedine valne duljine u multipleksiranom signalu. Svaki se valni kana1 posebno pretvara u elektritni signal. optiEki multipleksor

detektori I

raspreinik

optiCki filtri

S1. 2.28 Sustav multipleksiranja s valnom podjelom (WDM) Ako se sustavi multipleksiranja WDM koriste u realizaciji optiCkih transmisijskih mreia, onda se optiCkim (svjetlosnim) putovima izmedu Cvorova mreie pridjeljuju valne duljine s ciljem minimizacije njihovog broja (Sl. 2.29).

VWP

2 valne duljine

S1. 2.29 Pridjeljivanje valnih duljina

2.5. OptiEki transrnisijski sustavi

U sluEaju da se od izvoriSnog do odrediSnog optiEkog Cvora koristi jedinstvena valna duljina, radi se o valnom putu (WP - Wavelength Path). Ako se na optiCkom putu koristi vise od jedne valne duljina tako da se jedna valna duljina pretvara u drugu pomoCu pretvaraEa valne duljine (WC - Wavelength Convertor), govori se o virtualnom valnom putu (VWP - Virtual Wavelength Path). Ulaganje u valne pretvarate u optiCkoj mreii s WDM trebalo bi se vratiti kroz poboljSanje iskoristivosti valnih duljina odnosno svjetlovodnih niti, a time i smanjenja ukupne duljine potrebnih niti odnosno kabela. Minimizacija cijene ovakve mreie svodi se na teiak optimizacijski problem usmjeravanja (izbora putova) i pridjeljivanja valne duljine svakom putu (RWA - Routing and Wavelength Asignment problem). Osnovne komponente sveoptiEke mreie s WDM-om su optiEki prospojnik (OXC - Optical Cross-Connect) i optiCki "dodaj & izdvoji" multipleksor (OADM - Optical Add & Drop Multiplexer). OXC je prostorni komutator koji prostorno prospaja valne kanale s dolaznih svjetlovodnih niti prema odlaznima, ili ih izdvaja prema lokalnoj elektriEkoj domeni, odnosno dodaje iz elektriCke u sveoptiEku domenu (S1. 2.30).

svjetlovodne niti

dodaj

izdvoji

S1. 2.30 OptiElu prospojnik (OXC)

GeneriEka funkcija OADM-a je ista kao ona u SDH rnreii, s time da se u OADM-u iz skupa valnih kanala na jednoj svjetlovodnoj niti izdvaja jedan odabrani, a na njegovo mjesto se u WDM multipleksirani signal dodaje drugi valni kana1 ali na istoj valnoj duljini kao Sto je ona od izvojenog kanala (Sl. 2.31). Vaina je Cinjenica da je OADM, tehnoloSki gledano, jednostavna i pouzdana fotoniEka komponenta koja se sastoji iskljuEivo od pasivnih dijelova. b . . . a i . . . h n n izdvoji

at h2...hi...an

dodaj

hi

hi'

S1. 2.31 OADM

2. Transmisiiske mreie

2.5.4.

Nelinearna optika

PodruEje nelinearne optike definirano je ovisnoSCu indeksa loma o intenzitetu (snazi) optiEkog signala. U podruiju linearne optike indeks loma je konstantan, tj. ne ovisi o optiEkoj snazi. Nelinearna optika omedena je s donje strane optiEkom snagom na kojoj indeks loma poEinje ovisiti o optiEkoj snazi. Ako snaga optiEkog signala prijede prag nelinearnog prijenosa, nelinearni efekti poEinju negativno djelovati kao nelinearna izoblitenja, rasipajudi korisnu optiEku snagu na nekorisne nove komponente spektra. NajznaEajniji nelinearni efekti su Kerrov efekt i njegove posljedice: samofazna modulacija (SPM - SelfPhase Modulation) i mijeSanje Eetiriju valova (FWM - Four Wave Mixing) te rasprSenja: stimulirano Ramanovo rasprSenje (SRS - Stimulated Raman Scattering) i stimulirano Brillouinovo rasprSenje (SBS - Stimulated Brillouin Scattering).

Solitonski prijenos PodruEje nelinaerne optiEke propagacije svjetlovodnom niti moBe se iskoristiti u pozitivnom srnislu za generiranje i prijenos solitona.

I ..

strainji

ii

nit brid

vt

*!I/\,, *

A

1

v

analogija

nerna disperzije!

n

elastiEna rnembrana

S1. 2.32 Princip solitonskog prijenosa Soliton je RZ optiEki impuls posebnog oblika (funkcije sekans hiperbolni) i velike snage koji omoguCuje prijenos optiEkog signala na velike udaljenosti bez unoSenja kromatske disperzije (Sl. 2.32). Naime, zbog velike snage koja podriava nelinearni prijenos, spektar (valna duljina) signala dinamiEki se mijenja. Promjena valne duljine je takva da se dio signala koji u propagaciji prethodi usporava, a dio signala koji zaostaje ubrzava. Analogija se moie naCi u disperziji brzina trkaCa koji bi se utrkivali na hipotetickoj elastiEnoj podlozi koja se ugiba pod teretom i trkaCe koji prethode usporava, a one koji zaostaju ubrzava.

2.6. Liniiski kodovi

Optieko multipleksiranje s vremenskom podjeloni (OTDM)

2.5.5.

OptiEko multipleksiranje s vremenskom podjelom (OTDM) prikazano je na primjeru sustava prijenosa na S1. 2.33. TDM pritoci tipa STM-N, brzine prijenosa B, njih n=8, iz elektriEne domene vremenski se multipleksiraju u jedan niz. OptiEki takt iz laserskog izvora u predajniku, perioda T=lIB i Sirine impulsa z
nxB GbiUs

o---. 0 optiEki link rn0d.n

I

predajnik

prijemnik

optika t --I-----------------elektronika sinkroni takt

mSTM-N

nxSTM-N

SDH

STM-N t B GbiUs

STM-N + 6 Gbitls

S1. 2.33 Sustav s optiekim vremenskim multipleksiranjem (OTDM)

2.6. Linijski kodovi Linijskim kodiranjem postiie se optirnalna prilagodba digitalnog signala mediju preko kojeg ga treba prenijeti, s obzirom na vrstu medija, duljinu linka, priguSenje, izobliEenje (disperziju), brzinu prijenosa, uEestalost pogreSaka i

2. Transmisiiske mreie

frekvencijsku karakteristiku. Razmotrit Ce se izbor prikladnih kodova za dva osnovna transmisijska medija; metalni vodiE i svjetlovodnu nit. Kvaliteta linijske prilagodbe mjeri se uCestaloSCu pogreSke (BER) na izlazu komunikacijskog kanala. Zahtjevi za linijske k6dove koji se primjenjuju za elektriCni prijenos preko metalnih vodiEa na brzinama prijenosa PDH su sljededi: redukcija istosmjerne komponente. Dionice prijenosne linije sadrie transformatore za prilagodbu impedancije odnosno za daljinsko napajanje regeneratora. BuduCi da se istosmjerna komponenta u takvoj kaskadi transformatora ne moie prenijeti, bolje je izbaciti ju iz linijskog signala; suienje spektra na viSim frekvencijama. Kod metalnih vodiEa priguSenje signala raste dominantno s korijenom frekvencije. Da bismo smanjili izobliEenje signala, glavninu snage spektra poieljno je pomaknuti prema niiim frekvencijama; Euvanje informacije o osnovnom taktu digitalnog signala (timing information). BuduCi da se u brojnim slucajevima takt na prijemnoj strani digitalnog prijenosa ekstrahira iz prenesenog signala, kvalitetna informacija o taktu znaEi manju uCestalost pogreSke. Nepovoljni linijski k6dovi s obzirom na informaciju o taktu su oni koji dozvoljavaju pojavljivanje velikog broja uzastopnih nula u signalu; detekcija pogreSaka na temelju redundancije u linijskom kodu. Kod elektriEkog prijenosa koriste se najEeSCe viSerazinski linijski kadovi, a posebno ternarni, odnosno pseudotemarni. Za linijske k6dove koji se koriste u optiEkom prijenosu takoder se mogu primijeniti gomji zahtjevi uz jedan dodatni, a to je da su svi linijski k6dovi za optiEki prijenos binarni (svjetlo, tama).

NRZ kodovi NRZ k6dovi temelje se na NRZ (Non-Return-to-Zero) formatu digitalnog signala, kod kojeg kodirane vrijednosti logiEke jedinice i nule (nadalje Ce se koristiti oznaka 1 i 0) traju puni interval bita. NRZ k6dovi su binarni, i to simetricni, s razinama: (+U, -U), ili nesimetriEni s razinama (+U, 0). Osnovni NRZ kdd je nesimetriEni NRZ-L (NRZ-Level) u NRZ formatu. NRZ-L se najviSe koristi u logiEkim sklopovima. Iz NRZ-L k6da diferencijalnim kodiranjem izvode se k6dovi NRZ-M (NRZMark) i NRZ-S (NRZ-Space). Svaka pojava 1 u izvornom NRZ-L k6du mijenja stanje u NRZ-M k6du, dok se pojavom 0 u izvornom NRZ-L k6du, u NRZ-M k6du zadriava prethodno stanje. SliEno se dobiva i NRZ-S k6d, s tom razlikom da se stanje koda mijenja s pojavom 0 u NRZ-L kddu, a s pojavom 1 stanje ostaje nepromijenjeno .

2.6. Liniiski kodovi

Prednost NRZ k6da pred ostalim binarnim kodovima jest u koncentraciji spektra na niiim frekvencijama. Zbog toga je k8d pogodan za velike brzine prijenosa. Nedostatak k8da je u postojanju istosmjerne komponente ako je izvorni niz asimetrican s obzirom na broj 0 i 1.

RZ k8dovi temelje se na RZ (Return-to-Zero) formatu digitalnog signala, koji je karakteristiEan po tome da 1 traje samo dio intervala bita. U optiEkom prijenosu RZ format se primjenjuje kod solitonskog prijenosa.

Pseudoternarni kadovi Pseudoternarni kodovi primjenjuju se kod elektriEkog digitalnog prijenosa velikih brzina, jer suzuju spektar prijenosnog signala. Najpoznatiji pseudoternarni k8dovi su kdd AMI, te pseudoternarni supstitucijski k8dovi iz klase kbdova HDBn (High Density Bipolar n) i BNZS (Binary N-Zero Substitution). AM1 k8d (Alternated Mark Inversion) je pseudoternarni k8d u RZ formatu koji nastaje iz binarnog tako da 0 ostaje u kddu 0, a 1 uzrokuje alternaciju izmedu pozitivnog i negativnog impulsa (+U, -U). Svaki impuls (1) koji ima suprotni predznak napona u odnosu na prethodni oznaEava se s B (bipolar). Svaki impuls (1) koji ima isti predznak kao i prethodni, tj. prekrSen je princip bipolarnosti odnosno alterniranja predznaka, oznaEava se s V (violation). U kodu AM1 V impulsi se mogu pojaviti u prijemu: zbog pogreSke u prijenosu; detekcija V impulsa u tom sluEaju znaEi detekciju pogreSke, ili zato Sto su namjerno generirani na predaji i imaju posebno znacenje, npr. za zatvaranje petlje u regeneratoru prilikom odriavanja digitalnog linka. BuduCi da je kdd simetriEan s obzirom na nultu razinu, potiskuje se istosmjerna komponenta. Zbog povekanja broja razina s dvije na tri, suiava se spektar na viSim frekvencija m . Nedostatak koda je u tome Sto ne moie sprijeEiti pojavu velikog broja uzastopnih jedinica, Sto kvari moguCnosti dobre ekstrakcije takta. VeCi broj razina od 2 znaEi, takoder, smanjenje imunosti na izobliEenja u prijenosu. AM1 k8d se primjenjuje kod malih brzina prijenosa PDH, Eesto zajedno s mjeSaEem koji poveCava gustoCu jedinica.

Bifazni kodovi su asimetrieni binarni kodovi koji imaju svojstvo da u svakom intervalu bita barem jedanput promjene razinu (impuls u nulu ili nulu u impuls). Zbog binarnog karaktera primjenjuju se najvise u optiEkom prijenosu.

2.7. Arhitekture transmisiiskih mreia

Da bi se osigurala simetritnost koda, jednak broj pozitivnih i negativnih impulsa, i time elirninirala istosmjerna komponenta iz signala, nadomjesna sekvencija za Eetiri 0 moie poprimiti dva oblika, sa svojstvom da izmedu dva V impulsa bude uvijek neparan broj B impulsa: ako je broj B impulsa poslije zadnjeg V impulsa neparan, nadomjesna sekvencija za 4 nule je O O O V ; ako je broj B impulsa poslije zadnjeg V impulsa paran, nadomjesna sekvencija za 4 nule je BOOV. Na S1. 2.34 prikazan je primjer kodiranja u HDB3 k6du za jednu binarnu sekvenciju. Pretpostavlja se da je V impuls prvi impuls u kodu. U realnom koderu postoji pomak (kaSnjenje) od najmanje 4 bita zbog obrade signala izmedu ulaznog i kodiranog niza, Sto na slici nije prikazano. Iznos takvog kaSnjenja je zanemariv u odnosu na propagacijasko kaSnjenje signala na prijenosnoj liniji.

Kodovi CMI i DM1 Da bi se suzio spektar kodiranog signala u odnosu na bifazne kodove, primjenjuju se CMI (Coded Mark Inversion) i DM1 (Differential Mode Inversion). CMI i DNII su binarni kodovi koji se mogu primijeniti u elektriEkoj i optiEkoj domeni. Kod k6da CMI za izvornu 1 alternira se razina izmedu impulsa i nule u NRZ formatu, a izvorna 0 kodira se kao kod Manchester k6da: u prvoj polovini intervala bita je nula, a u drugoj polovini impuls. CMI se primjenjuje kod optiEkog prijenosa na PDH razini od 140 MbitJs. Kodiranje kod DNII k6da je za 1 isto kao kod CMI k6da, a 0 se kodira u intervalu bita s parom (impuls, nula) ili (nula, impuls), ali tako da u slijedu nerna impulsa sa Sirinom veCom od intervala bita.

2.7. Arhitekture transmisijskih mrera Suvremena transmisijska mreia temelji se na digitalnom prijenosu i vremenskom multipleksiranju u elektriEkoj domeni, valnom multipleksiranju u optiEkoj domeni, te prostorno-vremenskom prospajanju. Osnovni elementi transmisijske mreie su: digitalni linkovi (elektriEki ili optiEki), uredaji za multipleksiranje i komutacijski elementi (ADM, OADM, DXC i OXC). U mreii se prospajaju agregatni tokovi na dugoroEnoj osnovi da bi se zadovoljili prometni zahtjevi izmedu pojedinih Evorova komutacijske mreie. Promjene u komutacijskoj matrici Cvorova transmisijske mreie dogadaju se u dva sluCaja:

2. Transmisiiske mreie

zbog promjene u prometnim zahtjevima (spora promjena), ili zbog kvara u mreZi i potrebe da se preusmjeravanjem izbjegne gubitak prometa (brza promjena). Za zadovoljenje prometnih zahtjeva (Sl. 2.35) izmedu Evorova A i B, u normalnom stanju mreie koristi se primarni put (A, B) s potrebnim kapacitetom od x standardnih kanala, a izmedu A i C primarni put (A, C) s y kanala. U sluEaju kvara izmedu Evorova transrnisijske mreie (prospojnika) A i B, ugroien je promet na oba puta. U prospojnicima A, B i C treba u Sto kraCem vremenskom intervalu prospojiti promet na rezervne putove: rezervni put (A, D, B) umjesto primarnog (A, B) i rezervni put (A, D, C) umjesto primarnog (A, B, C).

prospojnik

x kanala od Evora A Evora B y kanala od Evora A Evora C

AB, ABC - primami putovi ADB, ADC - rezewni putovi

S1. 2.35 Prospajanje u transmisijskoj mreii u sluEaju kvara

medunarodna, nacionalna i

povezana mreia prstenasta rnreia

zvjezdasta rnreia

bakar, radio, optika

.

------------mreFa

lokalna razina

ADM ili OADM

suEelja OlElO ili OIE

S1.2.36 Osnovne topologije transportnih mreia

2.7. Arhitekture transmisijskih mreia

Suvremena arhitektura transmisijske mreie razlikuje dvije osnovne razine: jezgrenu i pristupnu mreiu. U jezgrenoj mreii s veCim udaljenostima izmedu transmisijskih Evorova, na medunarodnoj i nacionalnoj razini, primjenjuje se povezana optiEka mreia jer minimizira duljine optiEkih putova. U Evorovima se koriste elektriEki prospojnici (DXC) s tendencijom prema primjeni optiEkih prospojnika (OXC). Radi povedanja mogudnosti preiivljavanja u sluEaju kvara, primjenjuju se redundantni optiEki putovi uz primjenu razlicitih scenarija zaStite i obnavljanja (npr. zaStita 1+1, 1:1, obnavljanje puta, obnavljanje linka). OptiCka transmisijska mreia koja obuhvada optiEki prijenos i prospajanje u optiEkoj domeni, najEeSCe na razini valnih duljina, naziva se sveoptiEkom transmisijskom mreiom. Na razini mreEe gdje udaljenosti nisu velike (regionalna razina) najviSe se koristi prstenasta struktura. U prstenastoj mreii primjenjuju se addldrop multiplekseri i to elektricni (ADM) ili optiCki OADM. Radi zaStite u sluEaju kvara, koristi se dvostruki prsten. Na razini pristupne mreie najEeSde se koristi zvjezdasta struktura, kao najjeftinija, ali i najnepouzdanija. DanaSnja hijerarhija razina transmisijske mreie u slojevitom prikazu ima tendenciju smanjenja skupih i sloienih posrednika (ATM i SDH) izmedu sveprisutnog IP sloja i perspektivnog fiziEkog sloja DWDM (Sl. 2.37). Protokol s komutacijom oznaka u IP mreii MPLS (Multi-Protocol Label Switching) u optiEkoj domeni postaje protokol s komutacijom valnih duljina MPhS (MultiProtocol Lambda Switching).

I

ATM

I

MPLS

I

MPhS

I

SDH I

I

I

DWDM

1

S1. 2.37 Razine mreie

U IP mreii primjenjuje se komutacija paketa, kao najucinkovitiji naEin prijenosa i komutacije podataka u mreii. BuduCi da se i dalje oEekuje velik porast podatkovnog prometa u telekomunikacijskoj mreii, moie se oeekivati razvoj i implementacija optiEke komutacije paketa (OPS - Optical Packet Switching) u optiEkim mreiama nove generacije. S tehnoloSkog glediSta ovaj zadatak nije jednostavno realizirati jer pretpostavlja brzu optiEku komutaciju

2. Transmisijske mreie

zaglavlja paketa i primjenu optiEkih memorija. Kao kompromisno rjeSenje razmatra se optiEka komutacija snopova (OBS - Optical Burst Switching) u kojoj se paketi agregiraju u velike snopove koji se prenose odvojeno od zaglavlja snopa i tako ostavljaju dovoljno vremena za elektroniEko procesiranje i usmjeravanje. Na S1. 2.38 prikazana je evolucija funkcionalnosti optiEke mreie koja se oEekuje u sljedekih nekoliko godina. komutacija paketa

0

koegz~stencija OXC i DXC

.+-

-

prstenovi s obojenim dionicama dinamiEk~OADM STMl na zahjev

DWDM toEka-vise t o a k a statiEki OADM

toEka-toEka - WDM & DWDM optiEka pojaEala (EDFA)

1994.

vrijerne

. 2000.

2006.

S1. 2.38 Evolucija funkcionalnosti optiEke transmisijske mreie

Literatura [I] [2] [3]

[4]

[5]

[6]

M. SEXTON,A. REID, Broadband networking, ATM, SDH, and SONET, Artech House, Boston, London, 1997. R. RAWASWAMI,K. N. SIVARAJAN,Optical Networks, A Practical Perspective, Morgan Kaufmann Publishers, 1998. D. M. SPIRIT,M. J. O'MAHONY,High Capacity Optical Transmission Explained, John Wiley, 1995. - P. DEMEESTER, B-ISDN: Introduction to ATM and SDH, Tutorial of 19'h European Conference on Optical Communications, ECOC 1993, Montreux, Switzerland, pp 25-49. B. MIKAC, R. INKRET, Availability comparison of two all-optical approaches, in Optical Network Design and Modelling (editors H.R. van As, A. Jukan) Chapman & Hall, 1998, pp. 133-147. P. BATCHELOR, B. DAINO,P. HEINZMANN, D. R. HJELME,R. INKRET,H. A. JAGER,M. JOINDOT,A. KUCHAR,E. LE COQUIL,P. LEUTHOLD,G. DE MARCHIS,F. MATERA,B. MIKAC, H.- P. NOLTING,J. SPATH, F. TILLEROT,B. VANCAENEGEM, N. WAUTERS,C. WEINERT,Ultra-high capacity optical transmission networks, Final Report of Action COST 239, Faculty of electrical engineering and computing, Zagreb, 1999.

3. Pristupne mrefe

Pojavom Sirokopojasnih usluga (videokonferencija, telemedicina, uEenje na daljinu, prijenos digitalnog TV signala, mreBne igre, itd.) brzine raEunalnih komunikacija neprestano rastu te je sve EeSdi problem zaguSenja postojeCe javne prijenosne mreie i sve veda potreba za povedanjem kapaciteta mreie do svakog korisnika. Kao moguda rjeSenja povedanja prijenosnog kapaciteta prema jednom ili grupi korisnika poj avljuju se napredne tehnologije pristupa (Sl. 3. I), i to: pristupne tehnologije po bakrenim paricama (DSL - Digital Subscriber Line); optiCke pristupne tehnologije (FITL - Fiber In The Loop); pristupne tehnologije preko koaksijalnog kabela ili tehnologije po optiEkoj parici i koaksijalnom kabelu (HFC - Hybrid Fiber Coax); beiiEne pristupne tehnologije (WLL - Wireless Local Loop). Granica izmedu pristupne i javne mreie nikada nije toEno definirana iz razloga Sto obje mreBe Eesto koriste sliEne ili iste tehnologije. IP usmjerivaEi i ATM komutatori najEeSCe pripadaju javnoj rnreii, dok prijenosne tehnologije koje povezuju krajnje korisnike s javnom mreiom tvore pristupnu mreiu.

Referentni modeli pristupnih mreZa U bududnosti se planira niz novih usluga vezanih za prijenos multimedijskih informacija preko Interneta. Kako se radi o velikom broju razlicitih aplikacija, postoji velika opasnost postojanja zatvorenih razvojnih platformi i nestandardnih rjeSenja. Stoga je orijentacija svih proizvodaEa usmjerena prema definiranju zajedniEkih polaziSta i standarda. Za nove usluge najbitnije je da ne budu ovisne o pristupnoj tehnologiji, kao Sto je za svaku tehnologiju bitno da moie prenositi bilo koju uslugu (Goralski [1998]).

3. Pristupne mreie

Iako se pristupne tehnologije razlikuju po fizitkim i topoloSkim osobinama, nekoliko svjetskih nonnizacijskih organizacija razvilo je referentne modele za pristupnu mreiu (DAVIC - Digital Audio-Visual Council, ITU - International Telecommunication Union, ATM Forum, i dr.). Svaki model podijeljen je u nekoliko cjelina, i to:

korisnitka mreia (mreia korisnitkih uredaja - nekoliko ratunala povezanih u lokalnu mreiu); pristupna mreHa (infrastruktura koja povezuje korisniCku mreiu s mreiom telekomunikacijskog operatora); prijenosna mreia (javna mreia); standardizirana suEelja izmedu pojedinih nabrojanih cjelina.

El radio

S1. 3.1 RazliEite tehnologije u pristupnoj rnreii

3.1. Priienosni mediii i modulaciiske tehnoloaiie

3.1. Prijenosni mediji i modulacijske tehnologije 3.1 .l. Bakrena parica i njene karakteristike Bakrena parica sastoji se od dvaju medusobno izoliranih i upredenih vodiEa. NajEeSde je vedi broj bakrenih parica smjeSten unutar kabela i zagtiden zajedniEkim omotaEem. Bakrena parica dolazi u svoje dvije izvedbe, i to: oklopljena (STP - Shielded Twisted Pair) i neoklopljena (UTP - Unshielded Twisted Pair). UTP se najEeSde koristi za telefonske instalacije i kabliranje u lokalnim racunalnim rnreEama zbog jednostavne instalacije i niske cijene ugradnje. Parica UTP nije imuna na elektromagnetska presluSavanja, Sto ukljuEuje i preslugavanja izmedu susjednih parica unutar jednog kabela. Radi smanjenja presluSavanja i poboljSanja karakteristika prijenosnog medija, parice se dodatno zaStiduju (oklapaju) metalnim plaStom.

1

0.1 1 kHz

1 MHz

1 GHz f rekvencija

1 Mz

1000 M z

S1. 3.2 PriguSenje snage signala za razliEite prijenosne medije Na slici (Sl. 3.2) je predocena ovisnost priguSenja snage signala po jedinici duljine o frekvenciji signala za razliEite prijenosne medije. Vidljivo je da bakrena parica u usporedbi s koaksijalnim kabelom i optiEkom paricom pokazuje najloSija svojstva (Stallings[l997]). Prijenosne karakteristike bakrenih parica pregledno su dane u nastavku.

3. Pristupne mreie

PremoSteni odvojci PremoSteni odvojci (bridged taps) jedan su od najvainijih problema s kojima se susreku prijenosne tehnologije po bakrenim paricama. PremoSteni odvojci nalaze se izmedu glavne parice koja dolazi od centrale (Central Office), i pojedinih korisniEkih prikljucaka. PremoSteni odvojci uzrokuju odjek (echo). Refleksija signala s odvojka, koji nije zakljucen karakteristicnom impedancijom, uzrokuje gubitak i izoblicenje prijenosnog signala kako je predoEeno na slici (Sl. 3.3).

centrala

odasiljanje signala

korisnik

n

dijeljenje energije signala

refleksija signala na otvorenom kraju reflektirani signal se ponovno dijeli uzrokujuci odjek

S1. 3.3 Utjecaj premoStenog odvojka na propagaciju signala

PriguSenje i induktivni elementi parice Jedan od nedostataka prijenosa govora iiEanim medijem je taj Sto porastom duljine linije dolazi do znaEajnog pada kvalitete prenesenog govora, te do slabljenja i gubitka snage signala. Da bi se izbjegao gubitak snage signala nastao uslijed presluSavanja, parice su dodatno upredene, Eime se dodaje induktivitet koji poniStava utjecaj kapaciteta unutar parice. Druga mogudnost smanjenja presluSavanja je dodavanje induktivnih elemenata parici (loading coils), Eime se uz induktivitet koji se dobiva upredanjem uveliko smanjuje gubitak signala, posebice na niZim frekvencijama. Utjecaj induktivnih elemenata na priguSenje vidljiv je na slici (Sl. 3.4). Prikazan je utjecaj triju glavnih vrsta induktivnih elemenata (H, B i D) na parice promjera 0,6 mm. Utjecaj induktivnih elemenata na prijenos zamjetan je do 5 kHz (manje

3.1. Prijenosni mediji i modulacijske tehnologije

priguSenje signala), Sto ovisi o vrsti induktivnih elemenata koji su dodani parici, nakon Eega guSenje na parici raste gotovo eksponencijalno ovisno o frekvenciji.

A -

priguSenje [dB/kml

bez induktivnih elemenata

-

H-88

I

I

I 0,6

1,4

I 2,2

I

I 3,O

B-44

D-66

I

I 3,8

I

I 4,6

I

I

frekvencija b

5,4

[kHz1

S1. 3.4 Utjecaj induktivnih elemenata na priguSenje

Svaka od triju pobrojanih vrsta induktivnih elemenata karakterizirana je dvama parametrima, i to udaljenoSCu izmedu induktivnih elemenata na prijenosnom putu, te brojem milihenrija (standardna mjera za induktivitet) koji pojedini induktivni element dodaje parici. Paricama se najCeSde dodaju sljedeCi induktivni elementi: B-44, D-66 i H-88. B-44 dodaje 44 milihenrija induktiviteta parici uz razmak izmedu elemenata od 0,91 km. D-66 dodaje 66 milihenrija uz razmak izmedu elemenata od 1,37 km, dok H-88 dodaje 88 milihenrija uz razmak izmedu induktivnih elemenata od 1,83 km. Na primjer, postojanje induktivnih elemenata na prijenosnom putu predstavlja velik problem uvodenju tehnologije DSL u pristupnu mreiu zato Sto ista koristi pojas prijenosa Eija je Sirina reda MHz (na primjer: ADSL 1,l MHz, VDSL do 30 MHz) (Goralski [1998]).

PresluSavanje Sum (smetnje) prouzroEen presluSavanjem pojavljuje se zbog elektromagnetskog zraEenja pojedinih iica u kabelu. ElektriEna i magnetska polja stvaraju inducirane struje u susjednim paricama uzrokujuCi u njima Sum presluSavanja. Postoje dva tipa presluSavanja; na bliiem kraju (NEXT - Near End Crosstalk) i na daljem kraju (FEXT - Far End Crosstalk). PresluSavanja NEXT i FEXT objasnit Cemo na jednom jednostavnom primjeru (SI. 3.5). Pretpostavimo da osoba A razgovara s osobom B, dok neovisno o njima osoba C razgovara s osobom D. PresluSavanje Cemo objasniti na primjeru osobe C. PresluSavanje na bliiem kraju se javlja kada osoba C prima njoj namijenjen promet upuCen od osobe D, te dio prometa koji osoba A upuCuje osobi B.

3. Pristupne mreie

PresluSavanje na daljem kraju se javlja kada osoba C prima joS i dio prometa koji osoba B Salje osobi A.

NEXT se najEeSde razmatra kod dvosmjernog prijenosa kod kojeg se frekvencijski spektri odlaznog i dolaznog signala preklapaju. Utjecaj FEXT-a na prijenosne sustave je jako malen i Eesto se zanemaruje.

/

NEXT

I ;

I/ FEXT /

Duljina linija Duljina parica koje koristimo uglavnom je ograniEena gubitkom snage signala. NajEeSCe se koristi neoklopljena parica koja omogukuje prijenos govora zadovoljavajuCe kvalitete na udaljenosti do 5,5 km od centrale.

RazliCiti promjeri i spojevi parica Posljedica spajanja parica razliEitih promjera dovodi do pojave refleksije signala na svakom spoju zbog promjene karakteristicne impedancije parice.

Impulsni Sum Impulsni Sum je pojava rnijeSanja vise frekvencija, u trajanju od pribliino 100 rnikrosekundi, pri Eemu je vrSni napon oko 10 mV. To je interferencija razliEitih neieljenih signala nastalih od drugih izvora. Impulsni Sum osobito se uoEava na viSim frekvencijama.

3.1.2.

Koaksijalni kabel

Koaksijalni kabel najEeSCe se koristi kao prijenosni medij za analogne i digitalne uskopojasne i Sirokopojasne video aplikacije, kao i za digitalni prijenos podataka. NajviSe koriSteni tipovi koaksijalnog kabela su:

RG-6 za video i TV instalacije (impedancija 75 Q);

3.1. Prijenosni rnediji i rnoduiacijske tehnologije

RG-58 za Ethernet koji dolazi u dvije izvedbe: prva RG-58lU ili RG5 8 A N nazvana tank Ethernet (thinnet) promjera kabela 0,5 cm i impedancije 50 52 i druga nazvana debeli Ethernet (twinnet) promjera kabela 1 cm i impedancije 50 52; RG-62 kabel impedancije 93 52 za lokalnu mreiu ARCNet (ARCNET Attached Resource Computer Networks) i IBM-ove sustave kabliranja.

Prednosti i nedostaci Koaksijalni kabel pokazuje dobra svojstva u pogledu elektromagnetsluh zraCenja (manje preslusavanje u usporedbi s bakrenom paricom). Koristi prijenosni frekvencijski pojas od 5 MHz do 2,2 GHz unutar kojeg su podriane prijenosne brzine do 1 Gbitls. Nedostaci se oEituju u relativno maloj savitljivosti, povekanoj dimenziji (promjer) i cijeni u usporedbi s bakrenom paricom.

3.1.3.

OptiCka parica

Karakteristike optiCke parice pregledno su dane u poglavlju Transmisijske mreie.

3.1.4.

Modulacijske tehnologije i linijski kodovi

U ovom poglavlju bit Ce opisani modulacijski postupci i linijski kodovi koji se najCeSCe koriste u pristupnim mreiama.

Modulacijske tehnologije QAM i CAP Modulacija CAP (Carrierless Amplitude and Phase) je po naEelima rada dosta sliEna kvadraturnoj amplitudnoj modulaciji (QAM - Quadrature Amplitude Modulation). Dvije navedene modulacijske tehnike matematiEki gledano potpuno su j ednake, dok je j edina razlika u nj ihovoj implementaciji. Najbolji opis modulacije CAP bio bi: " Modulacija QAM bez nosioca". Kvadraturno amplitudno modulirani signal nastaje kada dva neovisna diskretna digitalna signala P i Q moduliraju dvije kvadraturne komponente (cos2.nf,t i sin2nht) prijenosnog ili nosekeg signala. Modulirani QAM signal ima dvostrani frekvencijski pojas prijenosa s istaknutim nosiocem. Ako su modulacijski signali P i Q predoEeni diskretnim signalima s M razina, onda govorimo o QAM signalu s M' simbola ili stanja faze i amplitude. Jednostavnije reEeno, kod modulacije QAM mijenjaju se amplituda i faza moduliranog signala u ovisnosti o sekvencijama bita koje ulaze u modulator i

3. Pristupne mreie

njihovom rasporedu u konstelacijskom dijagramu. Na slici (Sl. 3.6) predoEen je konstelacijski dijagram stanja 16QAM signala. Svakom stanju moduliranog signala pridruiuju se Eetiri binarna znaka (bita).

S1. 3.6 Dijagram stanja 16QAM signala Kod modulacije CAP dvosmjerna komunikacija tj. razdvajanje odlaznog i dolaznog smjera izvedeno je frekvencijskim razdvajanjem ili pomoCu poniStavaCa odjeka. Medutim, veCina proizvoda s modulacijom CAP koristi frekvencijsko razdvajanje smjerova. Modulacija CAP za slanje bitova koristi frekvencijski pojas prijenosa do 1,5 MHz (Goralski [1998]).

Modulacijska tehnologija DMT DMT (Discrete Multitone) je tehnologija modulacije signala temeljena na frekvencijskom multipleksiranju. DMT koristi frekvencijski pojas bakrene parice u rasponu od 0 Hz do 1,104 MHz. 256 potkanala 1256 x 4,3125 kHz = 1104 kHz odlazni smjer

4

b

4,3125 kHz

b

dolazni smjer

4-

potkanal

b

8

:m -.

n n ~ p o

C

-a, w

0-4

b 26

200

250

1104

f [kHz]

S1. 3.7 Frekvencijski spektar koji koristi modulacija DMT u ADSL-u

3.1. Prijenosni mediji i modulacijske tehnologije

Ovaj frekvencijski pojas podijeljen je u 256 prijenosnih potkanala Sirine frekvencijskog pojasa 4,3125 kHz. Pojedini potkanali koriste se na jedan od sljedeCih triju naEina: za prijenos govornog prometa, za prijenos podataka u dolaznom ili za prijenos podataka u odlaznom smjeru (Bingham [2000]). Prethodno opisane frekvencijske podjele predoEene su na slici (Sl. 3.7). Unutar svakog potkanala koristi se modulacija 64QAM. Odlazni i dolazni smjerovi mogu se prenositi na naEin da se frekvencijski odvajaju ili na naCin da se frekvencijski preklapaju. Tehnika ponigtavanja odjeka (echo cancelling) je postupak kod kojeg se za dolazni smjer prijenosa uzima i frekvencijski dio pojasa koji sluBi za odlazni smjer, Eime se ukupni pojas prijenosa za dolazni smjer poveCava. U tom sluEaju potrebno je osigurati dodatno sklopovlje kojim Ce se poslani podaci razlikovati od primljenih. To se realizira stavljanjem podataka koji se Salju u sprernnik i usporedbom istih s podacima koji se detektiraju u pojasu prijenosa koji je predviden za dolazni smjer (Sl. 3.8). poniStavanje odjeka,

odlazni s q e r

dolazni srrjer

S1. 3.8 DMT s tehnikom poniStavanja odjeka

Svaki potkanal nosi svoj broj koji se oznaEava kao #broj potkanala. Od 256 potkanala za prijenos korisnicke informacije koristi se maksimalno 250, dok su ostali rezervirani za druge potrebe ili se uopCe ne koriste. Tako je potkanal #64 (275 kHz) rezerviran za pilotski signal. Potkanali od #1 do #6 rezervirani su za govorni promet. Koliko Ce se potkanala koristiti za pojedini smjer prijenosa, ovisi o stanju linije, ali i o naEinu razdvajanja smjerova (Goralski [1998]).

S1. 3.9 DMT s fiekvencijskim razdvajanjem smjerova

3. Pristupne mreie

Ako se koristi frekvencijsko razdvajanje smjerova prijenosa, u odlaznom smjeru se mogu koristiti maksimalno 32 potkanala (od #7 pa naviSe), dok se za dolazni smjer moie koristiti maksimalno 218 potkanala (Sl. 3.9).

Linijski k6d 281 Q Linijski k6d 2B1Q predocava dva bita s jednim kvaternarnim simbolom. K8d se pojavio kao nadomjestak za linijski k8d AM1 (Alternate Mark Inversion) koriSten u prijenosnim sustavima ElIT1. K6d AM1 zauzima frekvencijski pojas Sirine 1,5 MHz, dok k6d 2B1Q zauzima frekvencijski pojas Sirine 80-240 kHz za prijenosne brzine do 2 Mbit/s (Goralski [1998], Starr et al. [1999]).

prvi bit

drugi bit

kvaternarni sirnbol

I

0

+3

1

1

+I

0

1

-1

0

0

-3

S1. 3.10 Kodiranje kodom2BlQ

Prije prijenosa slijeda bitova (bit stream) bitovi se grupiraju u parove koji se preslikavaju u kvaternarne simbole kao Sto je predoEeno na slici (Sl. 3.10).

3.2. Protokoli sloja podatkovnog linka Sloj podatkovnog linka osigurava prijenos informacija izmedu dva mreina elementa. Mehanizrni upravljanja implementirani na ovom sloju podr2avaju prijenos podatkovnih jedinica, Eesto nazvanih okviri, preko fiziEkog suEelja. Glavni zadaci sloja podatkovnog linka su grupiranje bitova u okvire, numeriranje okvira i njihova isporuka na odrediSnoj strani u ispravnoj fonni tj. bez pogreSaka. Mehanizmi zaStite podataka od pogreSaka ukljuEuju razliEite tehnike ponovnog odaSiljanja (ARQ - Automatic Repeat reQuest) u kombinaciji s kodovima za detekciju pogreSaka. Svaka od tehnologija pristupa na sloju podatkovnog linka koristi okvire za prijenos infonnacija. U nastavku je pregledno dan opis najvainijih protokola koji se koriste na sloju podatkovnog linka u tehnologijama pristupa.

3.2. Protokoli sloja podatkovnog linka

Protokol HDLC Jedan od vainijih protokola sloja podatkovnog linka je protokol HDLC (HighLevel Data Link Control) definiran standardima IS0 33009 i IS0 4335. Korijene protokola HDLC nalazimo u protokolu SDLC (Synchronous Data Link Control) razvijenom od strane IBM-a u ranim 70-im godinama proSlog stoljeCa. S ciljem podrSke razlicitih aplikacija, protokol HDLC definira tri tipa stanica (primarna, sekundarna i kombinirana), dva tipa konfiguracije linka (uravnoteieni i neuravnoteieni) i tri naEina prijenosa (normalni uz odgovor, asinkroni uravnoteieni i asinkroni uz odgovor) (Stallings 119971). zastavica

adresa

8 bita

8ili16 bita

upravljanje

8ili16 bita

informacija

FCS

0-n okteta

16 ili 32 bits

zastavica

bits

S1. 3.11 Format HDLC okvira

HDLC koristi sinkroni prijenos podataka u formi okvira. Na slici (Sl. 3.11) predoCen je izgled HDLC okvira. Zastavica, adresa i polje upravljanja prethode informacijskom polju i kraCe se nazivaju zaglavlje okvira (header), dok polje FCS (Frame Check Sequence) za detekciju pogreSaka i zastavica slijede iza informacijskog polja i nazivaju se zaEelje (trailer). Polje zastavica oznaEava poEetak i kraj okvira i njegov sadriaj je 0 1111110. Jedno polje zastavica moie se koristiti kao zavrSno polje za jedan okvir i istodobno poEetno polje za sljededi okvir. Prijemna strana u vezi koristi polje zastavica kako bi se sinkronizirala na poEetak okvira, a isto tako i kako bi detektirala kraj okvira. Pojava sekvencije 01 111110 bilo gdje unutar okvira moie dovesti do pada sinkronizma i gubitka informacije. Kako bi se ovo izbjeglo, u procesu formiranja okvira koristi se metoda umetanja bita (bit stufJing). Izmedu slanja poCetne i zavrSne zastavice predajnik de uvijek umetnuti dodatni bit 0 nakon svake pojave pet jedinica za redom unutar okvira. Na prijamnoj strani nakon detekcije poEetka okvira prijamnik nadgleda dolazni slijed bitova. Nakon pojave pet jedinica u slijedu, slijedi analiza Sestog bita. Ako je isti nula, on se briSe. Ako je Sesti bit jedinica i sedrni bit nula, prijamnik Ce detektirati kraj okvira. Adresno polje odreduje sekundarnu stanicu koja prima poslani okvir. Ovo polje ne mora postojati u okviru za linkove od toEke do toEke (osim za sluEaj neuravnoteienog linka gdje j ednoznaEno definira identifikator krajnj eg uredaja u vezi), ali se uvijek ukljueuje zbog uniformnosti okvira. Protokol HDLC definira tri tipa okvira, svaki s razlicitim formatom kontrolnog polja. Okviri I (information) prenose korisniCke informacije. Tehnike upravljanja tokom i zaStite od pogreSaka dodane su na informacijske okvire. Okviri S (supervisory) prenose kontrolne informacije nuine za reguliranje prijenosa okvira I. Okviri U (unnumbered) koriste se za prijenos korisniEkih informacija, kao i za prijenos

3. Pristupne mreie

kontrolnih informacija nuinih za odriavanje sloja podatkovnog linka. Prva dva bita unutar polja upravljanja definiraju tip okvira. Informacijsko polje nalazi se unutar okvira samo ako se radi o okvirima I i nekim okvirima U. Polje moie sadriavati bilo koju sekvenciju bitova. Duljina polja je promjenjiva s maksimalnom vrijednoSCu definiranom od strane sustava. Polje FCS predstavlja k6d za detekciju pogreSaka i izraEunava se na osnovu svih bitova okvira bez polja zastavica. Funkcioniranje protokola HDLC zasniva se na izmjeni okvira I, S i U izmedu dvaju mreinih uredaja u vezi.

Protokol PPP Protokol PPP (Point-to-Point) standardiziran je od organizacije IETF (Internet Engineering Task Force) kao nadogradnja protokola HDLC mehanizrnima raspoznavanja protokola mreinog sloja. PPP dopuSta uspostavu veza od toEke do toEke izmedu rnreinih uredaja, podriavajuCi pritom, u nekom odsjeEku vremena, istodobni prijenos okvira za razliEite protokole mreinog sloja preko sloja podatkovnog linka. zastavica

adresa

upravljanje protokol

informc~ja

FCS

zastavica

16 bita

8 bita

4 8 bita

8 bita

8 bita

16 bita

0-nokteta

S1. 3.12 Format PPP okvira

Na slici (Sl. 3.12) predoi-en je okvir za protokol PPP. Jedina razlika u odnosu na okvir protokola HDLC je u postojanju dodatnog polja "protokol" koje sadriava naziv protokola mreinog sloja. Adresno polje i polje upravljanja kod protokola PPP imaju jednoznai-nu vrijednost hex "FF" i hex "03". Stalna vrijednost adresnog polja proizlazi iz toga Sto svaki okvir ima samo jedno moguCe odrediSte, a to je mreini uredaj na drugoj strani veze (Stallings [1997]).

Protokol LAPB Protokol LAPB (Link Access Procedure, Balanced) standardiziran je od organizacije ITU-T kao protokol sloja podatkovnog linka u paketskim mreiarna. Dio je protokola HDLC i podriava jedino asinkroni uravnoteieni naEin prijenosa za prijenosne linkove od toEke do toEke. Protokol se koristi u mreiama X.25 tipa na drugom sloju.

Asinkroni naCin transfera informacija Asinkroni naEin transfera informacija (ATM -Asynchronous Transfer Mode) je tehnologija namijenjena za prijenos razliEitih vrsta podataka u brzim mreiama. ATM u prijenosu koristi potpuno drugaEiji format okvira nazvan Celija. delija je

3.3. Pristupne tehnologije po bakrenim paricama

konstantne duljine od 53, okteta odnosno 424 bita. VeCina tehnologija pristupa podriava prijenos ATM Celija unutar okvira na sloju podatkovnog linka koristeCi razlitite metode enkapsulacije. Detaljnije o tehnologiji ATM u poglavlju Asinkroni naEin transfera informacija.

Komutacija okvira Komutacija okvira obradena je u istoimenom poglavlju.

3.3. Pristupne tehnologije po bakrenim paricama DSL je skup prijenosnih tehnologija koje izlaze u susret korisnitkim zahtjevima za sve veCim brzinama prijenosa podataka. Sve DSL tehnologije iskoriStavaju raspoloiivi prijenosni spektar u bakrenim telefonskim linijama, koristedi napredne modulacijske tehnike za prijenos podataka velikim brzinama. Osnovna razlika izmedu DSL tehnologija leii u njihovim brzinama prijenosa, dozvoljenim udaljenostima i vrsti usluge koju podriavaju.

Prednosti DSL tehnologije Tehnologija DSL omoguduje sljedede prednosti za ponudaEe usluga:

koristi postojede bakrene parice. Usluge se izvode preko ved postojede infrastrukture bakrenih parica, Sto korisnicima omoguduje pristup Internetu velikim brzinama prijenosa; istodobni prenosi govorni i podatkovni promet. Tehnologija DSL podriava istodobni prijenos govornog i podatkovnog prometa, usmjeravajudi pritom podatke na odvojenu paketsku ili delijsku podatkovnu mreiu; radi u postojetim mreiama. Tehnologija DSL radi na postojedoj mreBnoj infrastrukturi te ne zahtijeva komutacijske nadogradnje na svim pristupnim uredaj ima; osigurava privatnost. DSL rnreie osiguravaju privatnost jer se za prijenos koriste postojede telefonske parice koje tvore linkove od toeke do toEke (point-to-point)izmedu svakog korisnika i rnreie, te se tako osigurava da podaci budu vidljivi samo korisniku kojem se Salju; jednostavno se ugraduje. Usluga se moie dodijeliti novom korisniku jednostavnom ugradnjom DSL pristupnog uredaja na korisniEkoj strani te

3. Pristupne mreie

prikljutivanjem DSL linka na odgovarajudi govorni ili podatkovni rnreini komutator. Osnovna ideja svih DSL tehnologija temelji se na postojanju posebnih modema na korisniekoj strani i na strani centrale. Parica koja je koriStena u telefoniji za prijenos govora u pojasu od 300 do 3400 Hz, u DSL tehnologijama se naprednim modulacijskim tehnikama eksploatira u Sirem frekvencijskom podruiiju. Medutim, koriStenje takve, "stare" infrastrukture za vrlo brze usluge, donosi niz novih tehniCkih problema. Prije svega problem je u koriStenju parica koje imaju brojna ogranieenja Sto utjeEu na kvalitetu prijenosa, te ograniceni domet prijenosa (Goralski [1998], Bingham [2000]).

3.4. DSL tehnologije 3.4.1.

Uskopojasni ISDN

Uskopojasni ISDN (Integrated Services Digital Network), standardiziran krajem 1986. godine, bio je prvi korak u integraciji govora i podataka i kao takav je zahtijevao digitalizaciju pretplatnicke petlje (Sl. 3.13). ISDN standard nastao je kao rezultat zajedniekog rada standardizacijskih organizacija ANSI i ITU i objavljen je pod oznakama ANSI TI.601 i ITU 1.431.

bakrena parica

S1. 3.13 Implementacija tehnologije ISDN u pristupnoj mreii

Osnovni korisniEki pristup ISDN-u (BRI - Basic Rate Interface) je najEeSdi sluEaj ISDN sucelja. Ima prijenosnu brzinu 160 kbit/s (dva kanala B brzine 64 kbitls, jedan kana1 D brzine 16 kbitls, koji prenosi informacije za uspostavu i raskid veze, i 16 kbit/s dodatnog zaglavlja).

3.4. DSL tehnologije Signal se prenosi preko jedne parice izmedu ISDN centrale i korisnika. Na krajevima parice nalaze se ISDN moderni. Osnovni korisniCki pristup u ISDN-u zahtijeva frekvencijski pojas Sirine 80 kHz ako se u prijenosu koristi linijski k6d 2B1Q, ili 120 kHz ako se koristi linijski k8d 4B3T.

Primarni korisnizki pristup ISDN-u (PRI - Primary Rate Interface) ukljuEuje 30 kanala B i dva dodatna kanala narnijenjena za signalizaciju i sinkronizaciju, dakle ukupno 32 kanala (Hopkins [1995]).

Prednosti i nedostaci ISDN-a Prednosti koje donosi ISDN u odnosu na modeme koji rade u govornom frekvencijskom podruEju (0 - 4 kHz)oEituju se u poveCanju prijenosne brzine s 33,6 i 56 kbit/s na 160 kbit/s, u istodobnoj podrSci prijenosa podatkovnih i govornih usluga kao i u potpunoj digitalizaciji prijenosnog puta Eime su izbjegnute analogno-digitalne (Analog/Digital) pretvorbe. LoSa strana je Sto kvaliteta signala u prijamu ovisi o stanju parice, njenoj duljini i izvedenim spojevima na njoj. Isto tako, prijenosni kapacitet koji se postiie ISDN tehnologijom nedostatan je za veCinu sadaSnjih, a pogotovo za neke buduCe multimedijske usluge.

3.4.2.

Tehnologija HDSL

HDSL (High bit rate DSL) je prva DSL tehnologija i od svih DSL tehnologija ujedno i najraSirenija. HDSL je razvijen 1991. godine i standardizirao ga je ANSI (American National Standards Institute) u Americi i ETSI (European Telecommunications Standards Institute) u Europi. Svaka od te dvije standardizacijske udruge definirala je vlastiti naEin izvedbe HDSL modema. Po ANSI standardu modem radi na dvije parice i svaka parica prenosi 784 kbit/s (jedan Tl). ETSI definira prijenosni sustav E l na dvjema paricama s prijenosnom brzinom od 1168 kbit/s po parici i prijenosni sustav E l s trima paricama uz brzinu od 784 kbit/s na svakoj parici. Domet HDSL-a je 2,7 - 3,6 km uz parice promjera 0,4 i 0,5 rnrn, dok je na duljini manjoj od 1,5 km dopuSteno postojanje dva promoStena odvojka koji ne utjeCu na smanjenje brzine prijenosa. Domet se mo2e poveCati na 8 km koristeCi HDSL regeneratore signala. Udaljena HDSL oprema i HDSL regeneratori signala mogu koristiti napajanje iz postojeCe rnreie. Tehnologija HDSL u prijenosu koristi linijski k6d 2BlQ.

Format okvira HDSL, kao i veCina drugih brzih prijenosnih tehnologija, koristi strukturu okvira za prijenos korisniEke informacije. HDSL linijom okviri se Salju jedan za

3. Pristupne mreie drugim bez pauze medu njima. Za sluEaj da nema korisniEkog prometa, okviri se popunjavaju unaprijed definiranim sadriajem. Takvi okviri prenose se iz razloga odriavanja sloja podatkovnog linka. Unutar HDSL okvira prenose se dvije vrste podataka: korisniCke informacije i upravljaEke informacije. HDSL okvir Salje se svakih 6 ms, Sto pribliino odgovara brzini slanja od 167 okvira u sekundi. U takav okvir stane 6960 kvaternarnih simbola ili 13920 bita. Okvir se sastoji od Cetiriju grupa podataka. Prva grupa zapoCinje sinkronizacijskom rijeEi duljine 14 bita ili 7 kvaternarnih simbola (SYN - Synchronization). Nakon nje slijedi zaglavlje duljine jednog kvaternarnog simbola (HDSL Overhead - HOH), a nakon njega dvanaest blokova korisniEkih informacija (Bxy - payload Block). Unutar svakog okvira mogu se nalaziti joS dva dodatna kvaternarna simbola koji sluie za popunjavanje praznine u okviru (ST - Stuff). Z (HDSL framing) bitovi Eine dodatni kana1 za prijenos zaglavlja brzine 8 kbids. Prvih osam bita Z rezervirano je za budude potrebe i njihova vrijednost je 1, dok vrijednost ostalih Z bita, tj. od 9. do 48. bita, ovisi o aplikaciji. 4 S H B B S Y O o o ... T ~ H 21 , ----

HDSL okvir, 6 ms B H B B 1 0 1 1 2 H 3 4

---_----_------

,'

;, 1 bit 1

B H B B ... 2 0 2 2 4 H 5 6

------------------------_----

parica 1

z

1

4

7

...

parica 2

Z

2

5

8

...

1

B H B B ... 3 0 3 3 6 H 7 8

...

b B S 4 S Y 8 N-

-----_

3417 35

prijenos

parica 3

S1. 3.14 Format HDSL okvira

Slika (Sl. 3.14) predoeava HDSL okvir, standardiziran od strane ETSI-a, koji se koristi u prijenosnim sustavima El. Prijenos je izveden pomodu triju parica. Okteti 1, 4, 7,..., 34 nalaze se u prvom, okteti 2, 5, 8,..., 36 u drugom i okteti 3, 6,9, ..., 36 u trekem informacijskom bloku (Goralski [1998]).

Primjena HDSL tehnologije Tehnologija HDSL koristi se za: povezivanje korporacijskih rnreia ili individualnih korisnika s pruiateljima Internetskih usluga, tj. s njihovim posluiitelj skim raEunalima; podrSku uslugama: video konferencija i uEenje na daljinu;

3.4. DSL tehnologije

povezivanje baznih stanica beiiznih sustava sa srediSnjim operatorslum centrom.

3.4.3.

Tehnologija HDSL2

Sva ogranicenja koja su se pojavila kod prvih HDSL proizvoda ispravljena su u novoj generaciji HDSL-a, popularno nazvanoj HDSL2 (High bit rate DSL type 2), specificiranoj sredinom 1998. godine. Standard HDSL2 definira prijenosnu tehniku koja omogukuje digitalni prijenos signala velike brzine preko jedne upredene parice. Specificiran od strane radne grupe ANSI T1-El-4 i ETSI-a, standard definira dvosmjerni prijenos podataka brzinama 2,048 Mbit/s po jednoj parici uz domet od 4 km i 4 Mbit/s preko dvije parice uz domet od 4 km (Committee T1 [1999]). Standardom je takoder definiran i kontrolni kana1 brzine 272 kbit/s koji se koristi za izvrSavanje operacija upravljanja i odriavanja (OAMP - Operations, Administration, Maintenance and Provisioning). Standard osigurava istodobnu podrSku za prijenos podataka i govora, te upravljanje pogreSkama na nivou HDSL okvira. Modulacijske tehnike koje ovaj standard koristi su CAP ili PAM (Pulse Amplitude Modulation) (Bingham [2000]). HDSL2 modem napravljen je tako da zadovoljavajuke radi na vekini postojekih parica bez ikakvih dodatnih zahvata na oiiEenju.

3.4.4.

Tehnologija MSDSL

ZnaEenje kratice MSDSL (Multirate Symmetric DSL) u naSem jeziku bi se moglo opisati kao simetricna digitalna korisniEka linija s vise brzina prijenosa. Veliki novitet ove tehnologije u odnosu na druge tehnologije DSL je Sto dopuSta mijenjanje brzine prijenosa, a sarnim tim i dometa, ovisno o korisnikovim potrebama. MSDSL je razvijen iz tehnologije HDSL2 koja, kao i MSDSL, pri prijenosu koristi jednu paricu. MSDSL omogukuje simetriEan prijenos brzinama u rasponu od 272 kbit/s do 2320 kbit/s preko jednog para bakrenih iica. Tehnologija podriava istodobno koriStenje govome i podatkovne usluge, te Eak i videokonferenciju MPEG2 (Moving Picture Expert Group 2) formata (Paradyne [2000]). MSDSL koristi modulaciju CAP i kodiranje 2B1Q sa suEeljem prema digitalnim PBX (Private Branch exchange) sustavima.

3.4.5.

Tehnologija ADSL

ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) je dio rnreine arhitekture koja malim korisnicima omogukuje koriStenje Sirokopojasnih usluga, poput brieg pristupa Internetu, videa na zahtjev (VoD - Video on Demand), interaktivne trgovine, te raznih multimedijskih usluga. Standardiziran 1993. godine od strane

3. Pristu~nemreie

ANSI T1.El i ADSL Foruma, razvijen je tako da iskoristi postojeku infrastrukturu bakrenih parica za prijenos telefonskog i podatkovnog prometa. Prijenos informacija izvodi se razliEitim brzinama prijenosa u odlaznom i dolaznom smjeru. U smjeru od korisnika (upload) brzine se kredu u rasponu od 16 kbitls do 640 kbitls, dok su u dolaznom smjeru (download) od 1,5 do 8 Mbitls (realno 6,144 Mbitls). Prijenos informacija izvodi se preko jedne parice, a podaci se na ADSL liniji multipleksiraju koristeki modulacijske tehnike DMT ili CAP. U veCini sluCajeva modulacija DMT je odabrana kao standard zbog bolje prilagodljivosti promjenjivim uvjetima na liniji. Osnovna obiljeija modulacije CAP su jednostavnost u odvajanju smjerova (FDM - Frequency Division Multiplexing) i manje kaSnjenje u odnosu na DMT (Bingham [2000], Ginsburg [1999]). ADSL sustav koristi razdjelnik (splitter) za razdvajanje govornih i podatkovnih signala. Razdjelnik omoguduje prenoSenje frekvencijskog pojasa Sirine 4 kHz "ispod" digitalnog pojasa na ADSL liniji. Na korisniEkoj strani moie biti instaliran odvojeno od ADSL modema ili integriran u ADSL modem (Goralski [1998]). ADSL ima dva standarda, i to: G.dmt standard (ANSI TlE1.4 G.992.1) ilifill-rate i G.Lite standard (ANSI TlE1.4 G.992.2), Eesto nazivan i splitterless ADSL. Osnovna arhitektura ADSL sustava (prema ADSL Forumu) prikazana je na slici (Sl. 3.15). Iako se slika na prvi pogled moie Einiti zbunjujuCom, potreba za standardizacijom uEinila je rnnoge detalje neophodnima. Arhitektura se sastoji od odredenog broja standardnih suEelja izmedu kojih su definirane razliEite skupine funkcija. "c

U-C,

"A I

I I &

I

I I I I

U C U R U-R, l l I l

l l I l

----

telefonska

b

I I

I

-

KITS-C

S1. 3.15 Arhitektura ADSL-a

T-SM

I

I I

T

I I I

3.4. DSL tehnologije

Pruiatelji usluga prenose svoje informacije preko sutelja Vc do centrale. DSL pristupni multipleksor DSLAM (DSL Access Multiplexer) ima u sebi viSe jedinica ATU-C (ATU-C - ADSL Transmission Unit - Central Office). Ove jedinice sluie za komunikaciju s uredajima ATU-R (ATU-R - ADSL Transmission Unit - Remote) instaliranim na strani korisnika. ATU-R i ATU-C su u principu modemi na strani korisnika i u centrali. ATU-R mora osigurati pristup prijenosnom mediju za viSe korisnitkih uredaja. To je potrebno kako bi korisnik mogao na jedan zakupljeni mreini prikljueak prikljutiti nekoliko ratunala i televizor s prilagodnim sklopom. Komunikacija izmedu ATU-R-a i prikljutnih uredaja provodi se preko Etherneta ili ATM (Asynchronous Transfer Mode) mreie.

3.4.6.

Tehnologija G.Lite

Universal ADSL ili G.Lite, standariziran je od radne skupine UAWG (UAWG Universal ADSL Working Group) u listopadu 1998. godine kao standard G.992.2. Tehnologija G.Lite slitna je G.dmt ADSL-u po tome Sto ima mogudnost prilagodbe prijenosne brzine uvjetima na liniji. Medutim, G.Lite nema razdjelnika izmedu POTS uredaja (telefon, fax) i G.Lite modema, nego mikrofiltar koji instalira sam korisnik. Brzine podriane ugradnjom G.Lite modema ne ovise samo o duljini pretplatnitke linije (od centrale do korisnika), nego i o karakteristikama parice i POTS uredaja.

S1. 3.16 Odlazni i dolazni smjer prijenosa za tehnologiju G.Lite

Prijenosna brzina prema korisniku je 1,5 Mbit/s, a od korisnika 5 12 kbit/s. Da bi se izbjeglo medudjelovanje G.Lite modema i POTS uredaja, modem smanjuje brzinu na liniji tako brzo kako detektira aktivnost nekog od POTS uredaja. Ovo zahtijeva postojanje tehnike tzv. "brzog oporavka" modema koja omoguduje mijenjanje prijenosne brzine. Donja granica smanjenja prijenosne brzine nije

3. Pristu~nemreie

definirana, tako da nije preporucljivo govoriti o nekoj zajamcenoj brzini G.Lite modema. Nakon Sto je detektirao da je neki od POTS uredaja aktivan, G.Lite modem prekida slanje podataka u trajanju od nekoliko sekundi, kako bi se prebacio na niiu prijenosnu brzinu. Modem s ovakvim karakteristikama predstavlja veliki problem za protokole viSih slojeva. Sirina prijenosnog pojasa smanjena je u odnosu na G.dmt, i iznosi 578 &. Za multipleksiranje informacija na liniju, G.Lite koristi modulacijsku tehniku DMT. Frekvencijski pojas Sirine 578 kHz dijeli se na 134 potkanala (svaki Sirine 4,3125 kHz). Za prijenos korisniekih informacija koristi se 127 kanala. Dvosmjerni (full-duplex) naEin prijenosa postiie se frekvencijskim odvajanjem smjerova ili tehnikom poniStavanja odjeka (echo cancelling) (Issa et al. [1999], Issa et al. [1999a]). Pridjeljivanje pojedinih potkanala telefonskom prometu, odlaznom i dolaznom smjeru, prikazano je na slici (Sl. 3.16). Prijenos podataka prema korisniku (downstream) ostvaruje se pomoCu 102 potkanala (od 138 do 578 kHz), dok se za prijenos podataka od korisnika (upstream), u pojasu od 26 do 138 kHz, koristi 25 potkanala.

Format okvira i superokvira za G.dmt i G.Lite ADSL Svi protokoli funkcioniraju u slojevima i ADSL nije izuzet iz tog pravila. Na najniiem sloju bilo kojeg protokola su bitovi koji se prenose modulacijskim tehnikama DNIT i CAP. Ti bitovi su organizirani u okvire (frames) koji se potom smjeStaju u ADSL superokvire (superfames). ADSL superokvir sastoji se od 68 ADSL okvira. Neki od okvira imaju posebne funkcije, kao Sto su na primjer okviri 0 i 1 koji se koriste za kontrolu pogreSaka (CRC) i pri_ienos indikatorskih bitova za nadzor linka. Sinkronizacijski okvir (SYNC) prethodi svakom superokviru. Jedan ADSL superokvir Salje se svakih 17 ms, dok se ADSL okvir Salje svakih 250 ys (114000 okvira u sekundi) i sastoji se od dva dijela (SI. 3.17). -------SYNC

okvir 0

okvir 1

--------

okvir 34

okvir 35

i --- - - - - - - w ------

!

!

I

fast oktet

okteti za brzi prijenos

FEC

okteti za spori prijenos

S1. 3.17 Format okvira za G.dmt i G.Lite ADSL

Prvi dio predstavlja korisnieke informacije (fast data) osjetljive na kaSnjenje (prijenos videa i govora). Sadrfaj spremnika za brzi prijenos (fast buffer) unutar ADSL uredaja smjeSta se u ove oktete. Poseban oktet nazvan fast

3.4. DSL tehnoloaiie

prethodi oktetima za brzi prijenos i prenosi bitove za kontrolu pogreSaka i indikatorske bitove. Okteti za brzi prijenos zaStideni su poljem FEC (Forward Error Correction) za detekciju i korekciju pogreSaka. Drugi dio okvira puni se sadriajem iz tzv. interleaved spremnika. Prepleteni podaci imuni su na pogreSke, ali to "plaCajuWveCim vremenom njihove obrade i kaSnjenjem. Ovaj dio okvira je prvenstveno namijenjen za podatkovne aplikacije, kao Sto je npr. brzi pristup Internetu. Vaino je istaknuti da kod ADSL-a nema apsolutne velicine superokvira jer se ADSL brzina mijenja s vremenom. Iako, veliEina okvira je fiksna u smislu da se okviri moraju slati svakih 250 ps, a superokviri svakih 17 ms.

3.4.7.

DSL pristupr~imulntipleksor

Osnovna arhitektura DSLAM-a (DSL Access Multiplexer) prikazana je na slici (Sl. 3.18). Vidljivo je da arhitektura nije jednoznaEno vezana niti uz jednu DSL tehnologiju, a takoder niti uz jednu odredenu uslugu.

S1. 3.18 Arhitektura pristupnog multipleksora DSLM

DSLAM je najEeSCe smjeSten u sklopu lokalne telefonske centrale. Na korisnickoj strani DSLAM podrzava mnoge DSL tehnologije. Lokalna linija moie se zakljuEiti izravno na PC ADSL mreinoj kartici, i u tom je sluEaju ATU-R integriran u mreinoj kartici. Druga moguCnost ukljuEuje izdvojenost ATU-R moderna na korisnickoj strani. Vaino je istaknuti da DSLAM-ovi imaju arhitekturu odvojenu od ADSL-a i da takvi uredaji mogu podriavati razlicite DSL tehnologije, na primjer: HDSL, HDSL2, MSDSL, itd. DSLAM podriava

3. Pristu~nemreie

usmjeravanje telefonskog prometa od korisnika prema telefonskoj centrali i obratno. Sa strane pruiatelja usluga, DSLAM moie pruiati podrSku IP usmjerivacima, ATM komutatorima ili drugim Sirokopojasnim uredajima. UobiEajeno je da se IP usmjerivaE koristi za pristup Internetu ili intranetu. Alternativno, DSLAM arhitektura dopuSta da se svim uslugama i posluiiteljima moie pristupiti preko ATM mreie (Goralski [1999]).

3.4.8. Usporedba tehnologija G.dmt i G.Lite Lz vet navedenih osnovnih karakteristika oba standarda vidljivo je da su osnovne razlike u brzini prijenosa, koja je veCa kod ADSL-a s maksimalnom prijenosnom brzinom (fill-rate) nego kod korisniEke verzije G.Lite (8 Mbitfs naprema 1,5 Mbit/s za dolazni smjer, 640 kbitfs naprema 512 kbit/s za odlazni smjer). Brzina prijenosa ovisi o udaljenosti od centrale i veCa je kod tehnologije G.Lite. UnatoE smanjenoj brzini, G.Lite modem ipak predstavlja napredak u odnosu na danas najbrze analogne modeme brzine 56 kbivs, tako da su prednosti tehnologije G.Lite kod malih korisnika izraienije. Jedna od njih je jednostavna instalacija ADSL G.Lite modema jer ne koristi razdjelnik (splitterless). Instalacija G.dmt modema zahtijeva dodatno oiiEenje, Sto znatno poveCava troSkove ugradnje. Upravo se zato koriStenje razdjelnika, uz malu udaljenost od centrale, smatra osnovnim nedostacima pristupne tehnologije G.dmt. Obje tehnologije koriste modulacijsku tehniku DMT za multipleksiranje informacija na ADSL liniju, no spektar koji ona obuhvaCa je razliEit. Uii spektar kod standarda G.Lite utjeEe na broj kanala namijenjenih za prijenos informacija, a IogiEna posljedica toga je smanjena brzina prijenosa informacija. U oba sluEaja odlazni kanali nalaze se na niiim frekvencijama prjjenosnog spektra ADSL-a. Glavni razlozi za to su manje guSenje signala na niiim frekvencijama (korisnikov signal je manje snage), te manje preslugavanje (Summers [1999], Avare [1999]).

3.4.9.

Tehnologija VDSL

VDSL (Very high bit rate DSL) predstavlja sljedeku razvojnu stepenicu tehnologije DSL, koja podriava najveCe brzine na manjim udaljenostima, od svih DSL tehnologija. Kako se velike brzine na parici mogu postiCi samo na vrlo kratkim udaljenostima, tehnologija VDSL se primjenjuje samo u pristupnim rnreiama s optikom dovedenom vrlo blizu korisniku. OptiEka mreina jedinica ONU (Optical Network Unit) moie se nalaziti na razliEitim lokacijama, i to:

3.4. DSL tehnologije

u centrali - za korisnike koji su u neposrednoj blizini centrala; u udaljenom pretplatniEkom stupnju;

u zgradi. Osnovna arhitektura tehnologije VDSL predoEena je na slici (Sl. 3.19). Temeljna mreia koja podriava razlicite tipove usluga (prijenos govora, podataka, videa, itd.) i protokola (ATM, IP), povezana je s pristupnom mreiom preko pristupnog Cvora (AN - Access Node), koji se nalazi u centrali.

S1. 3.19 Arhitektura VDSL-a

OptiEki linkovi povezuju optiEko mreino zakljuCenje (OLT - Optical Line Termination) u centrali s jedinicama ONU koje s e nalaze u neposrednoj blizini jednog ili vise korisnika. Mreino zakljucenje (NT - Network Termination) osigurava prilagodbu protokola s korisniCke strane. VDSL prijenosne jedinice, VTU-0 (VTU-0 - VDSL Transmission Unit-Office) instalirana kod ONU jedinice, i VTU-R (VTU-R - VTU-Remote) instalirana kod korisnika, odgovorne su za zakljuCenje VDSL linije. Na strani jedinica ONU i NT instaliraju se razdjelnici za odvajanje telefonskih od podatkovnih usluga i usluga vezanih uz ISDN. VDSL prenosi podatke velikim brzinama preko kratkih dionica telefonskih parica, dok raspon brzina ovisi o duljini tih dionica. Maksimalna dolazna brzina iznosi izmedu 51 i 55 Mbit/s po linijama duljine do 300 metara. Predvidene su i brzine od 13 Mbit/s na udaljenostima veCim od

3. Pristu~nem r e i e

1500 metara. U odlaznom smjeru, koji je asimetriCan, predvidene brzine se kredu u rasponu od 1,6 do 2,3 Mbitjs. Tehnologija VDSL podriava prijenos ISDN prometa na naCin da se VDSL podatkovni kanali za odlazni i dolazni smjer frekvencijski odvajaju od pojaseva prijenosa za ISDN i analognu telefoniju (Goralski [2002]).

3.5. OptiEke pristupne tehnologije Osnovne arhitekture optiCke pristupne mreie (FITL - Fiber in the Loop) predoCene su na slici (Sl. 3.20), dok se ostale arhitekture od njih neznatno razlikuju.

Sirokopojasni pristupni Evor

lokalna centrala

korisnik

optiEka nit

Ir

OLT

A W L (<6km), VDSL(<1,5km) bakrena parica VDSL(<1,5krn)

OLT

optiEka nit VDSL(<300 m)

OLT

OLT

Sl. 3.20 FITL tehnologije

OptiEka nit do ormarida je (FTTCab - Fiber to the Cabinet) arhitektura optiCke pristupne mreie u kojoj se Sirokopojasni signali optickim vlaknom dovode do skupine korisnika (maksimalno 300) gdje se nalazi ormarid u kojem se provodi optiEko-elektriEka pretvorba. Signali se potom distribuiraju do korisnika pojedinacno putem VDSL modema i telefonske parice na udaljenosti od 300 do 1500 metara.

3.5. OptiEke pristupne tehnologije

Kod arhitekture FTTC (nit do ormarida, Fiber to the Curb) optiEko vlakno se dovodi na udaljenosti od nekoliko metara do nekoliko stotina metara od korisnika. Kako je promjer pretplatnicke skupine ovdje manji, broj pretplatnika u njoj se krede oko 100. FTTB (nit do zgrade, Fiber to the Building) je samo inaEica FTTC-a, gdje je optiEka mreina jedinica smjeStena u podrumu zgrade. KonaCno, arhitektura FTTH (nit do kuCe, Fiber to the Home) je krajnja faza razvoja sveoptiEke pristupne mreie. U ovom scenariju optiEko vlakno je u potpunosti istisnulo potrebu za telefonskom paricom. OptiEko vlakno dolazi do pojedinih korisnika nakon optiEkih razdjelnika koji dijele signal u razliEitom omjeru. Na taj naCin izvrgena je podjela troSkova izgradnje mreie izmedu korisnika zajedniEke infrastrukture (Gillespie [2001]).

3.5.1.

Arhitektura FTTH

FTTH mreia dolazi u dva izvedbena oblika, i to: pasivna optiCka mreia (PON - Passive Optical Network); mreia "od toEke do toEke" (p2p - point-to-point).

i

j

ODN - optiEka distribucijska meia

4

b

S1. 3.21 Jednostavni prikaz FTTH rnreie

Osnovni elementi FTTH mreie vidljivi su na slici (Sl. 3.21). Na strani korisnika to je optiCka mreina jedinica (ONU - Optical Network Unit) Eija je osnovna funkcija pretvorba signala iz optiEke u elektritku domenu. Manji broj korisnika

3. Pristu~nemreie

spojen je pasivnim optiEkim razdjelnikom na optiEko linijsko zakljuEenje (OLT - Optical Line Termination), koje se nalazi na strani telekom operatora. Jedinice OLT i ONU osiguravaju usmjeravanje ATM Celija do korisnika, kontroliraju pristup mediju, daju podrSku funkcijama fizickog sloja i Stite od nelegalnog upada u pristupnu mreiu. Mreia ODN (ODN - Optical Distribution Network) je sastavljena od optiEkih vlakana i pasivnih optiCkih razdjelnika.

3.5.2.

FTTH PON ili ATM PON

Medunarodna telekomunikacijska zajednica (ITU) je 1998. godine preporukom G.983.1 standardizirala prijenosnu tehnologiju ATM PON (APON), temeljenu na ATM-u. ATM PON koristi integrirani prijenos govora i podataka pri ostvarivanju veza izmedu pruiatelja usluga i jedinica ONU. FTTH PON je sliEna hibridnoj kabelskoj mreSi (HFC) koja se razvila na sustavu kabelske televizije. FTTH PON je krajnja faza razvoja HFC mreie u kojoj se posljednja etapa koaksijalnog kabela zamjenjuje optikom i u kojoj se broj korisnika u skupini smanjio s 500-2000 na 8 do 32. U ovoj mreii spomenuta grupa korisnika dijeli dolazni kapacitet od 155 do 622 Mbit/s i odlazni od 155 Mbit/s. Pasivna optiEka mreia omoguCuje dijeljenje jedne svjetlovodne niti izmedu viSe korisnika, s tim da se u takvoj mreii nalaze iskljuEivo pasivni elementi. OmoguCeno je da signal na optiEkom vlaknu bude razdijeljen na viSe optiEkih vlakana, kao i obmuti sluEaj, da se vise optiEkih signala kombinira u jedno optiEko vlakno. Pritom se za dvosmjemu komunikaciju mogu koristiti dvije ili jedna nit. Ako je prijenos realiziran po jednoj niti, dolazni i odlazni signali se razlikuju u valnim duljinarna.

Format okvira Pristup prijenosnom pojasu PON-a moguCe je ostvariti na nekoliko naEina. Standardizacijska udruga ITU je za odlazni smjer usvojila pristupnu metodu TDMA (Time Division Multiple Access), dok se u dolaznom smjeru koristi vremensko multipleksiranje (TDM - Time Division Multiplexing). Kod odlaznog smjera sve jedinice ONU medusobno su sinkronizirane. Taj se proces naziva rangiranje. Jedinica OLT odreduje vremenski odsjeEak u kojem de njoj pridruiena jedinica ONU slati svoje informacije. Osnovni format okvira koji se koristi za prijenos informacija izmedu jedinica OLT i ONU brzinom od 155 Mbitls u oba smjera predoEen je na slikama (Sl. 3.22, S1. 3.23). Kako je vidljivo, dolazni prijenosni kapacitet je 149,97 Mbit/s zbog postojanja PLOAM (PLOAM - Physical Layer Operation, Administration and Maintenance) Celija (Gillespie [200 I]). Preko ovih Celija radi se dodjeljivanje pojasa prijenosa,

3.5. OptiEke pristupne tehnoloqiie

sinkronizacija jedinica OLT i ONU, upravljanje pogregkama, zagtita informacija u prijenosu, rangiranje jedinica ONU i odrEavanje linka. 56 celija, svaka 53 okteta=152,67 ms

4

celija 27

celija 28

--

kapacitet = 155,52 Mbit/s x 54/56=149,97 Mbit/s

myrn,

TDM

rn b

celija 54

-

ONU

ONU optiEki razdjelnik

ONU

S1. 3.22 Format APON okvira za dolazni smjer 53 celije, svaka 56 okteta=152,67 ms

4

ATM celija 2

ATM Celija 1

n

b

ATM celija 3

------

celija 53

kapacitet = 155,52 Mbit/s x 53/56=149,19 Mbitls 3 okteta po celiji, 4 bita vrernenske zaStite, 20 bitova za sinkronizam i naznaku poEetka celije ONU

ONU optiEki razdjelnik

ONU

S1. 3.23 Format APON okvira za odlazni smjer

U odlaznom smjeru kapacitet je 149,19 Mbit/s (Sl. 3.23). Svakoj ATM Celiji dodana su tri okteta koji se sastoje od 4 bita zaStite koji osiguravaju izbjegavanje kolizije izmedu Celija s razliEitih jedinica ONU i 20 bita kojima se regulira sinkronizam jedinica OLT i ONU i poeetak Celije. Pored dodana 3 okteta po Celiji, u odlaznom smjeru se prenose i PLOAM Celije od jedinica ONU Eiju brzinu slanja definira jedinica OLT. ObiEno se svakih 100 ms Salje jedna PLOAM Celija, Sto je ekvivalentno s jednom PLOAM Celijom svakih 655 okvira (Gillespie [20011).

3. Pristu~nemreie

3.5.3.

FTTH mrera od toeke do toeke

FTTH rnreia od toEke do toEke predstavlja najjednostavniju i za gradnju najskuplju FTTH mreiu. Svaki korisnik ima svoju vlastitu optiEku nit preko koje se izvodi prijenos signala. Pristupna brzina je 155 Nlbitfs u oba smjera, a maksimalni domet mreie iznosi 100 krn.

Sl. 3.24 Arhitektura FTTH od toEke do toEke

Na slici (S1. 3.24) prikazana je shema FTTH p2p mreie. Signali se iz razliEitih mreinih okolina ili iz zajedniEke Sirokopojasne mreie (ATM) dovode u centralu na optiEko linijsko zakljuEenje (OLT). Iz centrale se zasebnim optitkim vlaknom signal dovodi do pojedinog korisnika. Jedinica ONU pretvara optiCki signal u elektriEki i razdvaja signale za pojedine krajnje uredaje. Ovakva arhitektura pristupne mreie osigurava svakom korisniku 155 Mbit/s u oba smjera uz domet od 100 kilometara. U FTTH p2p rnreiama nije potrebno koristiti sloiene protokole pristupa mediju koji ograniEavaju duljinu pojedinih mreinih segmenata. Za ostvarivanje zvjezdaste topologije u p2p FTTH mreii potrebno je napraviti velike investicije u infrastrukturi. Da bi se smanjila potroSnja optiCke niti, ali i srnanjili troSkovi njenog postavljanja, planira se koriStenje valnog multipleksiranja na dionici od centrale do skupine korisnika. Svakom korisniku pridjeljuje se zasebna valna duljina na jednoj optiEkoj niti i na taj naEin dobiva zasebnih 155 Mbit/s.

3.5. OptiEke pristupne tehnologije

Prednosti i nedostaci FTrH arhitekture Zbog velikog prijenosnog kapaciteta FTTH p2p Ce se koristiti za podrSku uslugama nove generacije. To su u prvom redu usluge prijenosa videa u stvarnom vremenu: potpuni video na zahtjev; prijenos TV signala visoke razluEivosti (HDTV - High Definition Television); telekonferencije; teleedukacija; spajanje korporacijskih intraneta na Internet. Pouzdanost FTTH p2p mreie je veCa u odnosu na druge pristupne mreie jer su optiEke mreie otporne na radiofrekvencijske interferencije i impulsne smetnje, imaju manje guSenje signala i nema korozije. Uz manje guSenje u prijenosu, potrebno je na prijenosnim dionicama koristiti i manji broj regeneratora signala. Glavni nedostatak ovakve mreie je visoka cijena izgradnje.

3.5.4.

Super PON

Arhitektura Super PON (SPON) sliEna je po naEelima rada arhitekturi obiEng PON-a, ali je znatno veCi broj korisnika multipleksiran na istom linijskom zakljuEenju (Sl. 3.25). optitka parica regenerator signala pristupni Evor

<45krn

razdjelnik regenerator

J

I:N

<45krn ONU

ukupna dioba 1:2048

S1. 3.25 Arhitektura SPON-a

Dok u standardnoj ATM PON arhitekturi do 32 korisnika dijele jednu optiEku nit i domet iznosi oko 20 km, u SPON-u Eak 2048 korisnika dijeli jednu optiEku nit uz domet od stotinjak kilometara. U SPON-u se, kao i u APON-u, koristi ATM kao prijenosni mehanizam zato da bi se podriale uskopojasne i

3. Pristupne mreie

Sirokopojasne usluge. U SPON-u 2048 korisnika dijeli dolazni kapacitet od 2488 Mbit/s (koristi se TDM) i odlazni kapacitet od 311 Mbit/s, pri Cemu se koristi mehanizam pristupa zajednitkom mediju TDMA (Gillespie [2001]). OptiEki regeneratori (ORU - Optical Repeater Unit) ukljuEeni su u mreiu da bi se kompenzirali gubici snage optiEkog signala. OptiEki regeneratori mogu se realizirati kao erbijem dopirana optiEka pojaCala (EDFA - Erbium Doped Fiber Amplifier), kao poluvodiEka optiEka pojaEala (SOA - Semiconductor Optical Amplifier) ili kao elektro-optiEki regeneratori. Na strani pristupnog Evora (AN Access Node) nalazi se optiEko linijsko zakljuEenje (OLT) koje obavlja funkcije pristupa mediju (MAC - Medium Access Control) i komunikacije s jedinicama OW.

3.6. Pristupne tehnologije preko koaksijalnog kabela Dok se DSL tehnologije razvijaju na infrastrukturi telefonske mreie, pristupna mreia na koaksijalnom i optiEkom kabelu (HFC - Hybrid Fiber Coax) i mreia komutiranih video usluga (SDV - Switched Digital Video) za osnovicu koriste mreiu kabelske televizije (CATV - Community Access Television). koaksijalni optiEki Cvor

javna m e i a

korisnik

korisnik

a javna m e i a

Evor

S1. 3.26 Arhitekture a) HFC i b) SDV

Zbog velike Sirine raspoloiivog pojasa prijenosa koaksijalnog kabela, HFC se koristi za distribuciju analognog i digitalnog signala i sluii kao prijelazna osnova za potpuno optiEke digitalne mreie (Sl. 3.26 a).

3.6. Pristupne tehnologije preko koaksijalnog kabela

SDV se razvija kao logican korak u trendu pornicanja optiEkog vlakna od temeljne mreie sve bliie korisniku (zbog velikog kapaciteta optiEkog vlakna koje zadovoljava zahtjeve za Sirokopojasnim uslugama). Dok se veCi dio mreBe izvodi pomoCu optiEkih vlakana, posljednja etapa veze do korisnika jog nije izvedena u toj tehnologiji veC se koristi bakrena parica i koaksijalni kabel (Sl. 3.26 b). Veliki problem kod SDV sustava predstavlja napajanje jedinica ONU. Iz tog razloga se SDV rnreBa razvija dui nekih starijih ve6 postojekih sustava Eiji kabeli bi mogli posluBiti za napajanje jedinica ONU. To nije jedini primjer iskorigtavanja vet postojekih resursa pri gradnji SDV sustava. Na primjer, tehnologija SDV ukljuEuje u svojoj topologiji i HFC mreiu upravo iz prethodno navedenog razloga, kao i zbog prijenosa signala u izvornom fomatu (Black [1998], Wey [1999]).

Frekvencijski pojas prijenosa u HFC sustavima HFC je asimetriEna prijenosna struktura. U odlaznom i dolaznom smjeru signal nosilac moduliran je signalom koji se Salje. Na slici (Sl. 3.27) predoEena je raspodjela frekvencijskog spektra u HFC sustavima.

f rekvencija [MHz]

S1. 3.27 Raspodjela spekta u HFC sustavima

Dolazni smjer. Dolazni analogni i digitalni frekvencijski pojasevi prijenosa podijeljeni su na potpojaseve (potkanale) Sirine 6 MHz. Dolazni analogni pojas prijenosa (50-450 MHz) uMjuEuje 66 analognih TV signala, svaki Sirine 6 MHz. U potkanalima u dolaznom digitalnom pojasu koristi se modulacijska tehnika 64QAM. Potkanali podriavaju brzine od 25 do 40 Mbit/s (40 Mbit/s je podriano pri koriStenju modulacijske tehnike 256QAM). Neki sustavi koriste modulacijsku tehniku VSB (Vestigial Sideband)kao pandan modulaciji QAM.

3. Pristu~nemreie

Odlazni smjer. Kako je HFC arhitektura prvotno bila narnijenjena za razaSiljanje (broadcast) televizijsluh i video programa, frekvencijski spektar namijenjen za odlazni smjer ostao je dosta uzak, tj. od 5 do 50 MHz. SliEno dolaznim pojasevima, odlazni pojas RF spektra je pod utjecajem impulsnog Suma, uskopojasne interferencije, nelinearnih izobliEenja, Sto oteiava podrSku velikim prijenosnim brzinama. Robusne, ali dosta sporije modulacijske tehnike koriste se kako bi se osigurao prijenos velikim brzinama (Wey [1999]). Dio frekvencijskog spektra od 750 MHz do 1 GHz namijenjen je za buduCe Sirokopojasne usluge dvosmjernog tipa.

3.7. BeiiEne pristupne tehnologije Primjena beiiEne prijenosne tehnologije u pristupnoj mreii, u usporedbi s DSLom ili korigtenjem infrastrukture kabelske televizije, jeftino je i isplativo rjeSenje koje korisnicima osigurava pristup u javnu rnreiu velikim brzinama. Glavne odlike beiiEne prijenosne tehnologije su veliki doseg signala, rad u optimalnom frekvencijskom podruijju i velike prijenosne brzine (Black [1998]). Prema opsegu pokrivanja, beiiijne pristupne tehnologije dijele se na: MMDS (Multichannel Multipoint Distribution Systems) - pokrivanje podruijja promjera do 70 km; LMDS (Local Multipoint Distribution Systems) - Celijsko pokrivanje podruijja promjera do 5 km, DBS (Direct Broadcast Satellite) - pokrivanje velikih podruija preko satelita.

3.7.1.

Arhitektura MMDS

MMDS je tehnologija koja omoguCuje beiiEni pristup velikim brzinama. Frekvencije na kojima rade MMDS sustavi su oko 2,l GHz i podruijje od 2,5 2,7 GHz. Usluge koje arhitektura MMDS podriava su prijenos podataka i multimedijskog sadriaja, kao i pristup Internetu. Frekvencijska podrurija (kanali) dodijeljena MMDS-u dosad su uglavnom bila koriStena za emitiranje programa kabelske televizije (wireless cable) u podruijjima u kojima nije postojala ili nije bila isplativa instalacija kabelske infrastrukture. Isto kao i kod standardne televizije, i kod MMDS-a moraju postojati odas'iljaiji koji su obiijno smjeSteni na prirodnim uzvisinama ili krovovima visokih zgrada, i posebne antene za prijem kod korisnika. MMDS arhitektura predoijena je na donjoj slici (Sl. 3.28).

3.7. BeiiEne ~ r i s t u ~ n tehnoloaiie e

MMD

upravljanje meiom I

Ld Internet

S1. 3.28 MMDS arhitektura

U rujnu 1998. godine udruga FCC (Federal Communications Commission) donijela je nove propise kojima se omoguduje dvosmjerni prijenos u MMDS arhitekturi. Kao posljedica toga, MMDS je u mogudnosti odgovoriti rastudim potrebama za uslugama temeljenim na prijenosu podataka velikim brzinama, tj. moBe se koristiti za interaktivne aplikacije i dvosmjerni prijenos podataka.

Prednosti i nedostaci MMDS arhitekture Prednosti MMDS sustava oriituju se u sljededim obiljeijima: -veliki domet signala. Uz odgovarajude zernljopisne karakteristike, jedna MMDS delija moie pokriti podrurije promjera od 30 do 50 krn; -koris'tenje optimalnog frekvencijskog pojasa. MMDS frekvencije u podruriju oko 2,l GHz i u podruriju od 2,5 do 2,7 GHz omoguduju bolje iskoriStenje snage. Spomenuti frekvencijski pojasevi manje su osjetljivi na vremenske utjecaje; -velike brzine prijenosa. Tijekom 60-ih, 70-ih i 80-ih godina proSlog stoljeCa organizacija FCC dodijelila je pribliino 200 MHz postojedim pojasevima oko 2,l GHz i izmedu 2,5 i 2,7 GHz za potrebe prijenosa TV signala. Pojavom

3. Pristupne mreie

novih digitalnih tehnologija znatno se povedala fleksibilnost ovog frekvencijskog podruEja, koje se osim za jednostavan prijenos TV programa sada koristi i za dvosmjemu podatkovnu digitalnu komunikaciju. Kod digitalnog prijenosa podataka koriste se razliCite modulacijske tehnike koje omoguiuju prijenos brzinama do 1 Gbit/s. PostojeCi sustavi koji rade u ovom frekvencijskom podrutju omoguduju brzine prijenosa od 10 do 30 Mbit/s u dolaznom smjeru (prema korisniku) i od 32 kbit/s do 10 Mbit/s u odlaznom smjeru (od korisnika). Nedostaci MMDS-a su sljedeii: -2ahtijeva direktnu optiEku vidljivost. NajveCe ogranicenje postojeiih MMDS sustava je u tome Sto zahtijevaju postojanje optiEke vidljivosti izmedu odaSiljaEa i prijemne antene, posljedica Eega je potreba za veCim brojem odaSiljaEkih antena kako bi se prevladale prepreke kao Sto su zgrade, prirodne uzvisine i sliEno; -slaba pouzdanost. Drugo ograniEenje je posljedica izobliEenja signala zbog viSestrukih putova i pada omjera signaVSum s poveianjem udaljenosti od odaSiljaCke antene, Sto rezultira smanjenom pouzdanoSCu MMDS sustava (Wey [1999]).

MMDS sustavi s povratnim smjerom prijenosa preko telefonske linije Kod ovih sustava koristi se pristupna metoda TDMA za pridjeljivanje dijela dolaznog toka (od MMDS odaSiljaEa) pojedinim korisnicima. KoriStenjem kvadraturne amplitudne modulacije sa 64 stanja (64QAM) moie se postiCi maksimalna prijenosna brzina od 30 Mbit/s po jednom MMDS kanalu Sirine 6 MHz. Ako se u prijenosu koristi tehnika zaStite informacije od pogreSaka FEC (Forward Error Correction), tada se postiie prijenosna brzina od 27 Mbit/s po jednom MMDS kanalu. Podaci se Salju u paketiziranom obliku uz slanje potvrda (ACK - Acknowledgements) ili negativnih potvrda (NACK - Negative Acknowledgements) kako bi se osigurao siguran prijenos podataka. Svaki od paketa sadrii adresu odrediSta. Svaki korisnicki modem nadgleda dolazni tok podataka i prikuplja pakete koji sadrie njegovu adresu. Odlazni podaci Salju se preko postojeke telefonske infrastrukture. Ovakav asimetriEan naEin prijenosa podataka velikim brzinama u dolaznom, a malim brzinama u odlaznom smjeru, pogodan je za pristup Internetu (Sl. 3.29). U prosjeku korisnik prima 5 do 20 puta viSe podataka nego Sto ih Salje. Broj korisnika koje moie posluiiti jedan MMDS kanal ovisi o pretpostavljenim karakteristikama toka podataka, faktoru opterekenja, prosjeCnom vremenu trajanja sesije i prihvatljivoj raspoloiivosti. S obzirom da dolazni kanal dijele svi korisnici, mora postojati algoritam prema kojem 6e se resursi dodjeljivati pojedinim aktivnim korisnicirna, posebno za vrijeme maksimalnih prometnih

3.7. BeiiEne pristupne tehnologije

opteredenja. Taj algoritam naziva se algoritam upravljanja pristupom mediju (MAC). Za ovaj sustav algoritam MAC moie biti relativno jednostavan jer nije potrebna povratna veza od korisnika prema operateru da bi se sprijeriilo monopoliziranje dolaznog toka od strane pojedinih korisnika. Sloieniji algoritmi trebali bi se koristiti ielimo li postidi rangiranje korisnika po prioritetima. Takoder je potrebna i enkripcija informacija kako bi se sprijeriio neovlaSteni pristup informacijama narnijenjenim pojedinim korisnicima. ,-----------------------------------------------------------,--------------------------------------!

S1. 3.29 Sustav MMDS s povratnim putom preko telefonske linije

LMDS predstavlja dvosmjernu pristupnu tehnologiju temeljenu na radio prijenosu. LMDS ima Celijsko pokrivanje i podriava velike prijenosne brzine u dolaznom smjeru (38 i viSe Mbit/s), Sto je pogodno za privatne korisnike i organizacije. Mogudnost potpune podrSke Sirokopojasnim uslugama osigurana je uvodenjem povratnog kanala (od korisnika) prema pruiateljima internetskih usluga (Wey [1999]). Predajnik je najEeSke postavljen na vrhu velikih zgrada, pokrivajuki tako signalom podrurije promjera od 3 do 5 km. Potpuno pokrivanje jedne Celije zahtijeva 4 do 6 predajnika. Rad LMDS sustava u nekom podrueju zahtijeva postojanje viSe delija s odvojenim baznim stanicama. Svaka bazna

3. Pristu~nemreie

stanica se ponaSa kao koordinacijski centar koji ujedno povezuje LMDS Celije s javnom rnreiom. MeduCelijsko povezivanje moie se ostvariti koriStenjem optike ili radiorelejnih veza kratkog dometa (Sl. 3.30).

prorrjer Celije 3-5 krn

S1. 3.30 Arhitektura LMDS

LMDS sustav koristi gigahercni pojas prijenosa. Sama priroda elektromagnetskog vala u gigahercnom podruiiju uvjetovala je postojanje nekih ograniEenja u prijenosu. Jedno od ograniEenja je zahtijevanje direktne optiCke vidljivosti izmedu predajnika i prijarnnika. U svrhu poboljSanja pokrivanja pojedinih Celija koriste se razliEite metode. Na primjer, uvodenjem preklapanja izmedu Celija pruia se moguCnost pokrivanja slabo pokrivene zone jedne Celije od strane druge (Black [1998]). Unutar LMDS sustava moguCe su razliEite mreine arhitekture. LMDS mreia sastoji se od Eetiriju dijelova (Sl. 3.3 1): centar upravljanja (NOC - Network Operations Center); optiEka infrastruktura; bazne stanice; oprema na korisnickoj strani. NOC obuhvaCa sustav za nadzor i upravljanje pretplatnickim mreiama. UpravljaEki centri medusobno su povezani infrastrukturom optiEkih vlakana (OC-12, OC-3 i DS-3). Bazna stanica predstavlja suEelje izmedu optiEkih veza i beiiEnog prijenosa, uMjuEuje modulatore i demodulatore signala i opremu za

3.7. BeiiEne pristupne tehnologije

predaju i prijam signala. Svaki lokalni Evor mora imati ugradene funkcije usmjeravanja prometa unutar jedne Celije. Ovakve funkcije moraju podrtati tarifiranje prometa, pristup zajednickom kanalu, prijavu i provjeru vjerodostojnosti korisnika. KorisniCka infrastruktura razlikuje se od proizvodaEa do proizvodaEa. Primamo, sve konfiguracije ukljuEuju vanjsku mikrovalnu antenu, opremu za prijam i predaju signala i suEelja prema korisniEkoj rnreti koja mote biti ATM ili IP mreia.

S1. 3.31 Glavne komponente LMDS sustava

Stvarni raspon frekvencija koje Ce se koristiti u LMDS sustavima ovisi o svakoj driavi zasebno. Na primjer, u SAD-u je za LMDS sustave rezerviran pojas prijenosa od 27,5 GHz do 3 1,3 GHz, dok se u Europi koriste razliEiti prijenosni pojasi od 24 GHz do 43,5 GHz.

Prednosti i nedostaci LMDS arhitekture Prednosti LMDS arhrtekture su sljedeCe: velika raspoloiiva Sirina prijenosnog pojasa, pogodnost za odaSiljanje lokalnih TV programa, postojanje zadovoljavajuCeg povratnog prijenosnog puta od korisnika prema glavnoj zemaljskoj postaji. Nedostaci se oEituju u maloj dimenziji Celija i njihovom preklapanju u podruEju pokrivanja. Problem koriStenja istog frekvencijskog spektra od strane svih korisnika unutar jedne Celije u povratnom prijenosnom putu prema glavnoj stanici rjeSava se uvodenjem algoritma upravljanja pristupom mediju (MAC). KoriSteni MAC protokol sliEan je kao kod kabelske televizije. Svi se korisnici natjecu za zaposjedanje linka i od odaSiljaEa traie slobodan odsjeEak za slanje svojih podataka. Kao jedno od rjeSenja problema natjecanja za zaposjedanje

3. Pristupne mreie

linka namede se koriStenje prostornog multipleksiranja (SDMA - Space Division Multiple Access). U tom scenariju glavni odaSiljaE unutar delije koristi antenski sustav pomodu kojeg je podruEje pokrivanja podijeljeno u nekoliko segmenata. Na taj je naEin omogudeno da se u svakom segmentu koristi isto frekvencijsko podruEje.

3.7.3. Arhitektura DBS Satelitski sustavi, kao poseban oblik beiiEnih tehnologija, koriste se za prijenos Sirokopojasnih usluga u pristupnoj mreii.

u satelit

satelit

b)

u predajnik

S1. 3.32 Konfiguracije satelitskih sustava Satelitski sustavi dijele se prema naEinu prijenosa, na satelitske sustave za linkove tipa "od toEke do toEke" u kojima satelit osigurava link izmedu dvije zemaljske stanice (Sl. 3.32a)) i na satelitske sustave koji osiguravaju veze od zemaljske stanice do viSe korisnika, tzv. DBS sustavi (Direct Broadcast Satellite) (Sl. 3.32b)). Sustavi tipa "od toEke do toeke" dugo godina su koriSteni samo za prijenos govornih usluga u zernljama s razvijenom komunikacijskom mreiom. Prijenos podatkovnih usluga putem satelitskih sustava moie se izvoditi na dva naEina. Prvi, kod kojeg se za dolazni smjer (od pruiatelja internetskih usluga prerna korisniku) koristi satelitski link, dok se kao odlazni smjer (prema pruiatelju internetskih usluga) koristi modemska veza ili birani (dial-up) sustavi, i drugi, koji za odlazni i dolazni smjer koristi satelitski link. NajEeSCe se koriste niskoorbitalni (LEO - Low Earth Orbit) i srednjeorbitalni (ME0 Middle Earth Orbit) satelitski sustavi, za razliku od stacionarnih satelitskih sustava (GEO - Geosynchronous Earth Orbit), iz razloga Sto irnaju manje

3.7. BeiiEne pristupne tehnologije

kaSnjenje na linku i Sto za dvosmjernu komunikaciju ne zahtijevaju predajnike velike odaSiljaCke snage. DBS sustavi najviSe se koriste za prijenos televizijske slike visoke kvalitete i pruianje usluge "video na zahtjev". Optimalni frekvencijski pojas prijenosa signala za satelitske sustave je izmedu 1 i 10 GHz. Signali ispod 1 GHz su pod utjecajem razlititih izvora smetnji, kao Sto su galaktiEki, svjetlosni i atmosferski Sum, kao i Sum iz razlititih zemaljskih elektroniEkih uredaja, dok su signali iznad 10 GHz priguSeni uslijed atmosferske apsorpcije. Satelitski sustavi "od toEke do toeke" za prijenos signala prema satelitu koriste frekvencijski pojas izmedu 5,925 i 6,425 GHz, dok se za prijenos od satelita prema zemaljskoj stanici koristi frekvencijski pojas izmedu 3,7 i 4,2 GHz. Ova dva pojasa prijenosa krade se oznacavaju kao frekvencijski pojas prijenosa "416 GHz". Frekvencijski pojas prijenosa izmedu 30 MHz i 1 GHz najEeSde koriste satelitski razaSiljaEki (broadcast) sustavi. Prijenosne brzine satelitskih sustava u dolaznom smjeru (prema korisnicima) su do 1 Gbls, dok su odlazne brzine puno manje. Licenciranje i dodjeljivanje potrebnih kapaciteta i radnih frekvencija operatorima je u nadleinosti organizacije FCC (Federal Communications Commission).

Prednosti i nedostaci DBS arhitekture Jedna od glavnih prednosti satelitskih sustava je Sto pokrivaju veliko zemljopisno podruEje. S druge strane, satelitski sustavi susredu se s nizom tehniEkih problema kao Sto su sunEev i gravitacijski utjecaj, propagacjjsko kasnjenje, itd. (Goralski [2002]).

Literatura [I]

AVARE,WC. 1999. G.Lite: Making the Internet Fast Enough for Consumers.

[2]

BINGHAM, J.A.C. 2000. ADSL, VDSL, and Multicarrier Modulation. John Wiley and Sons, Inc., New York.

[3]

BLACK,U. 1998. Residential Broadband Networks xDSL, HFC, & Fixed Wireless Access. Prentice Hall PTR, New Jersey.

[4]

COMMITTEE T I - TELECOMMUNCATIONS. 1999. Draft for HDSL2 Standard, Default Letter Ballot. Clearwater, Florida.

[5]

GILLESPIE, A. 2001. Broadband Access Technology, Interfaces, and Management. Artech House. Boston.

[6]

GINSBURG, D. 1999. Implementig ADSL. Addison-Wesley.

3. Pristupne mreie

GORALSKI, W. 1998. ADSL i DSL Technologies. McGraw-Hill, New York.

W.J. 2002. ADSL & DSL Technologies. 2. izdanje. McGraw GORALSKI, Hill. London. HOPKINS, G. L. 1995. The ISDN Literacy Book. Addison-Wesley Publishing Company, New York. ISSA,J. BIEDA,R. 1999. The G.DMT and G.LITE Recommendations, Part 1. Communications System Design. ISSA,J. BIEDA,R. 1999. The G.DMT and G.LITE Recommendations. Part 2, Communications System Design. PARADYNE. 2000. The DSL Sourcebook, 3rdedition. STALLINGS, W. 1997. Data and Computer Communications. 4. izdanje. Prentice Hall. International edition. STARR,T.J.J. CIOFFIJ.M. SILVERMAN P. 1999. Understanding Digital Subscriber Line technology. Prentice Hall, New York. SUMMERS, C.K. 1999. ADSL Standards, Implementation and Architecture. CRC Press LLC, Boca Raton. WEY,W. I. 1999. Broadband Hybrid Fiber /Coax Access System Technologies. Academic Press, London.

Alen Baiant

4. Lokalne mrere

Lokalna mreia (Local Area Network - LAN) je komunikacijska mreia koja medusobno povezuje raznovrsne krajnje uredaje (Data Terminal Equipment DTE) unutar ograniCenog podruCja i omoguduje razmjenu informacija izmedu tih uredaja. Za krajnje uredaje kao Sto su osobna racunala, prijenosna racunala (laptop) i radne stanice, obiCno se koristi generiCki naziv stanica. Osnovna obiljeija lokalnih mreia su sljededa: LAN je najCeSde instaliran unutar jedne zgrade ili unutar skupine zgrada na ograniCenom podruCju - to je osnovni razlog zaSto se u nazivu takve mreie koristi pridjev lokalna; broj krajnjih uredaja spojenih u lokalnu mreiu je ograniCen, pri Cemu se ograniCenje krede u rasponu od nekoliko desetaka do nekoliko stotina krajnjih uredaja u jednoj lokalnoj mreii; LAN je obiCno u vlasniStvu jedne organizacije, koja je ujedno i vlasnik mreinih uredaja medusobno povezanih tim LAN-om; u lokalnim mreiama se u pravilu koriste velike prijenosne brzine (kredu se u rasponu od 1 Mbit/s do 1 Gbit/s). Za potrebe analize perfomansi komunikacijskih mreia definiran je parametar a kao omjer vremenskog trajanja prostiranja signala prijenosnim medijem s kraj a na kraj linka (propagation time) i vremenskog trajanja slanja paketa na link (transmission time) (Stallings [1997]). U lokalnim mreiama parametar a krede se unutar intervala [0.01, 0.11. Medutim, u novije vrijeme, uslijed sve vedih prijenosnih brzina u lokalnim mreiama, parametar a postaje vedi od 0.1 (npr. u Gigabit Ethernetu). Postoji joS nekoliko obiljeija koja su zajednitka vedini lokalnih mreia. Prve inaCice LAN-ova, koje su se pojavile na triiStu poEetkom osamdesetih godina proSlog stoljeda, povezivale su krajnje uredaje u zajednieku mreiu pomodu tzv. dijeljenog medija (shared media)* Od sredine devedesetih godina proSlog stoljeda u lokalne mreie se sve intenzivnije uvode LAN komutatori (LAN switch). U danaSnjim LAN-ovirna koegzistiraju topologija dijeljenog medija i komutirana topologija, ali postojeki trend ukazuje na ubrzano povlaCenje

4. Lokalne mreie

dijeljenog medija iz upotrebe. Iako je u lokalnim mreiama moguda uspostava veza od toeke do toEke (point-to-point) na viSim protokolarnim slojevima, LAN-ovi s dijeljenim medijem prenose informacije na naEelu razaSiljanja (broadcast), tj. slanja podatkovnih jedinica svim krajnjim uredajima unutar jedne mreie. Drugim rijeEima, u LAN-u s dijeljenim medijem protokolnu podatkovnu jedinicu (Protocol Data Unit - PDU) koju Salje jedna stanica prime sve ostale stanice u LAN-u. Nakon toga odgovarajudi sloj (layer) protokolnog sloiaja u svakoj od tih stanica donosi odluku li hoke dotiCni PDU biti proslijeden viSim protokolarnim slojevima ili de biti odbaEen. KaSnjenje transfera informacija izmedu dvaju krajnjih uredaja u lokalnoj mreii vrlo je malo u odnosu na kaSnjenje transfera informacija javnom mreiom. Vjerojatnost nastupa pogreSke simbola prenoSenih LAN-om takoder je mala. Lokalne su mreie obiCno instalirane u okolini u kojoj nema izvora jakih elektromagnetskih smetnji (izvanjske smetnje CeSCe nastaju u javnoj mreii). Krajnji uredaji u lokalnim mreiama medusobno komuniciraju na naeelu ravnopravnosti (peer-to-peer). To znaEi da svaki krajnji uredaj u LAN-u moie samostalno zapoCeti komunikaciju ne CekajuCi pritom inicijativu drugih krajnjih uredaja, kao Sto je sluCaj u komunikacijskom modelu nadredenilpodredeni (masterlslave). Uslijed ravnopravnosti krajnjih uredaja i zbog koriStenja topologije dijeljenog medija, svi okviri u LAN-u moraju sadriavati adresu primatelj a (odrediSta) i adresu poSiljatelja (izvora).

4.1. Protokolarni sloiaj lokalnih mreia NajveCi doprinos standardizaciji lokalnih mreia dal-a je organizacija IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) unutar koje djeluje i odbor nazvan IEEE 802. Odbor IEEE 802 je na temelju modela OSI RM (Open Systems Interconnection Reference Model) definirao univerzalnu protokolarnu arhitekturu lokalnih mreBa koja sadrii dva najniia sloja OSI RM-a: fiziEki sloj (Physical Layer - PL) i sloj podatkovnog linka (Data Link Layer - DLL) (Sl. 4.1).

....................

I

viSi protokolni slojevi

v - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

f

I

mreini sloj

viSi protokolni slojevi podsloj LLC

sloj podakovnog linka

podsloj MAC ...... ..............-. ......

fizitki sloj

fiziEki sloj ............................

model OSI RM

model IEEE 802

S1. 4.1 Protokolna arhitektura lokalnih mreia

I

4.1. Protokolarni sloiaj lokalnih mreia

Sukladno protokolarnom modelu IEEE 802 (Stallings [1990]), sloj podatkovnog linka podijeljen je u dva podsloja (sublayer). Na podsloju upravljanja pristupom prijenosnom mediju (Medium Access Control - MAC) definirani su algoritmi za pristup mediju, za otkrivanje pogreSaka i za uokvirivanje podataka vraming). Podsloj MAC implementiran je hardverski na mreinoj kartici (Network Interface Card - NIC) stanice ili u prikljuEku mreinog uredaja (port). Za svaku vrstu lokalnih mreia, ovisno o tome koju metodu pristupa mediju koristi, definiran je specifican podsloj MAC. Na podsloju upravljanja logiEkim linkom (Logical Link Control - LLC) definiran je koncept logiEkih linkova koji viSestrukim protokolimaviSegsJoja omoguCuk da z S n i C k i dijele fiziEki link u LAN-u. Pritom se pojam vjSeg __ _ -__- -protokolarnog sloja odnosi na sloj koji je u protokolarnom sloiaju odredene mreie smjeSten neposredno iznad podsloja LLC. Ako lokalna mreia koristi model OSI RM, tada se iznad LLC-a nalazi mreini sloj (Network Layer - NL). Podsloj LLC implementiran je softverski u obliku pogonskog programa (driver) mreine kartice stanide ili kao modul softvera mreinog uredaja. Podsloj LLC je jednak za sve vrste lokalnih mreia, neovisno o koriStenoj metodi pristupa mediju. Standardizacijom podsloja LLC bave se odbori IEEE 802.1 i 802.2. Odbor IEEE 802.1 zaduien je za pitanja koja su zajedniEka svim vrstama lokalnih mreia: adresiranje, upravljanje mreiom (network management), povezivanje lokalnih mreia pomoCu mostova (bridge) i dr. Odbor IEEE 802.2 bavi se problemima vezanim uz podsloj LLC. Posebni odbori unutar IEEE-a zaduieni su za definiranje protokola podsloja MAC namijenjenih lokalnim mreiama: IEEE 802.3 - bavi se standardizacijom lokalnih mreia koje koriste metodu vigestrukog pristupa mediju nazvanu CSMNCD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), poznatijih pod nazivom Ethernet; IEEE 802.4 - zaduzen za standardizaciju lokalne mreie Eiji je naziv sabirnica s pristupnim okvirom (token bus); IEEE 802.5 - bavi se standardizacijorn lokalne mreie Eiji - -je naziv prstenasta mreia s pristupnim okvirom (token ring); IEEE 802.9 - bavi se standardizacijom mreie nazvane sinkroni Ethernet (Isochronous Ethernet - IsoEnet), koja kombinira sluEajni pristup (CSMNCD) namijenjen prijenosu podataka (data) i ISDN (Integrated Services Digital Network) kanale namijenjene prijenosu govora, videa i multimedije; IEEE 802.11 - bavi se standardizacijom beiiEnih lokalnih mreia; IEEE 802.12 - bavi se standardizacijom lokalne mreie koja koristi metodu viSestrukog pristupa mediju na temelju prioriteta zahtjeva (Demand Priority Access Method - DPAM); komercijalni naziv takve rnreie je 100VG-AnyLAN (izvorni standard definirala je tvrtka Hewlett-Packard).

-

4. Lokalne mreie

4.2. Upravljanje IogiEkim linkom Osnovna zadaCa podsloja LLC je transfer PDU-a izmedu dvaju krajnjih uredaja. Definirane su tri vrste usluga koje podsloj LLC pruia viSim protokolnim slojevima (Stallings [1997]): nespojna usluga bez potvrde primitka okvira, spojna usluga i nespojna usluga s potvrdom primitka okvira. Nespojna usluga bez potvrde primitka okvira (unacknowledged connectionless sewice) je datagramska usluga koja omogukuje jednostavno slanje i prijem LLC PDU-a. Prijemnik ne mora poslati predajniku potvrdu o ispravnom primitku LLC PDU-a. U ovoj usluzi nije implementirano ni upravljanje prometnim tokovima (flow control) niti upravljanje linkom s ciljem otklanjanja pogreSaka (error control). Nespojna usluga bez potvrde primitka okvira podriava slanje okvira na jedno odrediSte (unicast), slanje okvira veCem broju odrediSta (multicast) i razaSiljanje okvira. Spojna usluga [connection-mode service) omoguCuje dvojici korisnika podsloja LLC da prije poCetka transfera informacija izmedu sebe uspostave logiCku vezu. U spojnoj usluzi implementirani su upravljanje prometnim tokovima, oporavak linka od pogreSaka (error recovery) i mehanizam praCenja ispravnosti redoslijeda prirnljenih okvira. Ovom je uslugom podriano iskljuEivo slanje okvira na jedno odrediSte. Nespojna usluga s potvrdom primitka okvira (acknowledged conpectionless service) pruia mehanizam pomoCu kojeg krajnji korisnici podsloja LLC mogu slati pakete s korisnickim informacijama i primati poruke o ispravnosti prijema svakog poslanog paketa, a da pritom ne mora biti uspostavljena veza izmedu krajnjih uredaja. Pri kreiranju osnovnog protokola podsloja LLC preuzeti su temeljni mehanizmi protokola HDLC (High-level Data Link Control). Sukladno navedenim vrstama usluga koje podsloj LLC pruia viSem protokolnom sloju, definirana su tri naEina rada (operation) protokola podsloja LLC: LLC Type 1 - podriava nespojnu uslugu bez potvrde primitka okvira, LLC Type 2 - podriava spojnu uslugu, i LLC Type 3 - podriava nespojnu usluga s potvrdom primitka okvira. VeCina LAN-ova na podsloju LLC koristi protokol Type 1, raCunalna arhitektura SNA (System Network Architecture) tvrtke IBM definira uporabu protokola Type 2, a protokol Type 3 se iznimno rijetko koristi.

4.2.1. LLC PDU LLC PDU je protokolarna podatkovna jedinica podsloja LLC. Prilikom slanja okvira LLC PDU se fonnira na temelju protokolne upravljacke informacije (Protocol Control Information - PCI) podsloja LLC i informacije koju LLC

4.2. Upravljanje logiekim linkom

prima s mreinog sloja (Stallings [1997]). Informacija primljena s viSeg sloja tvori na podsloju LLC servisnu podatkovnu jedinicu (Service Data Unit - SDU) podsloja LLC (LLC SDU). U sva tri naEina rada protokola podsloja LLC koristi se isti format LLC PDU-a (Sl. 4.2). -LLC

PC1

-8--8-b!-8 DSAP

bita

SSAP

LT A

upravljatka informacija

LLC SDUkorisnitka informacija

~nal ibai iilirav!6

S1: 4.2 Format LLC PDU-a

KorisniEko polje sadrii korisniEku informaciju, tj. LLG SDU duljine N okteta, pri Eemu je N cijeli broj. U vedini lokalnih mreia korisnik podsloja LLC je mreini sloj. Primjer LLC SDU-a je datagram protokola IP (Internet Protocol). Duljina korisniEkog polja ovisna je o implementaciji podsloja LLC. Kod nekih tipova LLC PDU-a duljina korisniEkog polja srnije biti jednaka nuli.

SAP Na podsloju LLC se prilikom slanja okvira u lokalnu mreiu odvija multipleksiranje paketa primljenih s mreinog sloja, na zajedniEki prijenosni medij. Obratno, prilikom prijema okvira iz lokalne mreie podsloj LLC demultipleksira pakete i predaje ih mreinom sloju. ~ o n c e toEke ~ t pristupa usluzi protokolarnog sloja (Service Access Point - SAP) omoguduje da nad jednim podslojem LLC djeluje vise razliEitih protokola mreinog sloja (Perlman [2000]). Svakom protokolu mreinog sloja pridruien je specifican SAP. Na taj se naEin svi paketi jednog mreSnog protokola prenose LAN-om zasebnim logiEkim linkom. LogiEki link u IEEE 802 LAN-u odreden je odrediSnim SAPom (Destination SAP - DSAP) i izvoriSnim SAP-om (Source SAP - SSAP). Struktura SAP-a prikazana je na S1.4.3. 4

8 bita

b

S1. 4.3 Struktura SAP-a

Dva bita SAP-a rezervirana su za posebne namjene: bit G/L (GlobalILocal) oznaEava je li SAP dodijeljen od strane IEEE-a, tj. globalno (G/L = 1) ili ga je dodijelio vlasnik mreie lokalno (G/L = 0); bit G/I (Groupllndividual) oznaEava je li okvir namijenjen jednom protokolu (G/I = 0) ili skupini protokola (GO = 1) mreinog sloja. ~ r koriStenju i protokola kojirna je dodijeljen globalni SAP, polja DSAP i SSAP imaju isti sadriaj (ne raEunajudi bit G/I). Bit G/I u DSAP-u odreduje radi li se o pojedinaEnoj adresi (odreduje jedan SAP, G/I = 0) ili skupnoj adresi (odreduje skupinu SAP-ova, G/I = 1). Bit GI1 u SSAP-u odreduje radi li se o naredbi (command, GI1 = 0) ili odgovoru (response, G/I = 1).

4. Lokalne mreie

SAP koji se sastoji od 8 binarnih jedinica (SAP = 11111111) predstavlja sve SAP-ove. To je zapravo adresa razaSiljanja na podsloju LLC. SAP koji se sastoji od 7 binarnih nula i bita G/L postavljenog u jedinicu (SAP = 00000010) oznaCava Sam sloj podatkovnog linka, a ne korisnika tog sloja.

SNAP Preostalih Sest bita SAP-a (ne raCunajudi GI1 i G L ) nije dovoljno kako bi se svim organizacijama omogudilo da na jednoznatan naCin odrede svoje protokole koji koriste uslugu podsloja LLC. IEEE je dodjeljivao SAP-ove samo onim protokolima koje su dizajnirala standardizacijska tijela odobrena od strane IEEE-a (npr. SAP protokola I S 0 8473 Internet jednak je 11111110). Kako bi rijeSio taj problem, IEEE je definirao protokol SNAP (Subnetwork Access Protocol). SNAP omoguduje transfer podatkovnih jedinica protokola koji se ne podvrgavaju medunarodnim standardima. Za potrebe SNAP-a rezerviran je globalni SAP Ciji je binarni iznos jednak 10101010 (tzv. SNAP SAP). Struktura SNAP PDU-a prikazana je na S1. 4.4 (Martin [ 19941). L SNAP PDU

LLC PDU

DSAP 10101010

S

-

I

N

A

01 (3 okteta)

SSAP 10101010

P ID+

1

PI (2 okteta)

I

upravljaCka inforrnacija

I

SNAP SDU

I

LLC SDU

I

S1.4.4 Struktura SNAP PDU-a

SNAP ID (SNAP Identifier) odreduje privatni protokol mreinog sloja. Privatni mreini protokoli su oni protokoli koji se ne podvrgavaju standardima mreinog sloja modela OSI RM. Takvim protokolima IEEE nije dodijelio odgovarajude SAP-ove. Primjeri privatnih mreznih protokola su P i P X (Internet Packet Exchange). Polje 0 1 (Organization Identifier), duljine tri okteta, oznaCava organizaciju koja je definirala privatni protokol mreinog sloja, a polje PI (Protocol Identifier), duljine dva okteta, odreduje na jednoznaCan naCin dotiCni privatni protokol. Opisani postupak transfera podatkovnih jedinica protokola mreinog sloja naziva se SNAP enkapsulacija. Osnovna mana SNAP enkapsulacije je smanjenje propusnosti (throughput) sloja podatkovnog linka uslijed povedanja protokolnog preteka (overhead). Kao Sto je vidljivo na gornjoj slici, na SNAP enkapsulaciju troSi se 5 okteta unutar korisniekog polja LLC PDU-a, Sto pri slanju kratkih okvira smanjuje propusnost sloja DLL za 3 do 4 posto.

Upravljaeko polje UpravljaEko polje LLC PDU-a sadrii upravljaEku informaciju koju podsloj LLC koristi za upravljanje logiCkim linkom. Sadriaj upravljatkog polja odreden

4.3. Upravljanje pristupom mediju

je upravljaEkom funkcijom kojoj dotiEni LLC PDU pripada (Stallings [1997]). Duljina upravljaCkog polja iznosi 8 ili 16 bita. S obzirom na format upravljaEkog polja (to je polje koje sadrii upravljaEku informaciju) postoje tri vrste LLC PDU-a: korisnitki (information) - koristi se za transfer korisniEkih informacija; nadzorni (supervisory) - koristi se za upravljanje prometnim tokovima i upravljanje linkom s ciljem otklanjanja pogreSaka; neoznateni (unnumbered) - ovaj format koriste LLC PDU-ovi narnijenjeni upravljanju logiEkim linkom. Protokol LLC Type 1 koristi iskljuEivo neoznacene LLC PDU-ove. Sadriaj upravljackog polja takvog LLC PDU-a jednak je x'03 (kombinacija znakova x' oznaEava da se radi o heksadecimalnim znamenkama).

4.3. Upravljanje pristupom mediju Problem viiestrukog pristupa mediju (multiple access) prisutan je u svim mreiama gdje viSe stanica istovremeno pristupa zajedniEkom prijenosnom mediju. U svom izvornom obliku sve su lokalne rnreie koristile arhitekturu dijeljenog medija. Upravljanje pristupom prijenosnom mediju moguCe je provoditi na dva naEina: centralizirano ili distribuirano (Schwartz [1977]). Pri centraliziranom naEinu upravljanja j edan uredaj u mreii ima ulogu upravljaEa (controler) koji drugim krajnjim uredajima dodjeljuje pravo pristupa mreii. Krajnji uredaj moie slati okvire tek nakon Sto od upravljata dobije dozvolu za slanje. Nasuprot tome, u distribuiranoj upravljaEkoj shemi sve stanice zajedniEki obavljaju funkciju upravljanja pristupom mediju. U lokalnim mreiama uglavnom se koristi decentralizirano upravljanje pristupom mediju. Prije pojave lokalnih mreia metode viSestrukog pristupa mediju razvijane su u dva pravca: prozivanje (polling) i sluEajni pristup (random access). Postoje dva osnovna naEina prozivanja: centralizirano prozivanje (roll-call polling) i decentralizirano prozivanje (hub polling) (Schwartz [1977]). Na temelju mehanizma prozivanja dizajnirana je metoda pristupa mediju nazvana prolazak pristupnog okvira (token passing), koja se koristi u lokalnoj mreii nazvanoj Token Ring. Prolazak pristupnog okvira je primjer potpuno decentraliziranog prozivanja (u rnreii nema upravljaca, sve su stanice ravnopravne). Metode sluEajnog pristupa razvijane su pod nazivom ALOHA, a primjena im je bila u paketskoj radiomreii (Schwartz [1977]). U takvoj mreii pristup je potpuno decentraliziran i sluEajan. Razvijano je nekoliko vrsta ALOHA-e: Eista ALOHA (pure ALOHA), ALOHA s podjelom vremena pristupa na odsjeEke fiksne duljine trajanja (slotted ALOHA ili S-ALOHA) i rezervacijska ALOHA

-

4. Lokalne mreie

(reservation ALOHA). Medutim, sve tri vrste ALOHA-e omoguduju postizanje male propusnosti mreie. Ako se propusnost lokalne mreie S izrazi kao postotak iskorigtenog dijela kapaciteta linka C, tada za ALOHA-u Smx iznosi 0,1839, a za S-ALOHA-u Smx iznosi 0,3679. Stoga je razvijena ~Einkovitijametoda, nazvana viSestruki pristup mediju pomoCu otkrivanja nosioca (Carrier Sense Multiple Access - CSMA). Pristupna metoda 1-persistent CSMA, koja se koristi u Ethernetu, omoguduje postizanje propusnosti LAN-a vede od 0,5 (Hammond et al. [1986]). ToEan naziv inaEice pristupne metode CSMA koja je zaiivjela u Ethernet LAN-ovima je CSMA s detekcijom sudara okvira (CSMAICD). Tijekom devedesetih godina proslog stoljeda doSlo je do bitnih promjena u topologjji lokalnih mreia. Topologija raspodijeljenog medija u gotovo svim LAN-ovima zamijenjena je komutiranom topologijom. Osnovni mreini element za izgradnju lokalne mreie postaje LAN komutator: Ethernet komutator, Token Ring komutator, FDDI (Fibre Distributed Data Interface) komutator i dr. Dio lokalne mreie koji povezuje prikljuEak na komutatoru i stanicu naziva se segment LAN-a. U komutiranoj se rnreii viSestruki pristup koristi iskljuEivo na razini svakog segmenta zasebno. Sve CeSde koriStenje komutatora dovelo je i do uvodenja dvosmjernog prijenosa ($11-duplex - FD) u lokalne mreie, Sto drugim rijeEima znaEi napuStanje viSestrukog pristupa mediju. Danas se u vedini lokalnih mreia koristi kombinacija viSestrukog pristupa i dvosmjernog prijenosa.

4.3.1. MAC PDU r

Prilikom slanja korisnickih informacija lokalnom mreiom, procedura kreiranja MAC PDU-a u krajnjem uredaju je sljededa. Prvo se na viSem protokolnom sloju (sloj iznad LLC-a) kreiraju paketi (npr. IP paket) koje viSi sloj predaje podsloju LLC. Paket na podsloju LLC postaje LLC SDU. Podsloj LLC dodaje na LLC SDU vlastitu protokolarnu informaciju (DSAP, SSAP i upravljaEku informaciju). Na taj naEin nastaje LLC PDU, opisan u poglavlju 4.2. LLC predaje kreirani PDU podsloju MAC. Podsloj MAC preuzima LLC PDU i dodaje mu vlastitu protokolnu informaciju. Na taj naEin je kreiran MAC PDU Eija je generiEka struktura prikazana na S1.4.5 (Stallings [1997]). Za MAC PDU Eesto se koristi naziv MAC okvir (MACframe) ili skradeno okvir. upravljatko polje

odrediSna MAC adresa

izvoriSna MAC adresa

LLC PDU

polje za zaStitu okvira od pogreSaka

S1.4.5 GeneriEka struktura MAC PDU-a

Podsloj LLC u svakoj stanici uvijek prima one LLC PDU-ove koji se prenose MAC okvirima Eija je odrediSna adresa jednaka MAC adresi dotiEne stanice. Medutim, neke implementacije LLC-a omoguduju filtriranje MAC adresa primljenih okvira (MAC address filtering). Takav mehanizam omoguCuje

4.3. Upravlianie pristupom mediiu

podsloju LLC da od MAC-a zahtijeva isporuku i onih okvira Eija odredizna adresa nije identiha MAC adresi stanice. Filtriranje MAC adresa mogude je koristiti pri slanju okvira na vedi broj odredizta (multicasting).

4.3.2. MAC adresa Odbor IEEE 802 definirao je format MAC adrese krajnjih uredaja za sve LANove Eijom se standardizacijom bavi. Duljina MAC adrese iznosi 16 ili 48 bita. Danas se u svim LAN-ovima koriste uglavnom MAC adrese duljine 48 bita. Sadriaj svakog okteta zapisuje se pomodu dvije heksadecimalne znamenke (npr. x'a2-40-50-61-72-bl). Razlog za koriStenje dugackih adresa leii u zahtjevu da svaki krajnji uredaj (mreina kartica, prikljuEak na mreinom uredaju) mora imati jedinstvenu MAC adresu u cijelom svijetu. Iako MAC adresa ima lokalno znaEenje (samo na razini LAN-a), koriStenje jedinstvene MAC adrese na svjetskoj razini onemoguduje da bilo koje dvije stanice u istom LAN-u imaju istu MAC adresu, Sto bi ugrozilo ispravan rad lokalne mreie. Zadatak je proizvodaea mreine opreme da MAC adresu (ili adrese, ako se'radi o uredaju s dvama ili vise mreinih prikljucaka) ugradi u firmver fimware) mreinog uredaja. Na taj je naEin krajnji korisnik rastereden od konfiguriranja MAC adrese krajnjeg uredaja prilikom instalacije dotihog uredaja u LAN-u. IEEE je postao globalno vrhovno tijelo koje odreduje na koji naEin proizvodaEi mreinih uredaja dodjeljuju MAC adrese svojim proizvodima. MAC adresa se sastoji od dva dijela. Prvi dio duljine 24 bita nazvan je OUI (Organizationally Unique 1de\fier) i odreduje proizvodaEa opreme. Preostala 24 bita odreduju Sam uredaj (mreinu karticu, prikljuEak na mreinom uredaju). IEEE je definirao tzv. kanonski (canonical) format MAC adrese (Perlman [2000]), prikazan na S1. 4.6. Takav se format MAC adrese koristi u IEEE 802.3 i IEEE 802.4 LAN-ovima. Kanonski oblik MAC adrese eksplicitno odreduje da se na poziciji bita najmanje teiine (Least Significant Bit - LSB) nalazi bit IIG. Bududi da se u LAN-ovima definiranim standardima IEEE 802.3 i lEEE 802.4 prilikom slanja okvira na medij prvi Salje bit najmanje teiine, koriStenje kanonskog oblika adrese implicira da de prvi bit adrese na mediju biti IJG. MSB

LSB 6 bita

-1.

U/L

I/G

preostalih 40 bita

oktet MAC adrese-

S1. 4.6 Format MAC adrese u IEEE 802.3 i IEEE 802.4 LAN-ovima

U prvom oktetu adrese posebno su znaEajna dva bita: bit U/L (UniversallLocal) odreduje radi li se o adresi koju je dodijelilo vrhovno adrninistracijsko tijelo (U/L = 0) ili se radi o lokalno generiranoj adresi ( U L = 1);

4. Lokalne mreie

bit YG (ZndividuallGroup) odreduje oznaEava li MAC adresa jedan krajnji uredaj (YG = 0) ili skupinu krajnjih uredaja (YG = 1). Prilikom slanja okvira na jedno odrediSte ovaj je bit u odrediSnoj MAC adresi uvijek jednak nuli, a ako se radi o slanju okvira na vedi broj odrediSta ili o razaSiljanju okvira, tada je bit YG u odrediSnoj MAC adresi postavljen u jedinicu. OdrediSna MAC adresa za razaSiljanje okvira je x'ff-ff-ff-ff-ff-ff. U IEEE 802.5 LAN-u situacija je obratna, na medij se prvo Salje bit najvede teiine (Most Significant Bit - MSB). Stoga je IBM, kao kreator tehnologije Token Ring, odluCio promijeniti format MAC adrese u tzv. nekanonski (noncanonical, Sl. 4.7). Na taj se naEin prilikom slanja okvira na medij prvi Salje bit IJG, jednako kao u IEEE 802.3 i IEEE 802.4 LAN-ovima. Standard FDDI takoder definira koriStenje nekanonskog oblika odrediSne i izvoriSne adrese. LSB

MSB

IIG -1.

6 bita

UIL

preostalih 40 bita

I

oktet MAC.eserd a

S1.4.7 Format MAC adrese u IEEE 802.5 LAN-ovima

Medutim, problem nastaje prilikom r n e d u d j e l o v a n f i ~ ~802.3 i IEEE 802.5 LAN-a. Ako je MAC okvir iz Token Ringa proslijeden u IEEE 802.3 LAN, tada je u Ethernetu adresama (DA i SA) sadrianim u okviru potrebno promijeniti redoslijed bita, tj. promijeniti nekanonski u kanonski oblik. Tim se zadatkom bave uredaji za povezivanje LAN-ova. SliEno razmatranje vrijedi i za obratni smjer slanja, tj. iz Ethernet LAN-a u Token Ring. Nadalje, u IEEE 802.5 LAN-ovima je u izvoriSnoj MAC adresi promijenjeno znaEenje bita YG. S obzirom da je izvoriSna adresa uvijek pojedinaEna, upotreba bita I/G je suviSna. Stoga je on promijenjen u bit RIF (Routing Information Field). Taj bit, ako je postavljen u jedinicu, oznaEava da u MAC okviru iza adrese SA slijedi polje koje prenosi informaciju o usmjeravanju MAC okvira. Ako je RIF = 0, tada odmah iza izvoriSne adrese slijedi korisniEka informacija.

4.3.3. Standardi podsloja MAC Tijekom osamdesetih i devedesetih godina proslog stoljeka definirani su rnnogobrojni standardi lokalnih mreia: lEEE 802.3, IEEE 802.4, IEEE 802.5, IEEE 802.12, FDDI, Fibre Channel, ATM (Asynchronous Transfer Mode) LAN-ovi i dr. Danas je najEeSde koriSteni standard lokalnih mreia IEEE 802.3. Ostali se standardi sve rjede koriste ili su u potpunosti izbaEeni iz upotrebe. Osnovni razlozi zbog kojih je IEEE 802.3 gotovo jedini opstao u podruEju LAN-ova su jednostavnost protokola i izvedbe mreie, velika prijenosna brzina i niska cijena, prihvatljiva krajnjim korisnicima. Stoga je u nastavku poglavlja dan detaljniji prikaz IEEE 802.3 LAN-ova.

4.4. Standard IEEE 802.3

4.4. Standard IEEE . 802.3 --

1 .

Skupina proizvodaEa mreine opreme ujedinjenih na ovom projektu pod nazivom DIX (Digital, Intel and Xerox) prva je definirala standard Ethernet. Ethernet je specifikacija lokalne mreie koja koristi pristupnu meto& CSMAICD. DIX je objavio dva standarda, poznata pod nazivom Ethernet I (1980.) i Ethernet I1 (1982.). Odbor IEEE 802.3 nastavio je rad koji je DIX zapoEeo. Iako standardi Ethernet i IEEE 802.3 nisu identihi, danas se u svijetu za obje vrste lokalnih mreia koristi uvrijeieni naziv Ethernet. \

4.4.1. Protokol CSMAJCD Lokalna mreia definirana standardom lEEE 802.3 utemeljena je na pristupnoj metodi 1-persistent CSMNCD (Tanenbaum [1996]). Osnovno naEelo rada ove pristupne metode je sljedeCe (Stallings [1990]). Krajnji uredaj (nazvat Cemo ga stanica A) mjeri napon na mediju, Eime otkriva eventualno prisustvo nosioca na mediju (carrier sensing). Ako je mjereni napon dovoljno velik, stanica A zakljuEuje da ved neka druga stanica u lokalnoj mreii Salje svoj okvir i A F d a slanje vlastitog okvira. U trenutku kad je napon koji stanica A mjeri na mediju dovoljno malen, A zakljuEuje da je medij slobodan (idle), tj. da niti jedan drugi krajnji uredaj ne Salje svoje okvire. Cim stanica A ustanovi da je medij slobodan, pokrene brojaE koji mjeri vrijeme poznato kao razmak izmedu okvira (Interframe Gap - IFG, ponekad nazvan i razmak izmedu paketa, tj. Interpacket Gap - IPG). Trajanje IFG-a jednako je trajanju 96 bita (pri brzini od 10 Mbitls IFG traje 9,6 ys). Nakon isteka IFG-a, stanica A poEinje slati okvir. Ako za cijelo vrijeme trajanja slanja okvira stanice A niti jedan drugi krajnji uredaj u LAN-u nije slao svoje okvire, transfer je protekao bez sudara okvira (collision) i neki drugi krajnji uredaj u LAN-u moie zapoEeti svoju proceduru transfera. Medutim, ako je za vrijeme dok A Salje svoj okvir neki drugi krajnji uredaj takoder poEeo slati okvir, nastupit de sudar ta dva okvira. Sve stanice u LAN-u permanentno mjere napon na mediju. U sluEaju sudara ok-vira sve Ce stanice u LAN-u izmjeriti poveCani napon i zakljutiti da je doSlo do sudara. Ta se procedura naziva otkrivanje sudara okvira (Collision Detection - CD). Stanice koje su za to vrijeme slale okvire obustavit Ce daljnje slanje korisniEkih informacija. Neposredno nakon toga Ce svaka od njih poslati signal zaguSenja uam signal) duljine 32 bita i potpuno prekinuti slanje bilo kakvog signala. Svaka stanica koja je detektirala sudar okvira pokreCe algoritam BEB (Binary Exponential Backoff) (Stallings [1997]). PomoCu tog algoritma stanica generira sluEajno vrijeme koje Ce priEekati prije nego ponovno pokuSa slati okvir. Spomenuto vrijeme raCuna se kao broj fiksnih vremenskih odsjeEaka (slot). Trajanje svakog odsjeEka jednako je trajanju 512 bita pri odredenoj prijenosnoj brzini. Sada je IakSe objasniti zaSto se u nazivu pristupne metode u

4. Lokalne mreie

IEEE 802.3 LAN-ovima koristi pojam l-persistent. U trenutku kad krajnji uredaj detektira da je prijenosni medij slobodan, on Salje okvir s vjerojatnoSdu 1. U nastavku de umjesto izraza IEEE 802.3 biti koriSten raSireniji naziv Ethernet (osim u situacijama kad izmedu ta dva standarda postoji bitna razlika). Starije inaEice Ethernet LAN-ova koristile su iskljuEivo pristupnu metodu CSMNCD. Pri toj metodi svaka stanica u nekom vremenskom trenutku moie samo primati ili samo slati okvire, ali ne moie Einiti oboje istovremeno. Takav se tip prijenosa informacija naziva naizmjeniEni prijenos (half-duplex - HD). Stoga se ponekad Ethernet LAN koji koristi pristupnu metodu CSMNCD naziva i half-duplex Ethernet, tj. Ethernet LAN s naizmjeniEnim naEinom rada. Kasnije je standardom IEEE 802.3 definiran i dvosmjerni prijenos (FD) koji stanici omoguCuje istovremeno slanje i prijem paketa. KoriStenje dvosmjernog naEina rada, tj. fill-duplex Etherneta, znaEi napuStanje vigestrukog pristupa. U dvosmjernom naEinu rada podsloj MAC koristi samo tri parametra metode CSMNCD: IFG, minimalnu duljinu okvira i maksimalnu duljinu okvira.

4.4.2. Struktura Ethernet okvira Na S1. 4.8 prikazana je struktura IEEE 802.3 i Ethernet DIX okvira (Feit [2000]). U strukturu Ethernet okvira najCeSCe se ubrajaju i dva poEetna polja, nazvana preambula @reamble) i oznaka poEetka okvira (Start Frame Delimiter - SFD). Medutim, preambula ima znaEenje samo na fiziEkom sloju (pri slanju okvira kreira se na fiziEkom sloju, a prilikom prijerna okvira fiziEki sloj uklanja preambulu i ne pro~ljeduje~ju na podsloj MAC). Polje SFD koristi se samo za odredivanje poCetka okvirf (sinkronizacija na razini okvira). Sva ostala polja Eine tzv. Ethernet paket (taj pojam ne treba brkati s paketima kao protokolnim podatkovnim jedinicama mreinog sloja, kao Sto je npr. IP paket). IEEE 802.3 okvir preambula

71

SFD

U

DA

SA

2 ili 6-2

L

ili 6 U 2 - 0

LLC PDU

PAD

FCS

do 1 5 0 0 U O do 46+f4+

Ethernet DIX okvir preambula

71

SFD

U

DA

2 ili 6

SA

U

2 ili 6-2-0

I I ET

korisniEka informacija

I

PAD

FCS

do 1 5 0 0 U O do 46-4+

S1.4.8 Struktura IEEE 802.3 i Ethernet DIX okvira (duljine polja okvira izraiene su brojem okteta)

Preambulu Eini sedam okteta od kojih svaki sadrii isti slijed bita: 10101010. Prearnbula je namijenjena sinkronizaciji na razini bita. Prijernnik koristi ovaj slijed od 56 bita kako bi obnovio takt s kojim je dotiEni okvir poslan. Na taj se naEin postiie uskladenost takta izmedu predajnika i prijemnika. Polje SFD

4.4. Standard IEEE 802.3

sadrii fiksni slijed od osam bita: 10101011. Polje odrediSne adrese (Destination Address - DA) odreduje MAC adresu krajnjeg uredaja kojem se dotihi okvir Salje, a polje izvoriSne adrese (Source Address - SA) odreduje MAC adresu krajnjeg uredaja koji Salje taj okvir. Nakon adresa slijedi polje po kojem se standardi IEEE 802.3 i Ethernet DIX bitno razlikuju. Polje L (Length) odreduje duljinu korisniEkog polja (na slici oznaEeno kao LLC PDU). Maksimalna dozvoljena duljina korisniEkog polja iznosi 1500 okteta. Za razliku od IEEE 802.3 okvira, na mjestu polja L u Ethernet DIX okvirima nalazi se polje ET (EtherType). To polje odreduje protokol rnreinog sloja Eiji se podaci pakiraju u korisniEko polje Ethernet okvira (npr. prilikom slanja IP datagrama Ethernetom, sadriaj polja ET je x'0800). S obzirom da je osnovna ideja bila da se istim fiziEkim LAN-om zajedno mogu prenositi Ethernet DIX i IEEE 802.3 okviri, sadriaj polja ET poprima iznose koji su vedi od najvede dozvoljene duljine korisniEkog polja. Istovremeno, zbog toga Sto je trajanje fiksnog vremenskog odsjeEka jednako trajanju 512 bita, najmanja dozvoljena duljina Ethernet paketa iznosi 64 okteta. Ako nerna dovoljno korisniEkih okteta za popunjavanje korisnitkog polja, koristi se polje za popunjavanje (Padding - PAD). Duljina polja PAD krede se u rasponu od 0 do 46 bita. Na podsloju MAC realizirana je funkcija pradenja pogreSaka koje nastaju unutar okvira, tj. na simbolima koji Eine okvir, za vrijeme njihova prijenosa LAN-om. Te su pogreSke posljedica djelovanja smetnji kojima je prijenosni medij izloien. Na kraju okvira nalazi se polje nazvano slijed za provjeru ispravnosti okvira (Frame Check Sequence - FCS). Sadriaj tog polja kreira se u predajniku pomodu metode cikliEkog kodiranja (Cyclic Redundancy Check - CRC). U prijemu se istom metodom na podsloju MAC na temelju primljenog okvira proratunava slijed od Eetiri okteta koji se zatim usporeduje s primljenim FCS-om. Ako je podudarnost potpuna, to je znak da je primljeni okvir ispravan (iako to ne mora biti potpuno toEno jer postoji moguknost da CRC ne otkrije neke viSestruke pogreSke). Ako otlaije da je neki okvir neispravan, podsloj MAC ga odbacuje. U LAN-ovima se ponovno slanje (retransmisija) okvira prirnljenih s pogreSkom implementira najEeSde na viSim protokolnim slojevima (npr. na transportnom sloju), a rjede na podsloju LLC (to je opcija koju po potrebi odabire korisnik). Dakle, ako transportni sloj ili podsloj LLC u prijemnom entitetu krajnjeg uredaja otkrije da neki okvir nedostaje, tada ravnopravnom protokolnom sloju, odnosno podsloju u predajniku na drugom kraju linka Salje zahtjev za retransmisijom okvira.

Primjene SNAP enkapsulacije u Ethernet LAN-ovima Prednost koriStenja Ethernet DIX okvira pred IEEE 802.3 okvirima je u tome Sto je svih 1500 okteta u korisniEkom polju okvira raspoloiivo za transfer informacija viSih protokolnih slojeva. Odsustvo polja koje odreduje duljinu korisniEkog polja ne predstavlja ozbiljniji nedostatak, jer se raEuna s time da svaki protokol viSeg sloja generira PDU-ove standardne duljine.

4. Lokalne mreie

Potreba za slanjem okvira varijabilne duljine, kojoj je posebna painja posveCena pri kreiranju standarda IEEE 802.3, rezultirala je izbacivanjem polja ET iz strukture IEEE 802.3 okvira. Problem koji se javlja uslijed nedostatka polja ET rijeSen je ranije spomenutom SNAP enkapsulacijom (ponekad se naziva i LLCJSNAP enkapsulacija). Irnplementacija SNAP enkapsulacije u IEEE 802.3 LAN-ovima provedena je na sljededi naEin. Organizacija IEEE je tvrtki Xerox dodijelila 0 1 koji je jednak x'00-00-00, a polje PI jednako je polju ET u DIX okvirima (Sl. 4.4). U polje upravljaEke informacije LLC PDU-a upisuje se fiksni sadriaj x'00-03, Sto znaCi da se koriste neoznaEeni LLC PDUovi. Zbog koriStenja SNAP enkapsulacije u IEEE 802.3 okviru, preostaje <<same>> 1492 okteta za transfer korisnickih informacija.

4.4.3. MreZne topologije Ethernet LAN-ova Topologija poEetnih inaEica Ethernet LAN-ova bila je sabirniEka (bus) (Sl. 4.9a). Cjelina koju saEinjavaju koaksijalni kabel kao sabirnica i prikljuEene stanice naziva se segment LAN-a. Uslijed priguSenja i disperzije signala u kabelu maksimalna je duljina takvog segmenta bila ograniEena na 500 metara. Medutim, trajanje fiksnog vremenskog odsjeEka omoguduje poveCanje duljine LAN-a. U tu svrhu dizajniran je uredaj nazvan obnavljaE (repeater). ObnavljaC medusobno povezuje dva ili viSe segmenata LAN-a i omoguCuje poveCanje duljine LAN-a (Martin [1994]) (Sl. 4.9b). Vedina obnavljaca ima vise od dva prikljucka. Takvi se obnavljaci nazivaju obnavljari s veCim brojem prikljuEaka (multipart repeaters).

komutator

obnavljaE segment LAN-a

segment LAN-

S1. 4.9 Topologije Ethernet LAN-ova: a) sabirniEka topologija, b) povezivanje segmenata obnavljaEem, c) zvjezdasta topologija i d) komutirana topologija Bitna promjena u topologiji Ethernet LAN-ova nastupila je 1990. godine kad je odbor IEEE 802.3 specificirao uporabu upredenih parica (Twisted Pair - TP) u lokalnoj rnreii. Topologija pariEnog Etherneta v d a sL~ t -c ( ( r ) , a segment ----- - - - . ------/

4.4. Standard IEEE 802.3

postaje dio LAN-a koji povezuje stanicu i prikljuEak na obnavljacu (Sl. 4 . 9 ~ ) . Njegova je duljina ograniEena na 100 metara. Za obnavljace u pariEnom Ethernet LAN-u koristi se naziv pariEni obnavljaE (hub). SljedeCa bitna promjena nastala jeuvpdenjem komutatora u lokalnu mreiu (Sl. 4.9d). Topologija takve mreie je takoder zvjezdasta, ali u odnosu na topologije koje koriste obnavljaEe, ovdje segmenti - - LAN-a _pripadaju medusobno -_T"-...-oZvojen~mdomenama sudara okTiG. Domena sudara okvira (collision domzn) definirana je kao podruEje u Ethernet L ~ N - ;inutar kojeg vrijedi pravilo da kad bilo koje dvije stanice istovremeno Salju svoje okvire, nastaje sudar okvira. ,8bbnavljaEje jednostavan rnreini uredaj za povezivanje LAN-ova, ali mu je b n o v n i nedostatak u tome Sto ne razdvaja domene sudara okvira. Signal j e tijekom prostiranja od krajnj eg uredaja do obnavljaEa priguSen i izobliEen. ObnavljaE pojaEava primljeni signal, obnavlja njegov izvorni oblik, i s'alje ga na ostale prikljuEke.9novni naei-n---rada okavljGa W e l j i se-na_tome_ da sve podatke koje primi po jednom od svojih prikljuEaka (port) poSalje nasve - -ostii~e-~rikl~&ke na koje su spojene aktivne stanice (Sl. 4.10). '

I _

1

S1. 4.10 Osnovni naCin rada obnavljaEa Osnovni zadaci obnavljaEa su sljedeCi: --===otkrivanje sudara okvira; otkrivanje neispravnih stanja u rnreii i particioniranje prikljucka (port partitioning) (Kadambi [1998]); obnavljanje preambule primljenog signala (Kadambi [1998]). Negativni uEinci koji se javljaju u obnavljacu su_poveCano kaSnjenjeduira pc,ik~m_p_rijenosas k a j a ?a kraj -me_& i_skraCivanje-@~&(~adambi [1998]). ~azrnotriv~i-objenegativnepojave, IEEE 802.3 specificirao je da okvir smije proCi kroz najviSe obnavljaEa izmedu bilo koja dva DTE-a u jednom LAN-u (pod pretpogtavkom da na tom putu okvir prolazi samo kroz fiziEki sloj mreie). Uglavnom, prilikom kreiranja LAN-ova pomoCu obnavljaEa posebnu painju treba obratiti na ukupno kas'njenje prijenosa s kraja na kraj LAN-a koje ne smije biti veCe od trajanja-fiksnog vremenskog --odsjeEka; - . -

4. Lokalne mreie

4.4.4. Protokolni slolaj Ethernet LAN-ova U poglavlju 4.1 opisan je opCeniti protokolni sloiaj koji je primjenjiv na sve IEEE 802 LAN-ove. Podslojevi MAC i LLC identicni su u svim inacicama Ethernet LAN-ova i neovisni su o vrsti prijenosnog medija (do manjih promjena na podsloju MAC doSlo je tek prilikom definiranja standarda Gigabit Ethernet). Medutim, protokolni sloiaj Etherneta je specifican na fizickom sloju (Sl. 4.1 1) (Kadambi 119981). FiziEki sloj Etherneta u krajnjem uredaju (DTE) sastoji se od podsloja PLS (Physical Layer Signaling), suCelja AUI (Attachment Unit Interface), podsloja PMA (Physical Medium Attachment) i sucelja MDI (Medium Dependent Interface). Ovakva se protokolna arhitektura koristi u Ethernetu prijenosne brzine 10 Mbitls. DTE (krajnji uredaj)

'

AUI

MAU

S1.4.11 Protokolni sloiaj IEEE 802.3 LAN-a

Podsloj PLS zaduien je za linijsko kodiranje signala koji se formira na podsloju MAC. Podsloj MAC Salje okvire prema fiziCkom sloju kao serijski slijed bita koji se prenose pravokutnim signalima u formatu NRZ (Non-Return-to-Zero). Medutim, takav signal nije pogodan za slanje medijem na veCe udaljenosti. Stoga se serijski slijed bita na podsloju PLS kodira pomoCu koda Manchester. Podsloj PLS i jedinica za povezivanje s medijem (Medium Attachment Unit MAU) medusobno su povezani suEeljem ATII. Sklopovska jedinica MAU sadrii podsloj PMA i suCelje MDI. MAU moie biti realiziran kao poseban uredaj nazvan primopredajnik (transceiver), koji se AUI kabelom povezuje s mreinom karticom stanice, odnosno prikljuCkom obnavljaca, ili kao sastavni dio mreine kartice, odnosno mreinog prikljucka. MAU otkriva sudare okvira, provodi SQE (Signal Quality Error) testiranje vlastitog sklopovlja i spreEava slanje okvira Cija je duljina veCa od dozvoljene. Na primjer, ako slanje okvira traje izmedu 20 i 150 ms, MAU prekida slanje i signalizira tzv. jabber. U optickoj i paritnoj

4.4. Standard IEEE 802.3

inaEici Etherneta MAU moie provjeravati i ispravnost fiziEkog linka slanjem impulsa za provjeru integriteta linka (Link Integrity Pulse - LIP). PraktiEnu realizaciju suEelja MDI predstavlja konektor pomoku kojeg se MAU povezuje s prijenosnim ~ e d i j e m .Protokolni sloiaj obnavljaEa nije identican onom u krajnjem uredaju. U obnavljaEu nisu implementirani podslojevi MAC i LLC, niti viSi protokolni slojevi. U obnavljaEu je umjesto podsloja PLS implementiran sloj obnavljara (Kadambi [1998]).

Fast Ethernet Fast Ethernet je popularni naziv za IEEE 802.3 LAN prijenosne brzine 100 Mbit/s. Definiran je preporukom IEEE 802.31~ objavljenom 1995. godine. Fast Ethernet, poznat i po nazivu 100BASE-T, unosi promjene iskljuEivo u fiziEki sloj Ethernet LAN-ova. Podsloj MAC ostaje isti kao i u ranijim inaticama. DTE (krajnji uredaj) LLC

I

sloj obnavljaEa

I

PHY

PHY

S1.4.12 Protokolni sloiaj Fast Etherneta (IEEE 802.3~)

Protokolni sloiaj Fast Etherneta prikazan je na S1. 4.12 (Kadambi [1998]). Sukladno modelu OSI RM, podslojevi RS, PCS, PMA, PMD i Auto-Negotiation zajedno sa suEeljima MII i MDI Eine fiziEki sloj Fast Ethernet LAN-a. Medutim, standard Fast Ethernet definira poseban fiziEki sloj (Physical - PHY) sastavljen od podslojeva PCS, PMA, PMD, Auto-Negotiation i suEelja MDI. Prilikom predaje okvira podsloj RS (Reconsiliation Sublayer) preslikava oktete prirnljene s podsloja MAC u elektriEne signale na suEelju MII, a u prijemnom smjeru elektriCne signale sa suEelja MII pretvara u oktete na podsloju MAC. Na taj naEin novi fiziEki sloj postaje transparentan za izvornu inaEicu podsloja MAC. SuEelje MI1 (Medium Independent Interface) je ekvivalent suEelju AUI

4. Lokalne mreie

definiranom izvornim standardom IEEE 802.3. Osnovna mu je namjena prilagoditi podsloj MAC razliCitim standardima fiziCkog sloja. Podsloj PCS (Physical Coding Sublayer) zaduien je za linijsko kodiranje slijeda binarnih simbola prilikom predaje okvira, te za dekodiranje primljenog slijeda simbola u prijemu. Odabir linijskog koda ovisi o vrsti prijenosnog medija. Podsloj PMA odgovoran je za paralelno-serijsku pretvorbu u predajnom smjeru, te za serijsko-paralelnu pretvorbu i sinkronizaciju u prijemu. Podsloj PMD upravlja samom predajom signala. Njegove tipiCne funkcije su pojaEanje, modulacija (u optiEkom prijenosu) i oblikovanje signala. Primjena podsloja Auto-Negotiation omoguCuje da se dva medusobno povezana uredaja dogovore oko prijenosne brzine koju Ce koristiti (10 ili 100 Mbit/s). Sueelje MDI realizirano je kao konektor za prikljutivanje fiziCkog medija prijenosa. Fast Ethernet definira dvije vrste obnavljaEa (Kadambi [1998]): obnavljaE prvog razreda (class I repeater) i obnavljaE drugog razreda (class 11 repeater). Segment Fast Ethernet LAN-a definiran je na isti naEin kao i segment pariCnog Etherneta brzine 10 Mbit/s.

Gigabit Ethernet Gigabit Ethernet je standard namijenjen lokalnim mreiama prijenosne brzine 1 Gbit/s koje koriste pristupnu metodu CSMAICD. Standardiziran je 1998. godine preporukom IEEE 802.32. Preporuka IEEE 802.3ab, objavljena 1999. godine, definira fiziCki sloj Gigabit Etherneta (1000BASE-T) realiziran pomoCu neoklopljenih upredenih parica (Unshielded Twisted Pair - UTP) (Kadambi [1998], Feit [2000]). Gigabit Ethernet je potpuno kompatibilan s ranijim inaEicama Etherneta prijenosne brzine 10 i 100 Mbit/s.

'

b d i o okvira pokriven F C S - o m 4 broj obta preambula

1

SFD

'

6

6

2

46 - 1500

DA

SA

UET

LLC PDU + PAD

k-minimalno b-minimalno

4

0 - 448

FCS

produljenje okvira

64 okteta

512 okteta

I

4

S1.4.13 Struktura okvira u Gigabit Ethernetu s naizmjenicnim naEinom rada

Iako Gigabit Ethernet u praksi uglavnom koristi dvosmjerni naEin rada, standardom je definiran i naizmjeniCni naEin rada. Trajanje 512 bita pri brzini slanja 1 Gbit/s iznosi samo 512 ns, Sto bi znaEilo da je dozvoljeni raspon LAN-a ograniEen na samo 20 m. Takvo smanjenje duljine lokalne mreie bilo bi potpuno neprihvatljivo za korisnike. Stoga je za potrebe naizmjeniCnog naCina rada Gigabit Etherneta vrijeme trajanja fiksnog vremenskog odsjeCka poveCano s 512 bita na 512 okteta, Cime je omoguCen raspon mreie od 200 m. Medutim, rninimalna duljina MAC okvira i dalje ostaje 64 okteta (512 bita). PoveCanje minimalne duljine MAC okvira na 512 okteta unijelo bi nekompatibilnost gigabitnog LAN-a s mreiarna niiih brzina. Stoga je naEinjen kompromis,

4.4. Standard IEEE 802.3

nazvan produljenje nosioca (carrier extension) (S1.4.13). Ako je prilikom slanja MAC okvir kradi od 4096 bita (5 12 okteta), fiziEki sloj zadriava uredaj u stanju slanja i Salje slijed posebnih simbola za produljenje nosioca, sve do isteka trajanja vremenskog odsjeEka. Ti se posebni simboli Salju nakon polja FCS i ne srnatraju se dijelom okvira. Da bi se ublaiilo drastitno smanjenje propusnosti Gigabit Etherneta prilikom uzastopnog slanja veteg broja manjih okvira, pri Cemu bi svaki okvir bilo potrebno produljiti, koristi se metoda nazvana usnopljavanje okvira (frame bursting) (Sl. 4.14).

-

za vrijeme IFG-a Salju se znakovi za produljenje okvira

\

/ / MAC Okvir (produlJen po potrebi) m -ko p

IF G

MAC okvir

IFG

MAC okvir

(rnaksirnalno 81 92 oleta)

IFG

....

MAC okvir

I +

kraj slanja stanice

S1.4.14 Usnopljavanje okvira u Gigabit Ethernetu s naizmjeniEnim naEinom rada

U Gigabitnom Ethernetu s dvosmjernim naEinom rada koriste se okviri minimalne duljine 64 okteta, odnosno maksimalne duljine 1518 okteta, ili tzv. Jumbo okviri maksimalne duljine do 9018 okteta. Protokolni sloiaj Gigabit Etherneta gotovo je identican protokolnom sloiaju Fast Etherneta (S1. 4.12). Bitne promjene u protokolnom sloiaju koje je unio standard IEE 802.32 su sljedete. SuCelje MI1 zamijenjeno je suEeljem GMII (Gigabit Media Independent Interface). Za razliku od suEelja MII, ovo je osam-bitno paralelno suEelje. Stariji oblik protokola Auto-Negotiation bio je prilagoden pariEnom mediju, ali je novom preporukom proSiren i na optiEke niti. Nadalje, za razliku od standarda 100BASE-T koji definira dvije vrste obnavljaEa, Gigabit Ethernet specificira samo jednu vrstu obnavljaEa. Unutar jedne domene sudara okvira dozvoljeno je koriStenje samo jednog gigabitnog obnavljaEa. Nadalje, obnavljaEi koji koriste naizmjenitni naEin rada ne mogu stanicama u LAN-u omoguditi postizanje propusnosti koja je usporediva s onom koju pruiaju dvosmjerni obnavljaEi (buffered distributor, full-duplex repeater). Dvosmjerni su obnavljaci prvi put specificirani standardom Gigabit Ethernetu, i to kao kombinacija tradicionalnog obnavljaEa i dvosmjernog prijenosa.

4.4.5. Standardi fiziCkog sloja Ethernet LAN-ova Odbor IEEE 802.3 definirao je razliEite inaEice standarda Ethernet ovisno o vrsti koriStenog prijenosnog medija i o prijenosnoj brzini (Kadambi [1998], Feit [2000]). Prilikom oznaEavanja standarda fiziEkog sloja, odbor IEEE 802.3 je primijenio jednostavno pravilo. Na poEetku naziva inaEice standarda je prijenosna brzina npr. 10BASE5, pri Cemu 10 oznaEava prijenosnu brzinu 10

4. Lokalne mreie

MbitJs. Nadalje slijedi slovna oznaka naCina rada LAN-a: u osnovnom pojasu (npr. IOBASES, BASE dolazi od engleske rijeEi baseband) ili Sirokopojasni (npr. 10BROAD36, pri Eemu BROAD dolazi od engleske rijeEi broadband). KonaCno, na kraju naziva inaEice standarda je broj koji oznaEava maksimalnu dozvoljenu duljinu segmenta izraienu u stotinama metara (npr. 10BASE2, 10BASES ili 10BASE36) ili slovo koje oznaEava vrstu prijenosnog medija (npr. 10BASE-T ili 10BASE-F). Na fiziEkom sloju Ethernet LAN-ova definirani su sljedeki standardi: 10BASES - specificira koriStenje debelog koaksijalnog kabela, 10BASE2 - specificira koriStenje tankog koaksijalnog kabela, 10BASE-T - specificira koriStenje dviju parica UTP kategorije 5, FOIRL (Fibre Optic Inter-Repeater Link) - namijenjen medusobnom povezivanju obnavljaEa optiEkim nitirna, 10BASE-F 10BASE-FL - specificira uporabu dviju viSemodnih optiEkih niti (Multimode Fiber - MMF), 10BASE-FB - specificira uporabu dviju viSemodnih optiEkih niti, ali je namijenjen iskljuEivo medusobnom povezivanju obnavljaca, - 10BASE-FP - specificira pasivni optiEki LAN, 10BROAD36 - Sirokopojasna inaEica Ethernet LAN-a, specificira koriStenje koaksijalnog kabela; 100BASE-T (Fast Ethernet) 100BASE-X 100BASE-TX - specificira koriStenje dviju parica UTP kategorije 5, ili dviju neoklopljenih upredenih parica (Shielded Twisted Pair - STP); 100BASE-FX - specificira koriStenje dviju viSemodnih optitkih niti, 100BASE-T4 - specificira koriStenje Eetiriju parica UTP kategorije 3; 100BASE-T2 - specificira koriStenje dviju parica UTP kategorije 3. Gigabit Ethernet 1000BASE-X 1000BASE-LX - specificira uporabu dviju viSemodnih ili jednomodne (Single-mode Fiber - SMF) optiEke niti, 1000BASE-SX - specificira uporabu dviju viSemodnih optiEkih niti, -

-

1000BASE-CX - specificira uporabu dviju oklopljenih parica, 1000BASE-LH - specificira uporabu dviju jednomodnih optiEkih niti, omoguCuje postizanje najveCeg dometa (do 100 km), 1000BASE-T - koristi Eetiri parice UTP kategorije 5, 5e ili 6.

-

4.5. Povezivanie LAN-ova

4.5. Povezivanje LAN-ova Kao Sto je u ovom poglavlju vet ranije spomenuto, Ethernet LAN-ove je na fiziEkom sloju moguCe medusobno povezivati obnavljacima. Sve stanice spojene u takvu mreiu, zajedno s obnavljaEima Eine jednu domenu sudara okvira. Kad u promatranoj mreii ima pun0 krajnjih uredaja i obnavljaEa, broj sudara okvira postaje prevelik i pristupno kaSnjenje nekontrolirano raste. Stoga je . potrebno razdvajanje kolizijskih domena uredajima koji se nazivaju mostovi (bridges). SliEna je situacija i u Token Ring LAN-ovima. Token Ring stanice se BeTusobno povezuju pomoCu uredaja MAU (Multistation Access Unit)ziziEka topologija Token Ring LAN-a je zvjezdasta, a logiEka topologija prsteGsta (en@. Medusobnim povezivanjem uredaja-MAU moguke je formirati veti prsten. Medutim, broj stanica u jednom prstenu je ograniEen. Stoga, ako korisnik ieli izgraditi veCu Token Ring mreiu, tada prstene mora medusobno povezati mostovima. Sa stajaliSta mreinog sloja, ako se dva LAN-a poveiu mostom, oni i dalje predstavljaju istu podmreiu (subnetwork). Za povezivanje lokalnih mreia Eesto se koriste i usmjerivaci (routers). UsmjerivaE predstavlja kraj lokalne mreie iza kojeg iapoEinje-pristgp -mreii Sirkg podruEja (Wide Area Network - WAN) ili -. -- -- - - -- - _ _ _ a d"figTEka1na mreia koja na rnreinom sloju predstavlja zasebnu podmreiu. .. KonaEno, ako je potrebno povezati dva LAN-a u kojima su primijenjene got~~un2razliE$egrotokolne_arhitekture (npr. u jednom LAN-u TCPIIP, a u *drugdmIBM SNA), tada je na GiEic'l tadva LAN-a potrebno implementirati uredaj nazvan--prolaz . .,.- (gateway). -

---

6. -.A

+ , + , = = = F L ; =

f

----

4.5.1. Mostovi Promatrajmo nekolicinu lokalnih mreia medusobno povezanih mostovima (Sl. 4.15). Na tom je primjeru moguCe definirati osnovne funkcije mosta. Iako slika sugerira da se radi o Ethernet LAN-ovima, razmatranja koja slijede podjednako vrijede i za Token Ring LAN-ove. Funkcije mosta definirane su na drugom sloju modela OSI RM. Mostovi obavljaju tri osnovne funkcije (Smythe [1995]): filtriranje (filtering) okvira pomoCu odrediSne adrese upisane u okvire; prosljedivanje (forwarding) okvira iz jednog u drugi LAN brzinom koja je jednaka prijenosnoj brzini u drugom LAN-u;

uzenje (learning) topologije LAN-a na temelju~~v,onSn~~adresa upisanih u prirnljene okvire. Navedene funkcije bit Ce detaljnije objaSnjene u nastavku. Pretpostavimo da neki krajnji uredaj u lokalnoj mreii LAN 1 Salje okvir koji je namijenjen nekom drugom krajnjem uredaju u istom LAN-u (Sl. 4.15). Most A pomoCu prikljucka A1 prima sav lokalni promet u LAN-u 1. Kad most utvrdi da je okvir

4. Lokalne mreie

namijenjen stanici u istom L g - u , ne prosljeduje taj okvir, veC ga, uklanja iz memorije. Ako je pak okvir?fjrirnlj&n po prikljuEku A l , namijenjen nekom od Eajnjih uredaja u LAN-u 2 ili 3, most A Ce dotiEni okvir proslijediti u LAN 2 i LAN 3 preko prikljucka A2, odnosno A3.

S1. 4.15 Povezivanje lokalnih rnreia pomoCu mostova

Medutim, ako most A po prikljuEku A1 primi okvir Eija mu je qjredigudxes-a (DA) nep-a, tada dotihi okvir poSalje na sve prikljuEke osim na onaj-po kojem @ thjlokvir primio. (da se u istom AN-u ne bi udvostruEavali okviri). +.-. Takav naEin rada mosta naziva se poplavljivanje mreie (flooding). Na primjer, ako krajnji uredaj u LAN-u 1 poSalje okvir nekoj stanici u LAN-u 4, tada Ce most A taj okvir poslati preko prikljutaka A2 i A3 u LAN 2 i LAN 3, a okvir Ce do odrediSta doCi preko mosta B. Dakle, mostovi obilno koriste ~azaSil,i,ade okvira kao temeljno naEelo svog rada. Poplavljivanje je vrlo nezgodna pojava u velikim lokalnim rnreiama jer bitno poveCava koliEinu prometa u LAN-u. Ako most A po prikljuEku A1 primi okvir Eija je odrediSna MAC adresa jednaka MAC adresi razaSiljanja, on Ce dotiEni okvir takoder poslati na sve prikljuEke osim na onaj po kojem je taj okvir primio. Most odriava tablicu parova @roj-prikJjGka, MAC adresa. Prilikom svakog prijema okvira most provjeravapostoji li z a z o r i h u adreh (SA), sadrianu u primljenom okviru, i za prikljuEak po kojem je okvir prirnljen, odgovarajuti unos u tablici. Ako unos ne postoji, most ga kreira kao redak u tablici i pridruiuje mu vremenski brojaE. Ako nakon specificiranog vremena brojaE istekne (njegov sadriaj postane jednak nuli), unos se briSe iz tablice. Taj je detalj ugraden u mostove kako bi se izbjeglo da je neka stanica odavno ugaSena i neaktivna, a njen unos i dalje zauzima mjesto u tablici. Dakle, uCeCi izvoriSne adrese most moie unutar nekog vremenskog razdoblja nauCiti topologiju lokalne mreie. Uslijed toga, proces filtriranja MAC okvira u mostu postaje utinkovitiji, a koliEina poplavljivanja se osjetno srnanjuje. -

X

_

-

-

-

Protokolarni slof aj mostova Prilikom povezivanja dvaju istovrsnih LAN-ova (npr. dva Ethernet LAN-ova) koriste se tzv. MAC-mostovi-_(MAC bridge). MAC mostovi ne podriavaju medusobno povezivanje raznovrsnih ~ m - o v a(npr. Ethernet i Token Ring

4.5. Povezivanie LAN-ova

LAN-a). Protokolni sloiaji koji se koriste u krajnjim uredajirna i MAC mostu definirani su preporukom IEEE 802.1D, a prikazani su na S1. 4.16 (Stallings [1997]). Ovakav most koji izravno povezuje dva LAN-a naziva se i most za lokalno povezivanje (local bridge).

uredaj 1

uredaj 2

S1. 4.16 Povezivanje dva LAN-a MAC mostom

Lokalne mreie razliEita protokola podsloja MAC moguCe je povezati mjeSovitim moGGm (link bridge, mixed bridge), koji se ponekad naziva i translacijski most (obavlja translaciju iz jednog u drugi format MAC PDU-a). Pretvorba izmedu razliEitih formata okvira zbiva se na podsloju LLC u mostu.

S1.4.17 Primjer primjene mosta za povezivanje LAN-ova na daljinu

Drugi oblik realizacije mjeSovitog mosta je enkapsulacijski most koji se koristi pri povezivanju istovrsnih lokalnih mreia kroz LAN druge vrste (npr. dva Ethernet LAN-a medusobno povezana Token Ringom). Enkapsulacijski most prima MAC okvire iz jednog LAN-a (npr. Ethernet LAN) i enkapsulira ih u korisniEko polje MAC PDU-a drugog LAN-a (npr. Token Ring LAN). U suprotnom smjeru komuniciranja, okvire koje prima iz Token Ring LAN-a raspakirava i izvadene Ethernet okvire Salje u odrediSni Ethernet LAN. Prilikom povezivanja LAN-ova pomoCu linkova druge vrste potrebno je primijeniti most za povezivanje na daljinu (remote bridge). Na S1. 4.17 prikazan je primjer povezivanja dvaju LAN-ova linkom od toeke do toEke u mreii Sireg podrucja.

Prednosti i nedostaci mostova Mostovi unose u komunikaciju odredeno kaSnjenje koje je veCe nego kaSnjenje u obnavljaCima. Mostovi su najEeSCe koristili naEin prosljedivanja okvira poznat pod nazivom capremi pa proslijedi>>(store and forward). Pri takvom naEinu rada most prvo primi cijeli MAC okvir, provjeri njegovu ispravnost i tek ga

4. Lokalne mreie

nakon toga proslijedi na neki od izlaznih prikljuEaka. Takav naCin rada moie dovesti do pojave velikih kaSnjenja u sluEaju transfers dugaEkih okvira. Osnovna prednost mostova u odnosu na obnavljaEe je u tome Sto irazd~ajaj_u2do0menesudaraokvira. UnatoE tome, mostovi se veC dulje vrijeme vrlo slabo koriste u LAN-ovima. Razlog leii u sljedekem; veCina protokola mreinog sloja koristi u LAN-ovima mehanizam razaSiljanja na podsloju MAC kao svoj temeljni naEin rada. Primjer takvog protokola je ARP (Address Resolution Protocol) u IP (Internet Protocol) okolini. Mostovi su transparentni za razaSiljanja na podsloju MAC i stoga nisu pogodni za kreiranje velikih LANova. U tu je svrhu bolje koristiti usmjerivace, koji nisu transparentni za razaSiljanja na podsloju MAC. Mostovi, u kojima su funkcije uEenja, filtriranja i prosljedivanja okvira bile implementirane softverski, istisnuti su iz upotrebe od strane uredaja nazvanog komufitor d r u m a (Layer 2 switch), u kojem su funk~ije-mosta@lematirane-hardverski, U kontekstu komutatora pojam drugi sloj odnosi se na drugi protokolni sloj modela OSI RM. Ponekad se za komutatore implementirane u lokalnim mreiama koristi naziv LAN komutator (LAN switch) kako bi se naglasilo podruEje primjene dotiEnog uredaja. U nasta~ku ovog 'poglavlja bit Ce koriStena oba naziva, komutator i LAN komutator, pri Eemu oba oznacavaju istu vrstu uredaja.___ LAN_komutator ._ _ _ drugog ._-_ --sloja- je - --uredaj prikllEaka koji obavlja iste funkcije kao i most s veCim brojem o M e ) . Danas sve vrste lokalnih mreia (Ethernet, Token Ring,k z s t e komutiranu mreinu arhitekturu. U nastavku ovog potpoglavlja naglasak je dan na Ethernet komutatore i njihova svojstva.

4.5.2. Ethernet komutatori Na S1. 4.18 prikazana je genericka arhitektura Ethernet komutatora (Ethernet switch). Svaki se krajnji uredaj (DTE) povezuje s prikljuEkom komutatora (port) pomoCu dvije parice (ili pomoCu dvije optiEke niti), od kojih jedna sluii za slanje okvira od DTE-a prema komutatoru, a druga za slanje okvira u suprotnom smjeru. Na razini podsloja MDI (konektor), svaki prikljuEak komutatora podriava prijenos informacija u oba smjera. Na viSim slojevima nastaje razdvajanje funkcija ulaza i izlaza, pa je moguCe govoriti o ulaznom (DI) i izlaznom prikljuEku (DO). Ako se podaci kroz prikljuEak Salju u oba smjera istovremeno, tada se radi o dvosmjernom prijenosu (FD). Medutim, ako je u svakom trenutku kroz prikljucak moguCe prenositi podatke samo u jednom smjeru, tada se radi o naizmjeniCnom prijenosu (HD). U svom izvornom naEinu rada Ethernet komutator na svim prikljuEcima podriava naizmjeniEni prijenos. Medutim, administrator LAN-a moie neke prikljucke (ili sve, ako je potrebno) postaviti u modalitet dvosmjernog prijenosa, pri Eemu dotiEni prikljuEci ne koriste CSMAICD kao metodu pristupa mediju, tj. ne obavljaju detekciju sudara okvira. Stanica i prikljuEak komutatora mogu dogovoriti naEin prijenosa i

4.5. Povezivanie LAN-ova

pomoCu protokola Auto-Negotitation, tj. prilikom poEetne uspostave linka. Osnovu za prospajanje korisnitkog prometa od ulaznog do izlaznog prikljucka predstavlja tablica komutiranja u koju su spremljeni parovi (MAC adresa, broj prikljuEka). Na sliEan naEin kao i most,-LAN k o m u t a z - d r u ~_slokuCi topologiju LAN-a iz- pimljenih MAC okvira. S obzirom h a komutatori medusobno razmjenjuju informacije o topologiji mreBe (jednako kao i mostovi), svaki prikljuEak na komutatoru mora irnati vlastitu jedinstvenu MAC adresu (kao i-svaki prikljucak mosta). Razmjena topologijske informacije obavlja se pomoCu tzv. BPDU-ova (Bridge Protocol Data Unit).

DI - ulazni die prikljuEka Do - izlazni dio prikljuEka

upravljaEka linija podatkovna linija

S1.4.18 GeneriEka arhitektura Ethernet komutatora

U komutatoru se koriste spremnici (bugers), bilo ulazni, bilo izlazni, ili oba istovremeno (kao Sto je prikazano na S1. 4.18). Svaki naEin koriStenja spremnika pokazuje odredene prednosti i nedostatke. Glede discipline posluiivanja okvira, najjednostavniji su FIFO (First In First Out) spremnici. Posebno je vaino da spremnici ne budu preveliki zbog povekanog kaSnjenja pri transportu prometnih tokova u stvarnom vremenu. Medutim, u sluEaju pojave zaguSenja (congestion), politika koriStenja velikih spremnika dovodi do smanjenog broja odbaEenih okvira. ProizvodaEi rnreine opreme u sklopovlje 30 KB, pa prikljuEaka komutatora ugraduju spremnike Eija veliEina od--

4. Lokalne mreie

sve do 500 KB (Saunders [1996]). Prve inaEice LAN komutatora koristile su naEelo komutiranja nazvano ccspremi pa proslijedi~.U novijim inaEicama komutatora uveden je brii naEin prosljedivanja okvira, nazvan iqroEitaj adresu pa proslijedb (cut-through), koji se temelji na djelomiEnom pohranjivanju okvira u spremnik. Cim most proEita odrediSnu adresu okvira, prosljeduje okvir na odgovarajudi izlazni priMjuEak. Takav je naEin rada brii, ali osjetljiviji na pogreSke koje se javljaju u prijenosu. LAN komutator koji koristi metodu icproEitaj adresu pa proslijedi,, moie provjeriti ispravnost primljenog okvira, ali ga ne moie odbaciti u sluEaju da je neispravan. Metoda c<proEitaj adresu pa proslijedi,, je u svom izvornom obliku (true cutthrough) priliEno neucinkovita (Saunders [1996]). Uzrok tome je zamjetan broj okvira u LAN-u koji su kraCi od 64 okteta. Prekratki paketi su posljedica ranih kolizija, a nazivaju se fragmenti (runt). DaMe, koristedi izvornu metodu ccproEitaj adresu pa proslijedi,,, LAN komutator bi bespotrebno opteredivao lokalnu mreiu neispravnim okvirima. Modifikacijom metode icproEitaj adresu pa proslijedi,, dizajnirana je nova metoda nazvana ccprocitaj adresu pa proslijedi sve osim fragmenata,, (fragment-free cut-through). Koristedi ovu metodu, LAN komutator prvo priCeka dok primi poEetna 64 okteta nekog okvira, i tek ga nakon toga temeljem odrediSne adrese prosljeduje odgovarajukem izlaznom prikljuEku. Na taj je naCin sprijeceno prosljedivanje prekratkih okvira. MoguCa je i primjena adaptivne metode komutiranja. LAN komutatori s implementiranom adaptivnom metodom rade na naEin cqroEitaj adresu pa proslijedi sve osim fragmenata,, sve dok broj okvira s pogreSkama ne postane prevelik. Nakon toga LAN komutator prelazi u sigurniji naEin rada iispremi pa proslijedi>>.Cim se broj pogreSaka smanji ispod nekog prihvatljivog iznosa, LAN komutator se vrada u osnovni naCin rada, tj. <<proEitajadresu pa proslijedi sve osim fragmenata,,. Glede metoda komutiranja, LAN komutatori koji koriste prikljuEke s mjeSovitim prijenosnim brzinama (npr. dio prikljuEaka koristi prijenosnu brzinu 10 Mbitls, a preostali prikljuEci koriste prijenosnu brzinu 100 Mbitls) mogu koristiti iskljuEivo metodu komutiranja uispremi pa proslijedi>>.

Upravljarlje prometrlim tokovima u Ethernet komutatorima Kad u komutatoru uslijed prevelikih ulaznih prometnih tokova i popunjenosti spremnika nastupi zaguSenje, izravna posljedica takvog stanja je odbacivanje okvira, Sto rezultira smanjenjem propusnosti LAN-a. Medutim, krajnji uredaji koji Salju okvire prema komutatoru nemaju informaciju o nastanku zaguSenja, te i dalje nastavljaju slati svoje okvire nesmanjenim intenzitetom. Navedene probleme mogude je rijeSiti uvodenjem mehanizama upravljanja prometnim tokovima u mreine uredaje,Osnovni zadatak upravljanja prometnim tokovima je privremeno smanjiti brzinu slanja relevantnih prometnih izvora u rnreii kako bi se razrijeSilo zaguSenje u preoptereCenom mreinom uredaju. Na sloju DLL u Ethernet LAN-ovima definirana su tri naCina upravljanja prometnim tokovima (Kadarnbi [1998]): laini signal sudara okvira (backpressure), produljenje

4.5. Povezivanie LAN-ova

nosioca (Carrier Extension - CE), i upravljanje prometnim tokovima pomodu okvira PAUSE. Prve dvije metode pokazuju dobre performanse u LAN-ovima koji koriste naizmjenicni naEin rada, a treCa metoda u LAN-ovima s dvosmjernim naEinom rada. Metoda lainog signala sudara okvira temelji se na generiranju umjetnog signala sudara okvira (CD) na prikljuEku komutatora koji je preoptereken prometom kojeg prima. Takav Ce signal dovesti do detekcije sudara okvira u krajnjem uredaju spojenom na taj prikljutak, uslijed Eega Ce DTE odgoditi daljnje slanje okvira i aktivirati algoritam BEB (pokretanje BEBa znaEi da stanica ulazi u proces razrjegavanja sudara okvira). Na sliCnom naEelu radi i metoda produljenja nosioca, ali s jednom bitnom razlikom, a to je da krajnji uredaj ne aktivira algoritam BEB. Upravljanje prometnim tokovima pomoCu okvira PAUSE definirano je preporukom IEEE 8 0 2 . 3 ~koja specificira uvodenje novog podsloja u protokolni sloiaj LAN-a, nazvanog podsloj upravljanja MAC-om (MAC Control - MACC). Taj je podsloj smjeSten izmedu tradicionalnog podsloja MAC i podsloja LLC. Struktura okvira PAUSE prikazana je na S1. 4.19 (Kadambi [1998]). Upravljanje prometnim tokovima pomoCu okvira PAUSE moie biti simetricno (Symmetric Flow Control - SFC) i asimetriCno (Asymmetric Flow Control - AFC). Ako se izmedu dva mreina uredaja provodi asimetriEno upravljanje prometnim tokovima, to znaEi da jedan wedaj moie utjecati na brzinu slanja drugog uredaja, ali obratno ne vrijedi. Nasuprot tome, ako se izmedu dva mreina uredaja provodi simetriEno upravljanje prometnim tokovima, tada svaki uredaj moie utjecati na prijenosnu brzinu drugog uredaja. Na S1. 4.20 prikazano je osnovno naEelo funkcioniranja upravljanja prometnim tokovima pomoku okvira PAUSE. broj okteta LSB

MSB prearnbula i SFD

DA x'01-80-c2-00-00-01(multicast) SA

ET ~'88-08 parametar MACC-a, za okvir PAUSE = x'00-01 podaci specifiEni za upravljaEku funkciju ilili PAD (u okviru PAUSE sadrii brojaE duljine 2 okteta) FCS

S1.4.19 Struktura MAC okvira s ugradenim poljem MAC upravljanja

KoriStenje upravljanja prometnim tokovirna pomoku okvira PAUSE neophodno je ako se u LAN-u koristi dvosmjerni prijenos. Izostanak upravljanja prometnim tokovima u dvosmjernom naEinu rada prouzroEio bi veka zaguSenja u mreii nego naizmjeniEni naCin rada.

4. Lokalne mreie r----------------

' (1)

I

klijent MAC-a zahtijeva

je u mreinom uredaju A nastupilo zagugenje

Salje okvir PAUSE

Ethernet link

S1. 4.20 Osnovno naEelo djelovanja podsloja MAC upravljanja

Zdru2ivanje linkova Standardom IEEE 802.3ad definirano je zdruiivanje linkova (link aggregation) u LAN-ovima. Zdruieni link omogukuje medusobno povezivanje dvaju uredaja pomoCu viSe pojedinaEnih linkova nazvanih segmenti linka (link segment). Svi segmenti linka moraju biti dvosmjernog tipa. PomoCu zdruienog linka moguCe je medusobno povezati dva komutatora drugog sloja, komutator drugog sloja i posluiitelj, dva posluiitelja, komutator drugog sloja i usmjerivaE ili dva usmjerivaEa. Svi segmenti koji pripadaju zdruienom linku moraju koristiti istu prijenosnu brzinu. Ukupno prometno optereCenje ponudeno zdruienom linku ravnomjerno se raspodjeljuje izmedu segmenata. Za potrebe zdruiivanja linkova definiran je novi podsloj nazvan podsloj zdruiivanja linkova (Link Aggregation Sublayer - LAS). LAS je zajedniEki podsloj koji podjednako pripada svim segmentima linka. LAS je smjeSten izmedu podsloja LLC i podslojeva MAC pridruienih segmentima linka. Na podsloju LAS definiran je protokol za upravljanje zdruiivanjem linkova (Link Aggregation Control Protocol - LACP). LACP je narnijenjen kreiranju, nadzoru i aiuriranju zdruienih linkova.

Primjena upravljanja mrelom u Ethernet komutatorima Svaki komutator u lokalnoj mreii trebao bi podriavati standarde upravljanja rnreiom SNMP (Simple Network Management Protocol) i RMON (Remote Monitoring). Implementacija protokola SNMP u Ethernet komutatoru svodi se na ugradnju agentskog softvera u komutator. Agentski softver moie komunicirati sa stanicom mreinog upravljanja (Network Management Station NMS), koja predstavlja srediSte sustava upravljanja mreiom. Pored agentskog

4.5. Povezivanie LAN-ova

softvera, komutator mora podriavati i standardnu bazu upravljaEkih informacija (Management Information Base - MIB), nazvanu MIB-11. Mnogi proizvodaEi mreine opreme ugraduju u komutatore i svoje specifiEne MIB-ove. Implementacija RMON-a temelji se na ugradnji softverske RMON sonde (RMON probe) u komutator. Pritom komutator mora podriavati i RMON MIB (RFC 2613 - RMON for Switched Networks MIB).

4.5.3. Virtualne lokalne mrere U modernim LAN-ovima koriStenje LAN komutatora drugog sloja i dvosmjernog prijenosa potisnulo je problem sudara okvira na marginu. Medutim, i dalje velik broj protokola mreinog sloja generira brojna razaSiljanja okvira. Prilikom razaSiljanja, LAN_komutator drugog sloja Salje okvir na sve prikljuEke osim na prlklJ-kojem je dotiEni okvir primljen. U LAN-u s velikim brojem krajnjih uredaja takav naCin rada moie bitno smanjiti propusnost mreie. Nadalje, ako prilikom prijema okvira, LAN komutator drugog sloja nema u tablici komutiranja odgovarajudi unos za odrediSnu MAC adresu sadrianu u zaglavlju primljenog okvira, tada Salje takav okvir na sve prikljuEke osim na onaj po kojem je dotiEni okvir primio, tj. poplavljuje lokalnu mreiu. Kako bi se otklonili negativni uEinci razagiljanja i poplavljivanja, u upotrebu je uveden koncept virtualnih LAN-ova (Virtual LAN - VLAN). VLAN se sastoji od skupine krajnjih uredaja koji Eesto medusobno komuniciraju. U poEetku primjene koncepta virtualnih LAN-ova ta je funkcionalnost implementirana samo na drugom sloju protokolnog modela OSI RM. Takvi se VLAN-ovi nazivaju i VLAN-ovi drugog sloja. Pojava LAN komutatora treCeg sloja (Layer 3 switch) dovela je do Sirenja koncepta virtualnih LAN-ova i na mreini sloj, tj. do pojave VLAN-ova tredeg sloja. U nastavku de biti detaljnije opisani VLAN-ovi drugog sloja Promet koji se na drugom sloju razmjenjuje izmedu uredaja u nekom VLAN-u ostaje samo unutar tog VLAN-a. Na taj se naEin ujedno povedava i sigurnost lokalne mreie. Temelj za primjenu VLAN-ova predstavlja preporuka IEEE 802.1Q "Virtual Bridged Local Area Networks" (Feit [2000]). Svakom je VLAN-u unutar jednog cjelovitog LAN-a pridijeljen jedinstven broj koji ga jednoznaEno odreduje. Virtualni LAN je zapravo logiEka domena razaSiljanja (logical broadcast domain) na sloju podatkovnog linka. Ako se u LAN-u koristi mreini protokol IP, tada sve stanice u nekom VLAN-u unutar tog LAN-a imaju jedinstveni identifikator I€' podmreie (IP subnet ID). Krajnji uredaji koji su Elanovi razlicitih VLAN-ova medusobno mogu komunicirati samo posredstvom usmjerivata. Osnovno naEelo kreiranja i povezivanja VLAN-ova prikazano je na S1. 4.21. Stanice koje su Elanice istog VLAN-a (npr. DTE 1 i DTE 2 su Elanovi VLAN-a 1) mogu izravno medusobno komunicirati posredstvom LAN komutatora drugog sloja. Medutim, stanice koje su Elanice razliEitih VLAN-ova (npr. DTE 1 kao Clan VLAN-a 1 i DTE 3 kao Elan VLAN-a 2), mogu _I_

6 3

4. Lokalne mreie medusobno komunicirati samo posredstvom usmjerivaca. Nadalje, ako se VLAN-ovi kreiraju u lokalnoj mreii izgradenoj od veCeg broja LAN komutatora, tada postoji problem kako medusobno povezati krajnje uredaje, Elanove istog VLAN-a, a spojene na razlicite komutatore. RjeSenje problema povezivanja distribuiranih VLAN-ova prikazano je na S1.4.22.

S1.4.21 Medusobno povezivanje VLAN-ova usmjerivaEem

!

"...

VLAN 2

,..'

S1.4.22 Medusobno povezivanje VLAN-ova u lokalnoj mreii s dva ili vise komutatora Ako neki krajnji uredaj Salje okvir DTE-u koji je Elan istog VLAN-a i fiziEki je spojen na isti LAN komutator, tada se okvir Salje u tradicionalnom MAC formatu. Medutim, ako se okvir prenosi izmedu dvaju DTE-a koji su fiziEki spojeni na razliEite LAN komutatore, tada se koristi tzv. oznaCavanje VLANova (VLAN tagging), definirano preporukom IEEE 802.3ac (Feit [2000]). OznaEeni okviri se izmedu dva komutatora prenose posebnim linkom koji se naziva glavni vod (trunk).Na S1.4.23 prikazana je struktura oznaEenog (tagged) okvira. Oznaku VLAN-a Cine Cetiri okteta ugradena u tradicionalni MAC okvir: polje TPID (Tag Protocol ID) i upravljaEko polje, svako duljine dva okteta. U

4.5. Povezivanie LAN-ova

polje TPID upisuje se heksadecimalni broj x'81-00. Prva tri bita upravljaEkog polja namijenjena su dodjeli prioriteta prometnim tokovima u LAN-u, definiranoj preporukom IEEE 802.1~.Nadalje, ako je bit CFI (Canonical Format Indicator) jednak nuli, tada je maksimalna duljina okvira poveCana na 1522 okteta. Ako je CFI = 1, mogude je dodatno poveCanje duljine MAC okvira za 2 okteta koji slijede odmah iza polja L/ET. Ta dva okteta Cine polje E-RIF (Extra Embeded Routing Information), koje pokazuje da je okvir promijenjen iz Token Ring/FDDI formata u Ethernet format. Sama oznaka VLAN-a, duljine 12 bita, omoguCuje jednoznaEno oznaEavanje virtualnih LAN-ova. Od 4096 raspoloiivih VLAN ID-a (od 0 do 4095), neki su identifikatori rezervirani. ID koji je jednak nuli (tzv. null VLAN ID) u oznaEenom okviru signalizira da niti jedan VLAN ID nije pridijeljen nekom VLAN-u. Nadalje, VLAN ID jednak jedinici oznaEava osnovni (default) VLAN. VLAN ID koji je jednak 4095 takoder je rezerviran za posebne namjene. Dakle, VLAN-ovima je moguCe dodijeliti VLAN ID u rasponu od 2 do 4094. OznaEavanje okvira ne mijenja sadriaj polja ET, odnosno polja duljine LLC PDU-a. Prilikom svakog dodavanja ili skidanja oznake potrebno je ponovno proraEunati vrijednost polja FCS.

1. oktet 2. oktet

prioritet

CFI

VLAN ID

VLAN ID

S1.4.23 Struktura MAC okvira s oznakom VLAN-a

Svaka stanica moie bit Elan jednog ili viSe VLAN-ova. Clanstvo u VLAN-u se odreduje na temelju broja prikljuEka komutatora, na temelju mreinog protokola, na osnovi adresnog IP prefiksa, na osnovi MAC adrese itd. Nakon prvog ukljuEivanja komutatora, dok jog nisu konfigurirani VLAN-ovi, svi su prikljueci Elanovi tzv. osnovnog (default) VLAN-a. Automatizirana prijava krajnjih uredaja u VLAN-ove omogukena je protokolom GVRP (GARP VLAN Registration Protocol), razvijenim na temelju starijeg protokola GARP. GARP (Generic Attribute Registration Protocol) podriava mehanizam prijave uredaja u LAN-u koji je izgraden pomoCu mostova (takvi LAN-ovi u Ethernet okolini koriste algoritam optimalnog stabla (Spanning Tree Algorithm - STA) za odredivanje jednoznaEnih putova u LAN-u).

UsmjerivaE je mreini uredaj koji radi na mreinom sloju protokolnog modela OSI RM. S1. 4.24 prikazuje moguCi scenarij povezivanja dviju lokalnih mreia usmjerivacem (Stallings 119971). Ako obje lokalne rnreie koriste iste protokole -

-_

--

_--

/-

-

4. Lokalne mreie

\

drugog . sloja, tada usmjeriv_aE_dje_l~~.kljuEivo na mreinom SJQ& Ako se na ovaj naCin povezuju dva LAN-a k o j T s z 1 i E i t e protokole sloja podatkovnog linka, tada usmjerivaE mora djelovati i na drugom sloju, tj. mora obavljati i pretvorbu formata MAC okvira.

S1.4.24Protokolni sloiaj usmjerivaea koji povezuje dva LAN-a Na S1. 4.25 prikazan je primjer medusobnog povezivanja dviju lokalnih mreia pomoCu usmjerivaEa izmedu kojih je uspostavljen WAN link od toEke do toCke (Stallings [1997]). Ranije su prilikom povezivanja usmjerivaEa kroz WAN dominantno koriSteni zakupljeni kanali (leased lines), a usmjerivaEi su se povezivali s WAN-om pomoCu modema za zakupljene kanale, Eije su brzine varirale od 128 kbit/s do 2,048 Mbitls. U primjeru na S1. 4.25 prikazano je modernije rjeSenje. UsmjerivaEi koriste mreini protokol IP, a WAN link je realiziran pomoCu komutacije okvira (Frame Relay - FR). Prijenosne brzine koje je moguCe postiCi na FR WAN linku variraju od 128 kbit/s pa sve do prijenosnih brzina PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy) sustava E31T3.

sustav 1

sustav 2

S1.4.25Povezivanje dvaju udaljenih LAN-ova pomoCu usmjerivaEa /-0;ovne

/

operacije koje svaki usmjerivaE mora obavljati su:

prosljedivanje paketa iz jedne u drugu mreiu (forwarding), i odredivanje smjerova transfera paketa kroz mreiu (routing). Kad usmjerivaE po jednom od svojih prikljueaka prirni paket, na temelju odrediSne mreine adrese (npr. IP adresa) upisane u zaglavlje paketa i tablice usmjeravanja (routing table) donosi odluku na koji Ce prikljuEak, odnosno link proslijediti paket. Paralelno s procesom prosljedivanja paketa, svaki usmjerivaE

k-,

4.6. BeiiEne lokalne mreie

proracunava smjerove transfera paketa pomoCu algoritama usmjeravanja (FordFullkerson, Dijkstra i dr.). UsmjerivaCi medusobno razmjenjuju informaciju o smjerovima transfera koristedi pritom usmjerivaEke protokole (Routing Information Protocol - RIP, Open Shortest Path First - OSPF i dr.). Osnovna prednost usmjerivaEa pred mostovima je u koriStenju naprednijih mehanizama usmjeravanja informacijskih tokova i u moguCnosti kreiranja mreia Cija sloienost nije ograniEena algoritmima usmjeravanja. Kao Sto je veC ranije spomenuto, usmjerivaEi ne prosljeduju razaSiljanja okvira generirana na podsloju MAC, Sto je takoder vaina prednost u odnosu na mostove. Jedina mana usmjerivaEa u odnosu na mostove je povedano kaSnjenje koje usmjerivaE unosi u komunikaciju. Obrada paketa na mreinom sloju traje dulje od obrade okvira na sloju DLL. Ranije je za potrebe povezivanja lokalnih mreia koriSten i uredaj koji moie istovremeno obavljati funkcije mosta i obnavljaEa (brouter) (Smythe [1995]). Takav uredaj istovremeno obavlja usmjerivaEke funkcije za jednu skupinu protokola (npr. IP i IPX), i funkcije premogtavanja za protokole koji ne podriavaju usmjeravanje (npr. protokol NetBEUI). U novije vrijeme, po sliEnom scenariju kao Sto su mostovi zamijenjeni LAN komutatorima drugog sloja, i usmjerivaCi se u lokalnim mreiama sve EeSCe zamjenjuju LAN komutatorima treCeg sloja (Kadambi 119981). Razlog tome je u hardverskoj implementaciji prosljedivanja paketa, uslijed Eega je brzina rada LAN komutatora treCeg sloja bitno veCa od brzine rada usmjerivaEa.

4.6. Beliene lokalne mreZe Visoka cijena instalacija, problemi sa sigurnoSCu komunikacije, male prijenosne brzine i nuinost posjedovanja dozvola za rad (licence vezane uz dodjelu frekvencija) predstavljaju osnovne razloge zbog kojih su krajnji korisnici ranije uglavnom izbjegavali uporabu beiiEnih LAN-ova (Wireless LAN - WLAN). Takva je situacija vladala sve do sredine devedesetih godina proSlog stoljeCa. Medutim, danaSnji WLAN-ovi posjeduju svojstva koja ih Cine privlaEnim za koriStenje sve vedem skupu korisnika. Velikom broju poslovnih korisnika posebno je zanimljiva, a nekima i neophodna pokretljivost u radu. Primjena koncepta pokretljivosti (mobility) omoguduje stanicama u LAN-u permanentno rnijenjanje fiziEkog poloiaja uz istovremenu moguCnost medusobnog komuniciranja. Nadalje, WLAN-ove je moguCe prirnijeniti na onim mjestima gdje je realizacija oiiEenja teSko izvediva ili skupa. Primjena beiiEne tehnologije bitno srnanjuje vrijeme i troSkove instalacije, Sto WLAN-ove Cini ekonomiEnim rjeSenjem umreienja. Danas se WLAN-ovi sve viSe razvijaju, a uporaba WLAN tehnologija Siri se na podrueje pristupnih mreia. WLAN

4. Lokalne mreie \

tehnologije sve viSe nalaze svoju primjenu u pristupu pokretnim mreiama treCe generacije. NajveCi problem u realizaciji beiiEnih mreia predstavljaju smetnje. Pored uobicajenih izoblicenja signala prisutnih u svim vrstama prijenosa (iiEni, optiEki, beiiCni), u beiiEnim se LAN-ovima javljaju i neke specifiCne smetnje kojih nema u drugim vrstarna prijenosa. Ono Sto beiiEne komunikacije Eini posebno sloienim za realizaciju (sloienost je pun0 veCa nego kod iiCnih ili optiEkih komunikacija) su sljedeCe smetnje i izobliCenja (Bing [2000]): gubitak snage EM zraienja uslijed prostiranja (path loss), viSestazno prostiranje (multipath propagation), iSCezavanje signala uslijed zasjenjenja (shadow fading), i kaSnjenje signala uslijed prostiranja prijenosnim medijem. Snaga elektromagnetskog (EM) zraEenja brzo opada s udaljenoSCu od odaSiljaEa. Gubitak snage signala uslijed prostiranja pribliino slijedi eksponencijalni zakon. PriguSenje signala nije ovisno samo o udaljenosti i snazi odaSiljaEa, vek ovisi i o objektima od kojih se zraEenje reflektira, o fiziEkim preprekama na putu zraka, kao i o koliEini uzajamnog medudjelovanja (interferencije) s ostalim Evorovima koji odaSilju signale. Na primjer, u podruiju frekvencija oko 2,4 GHz priguSenje signala na udaljenosti od 100 metara iznosi Eak 100 dB. ViSestazno prostiranje nastaje kad se EM zrake iz jednog izvora na svom putu do odrediSta reflektiraju od objekata i na taj naCin na odrediSte stiie originalni signal (potjeEe od izravne zrake) i njegove zakaSnjele varijante, vise ili manje priguSene. U tome je bitna razlika u odnosu na interferenciju koja nastaje kad vise izvora istovremeno odaSilje signale. ViSestazno prostiranje uzrokuje proSirenje kaSnjenja (delay dispersion), koje pak uzrokuje intersimbolnu interferenciju (Intersymbol Interference - ISI). IS1 se manifestira neieljenim proSirenjem simbola u prijemu. Uslijed toga simboli ometaju jedni druge. Ako je proSirenje kaSnjenja veke od polovine trajanja simbolnog intervala, simboli postaju teSko razluEivi, a utestalost pogreSaka naglo raste. ISEezavanje signala uslijed zasjenjenja uzrokovan je fiziEkim preprekama na putu prostiranja EM zraka. PriguSenje signala ovisi o dielektrizkim svojstvima materijala od kojeg je sastavljena prepreka.

4.6.1. Vrste be2iCnih LAN-ova Glede prijenosne tehnologije na fiziEkom sloju beiiEnih mreia, postoje dvije vrste beiiEnih LAN-ova: infracrveni (Infrared - IR) LAN-ovi i LAN-ovi s radioprijenosom. LAN-ovi s radioprijenosom se nadalje dijele na LAN-ove koji koriste tehniku proSirenog spektra (Spread Spectrum - SS) i na uskopojasne mikrovalne LAN-ove (Stallings [1997]). Postoje dvije bitno razliEite topologije beiiEnih lokalnih mreia (Stallings [1997]): infrastrukturni WLAN i neovisni

4.6. BeiiEne lokalne mreie

(ad hoe) WLAN. ~ e o v i s h atopologija (Sl. 4.26b) omoguCuje povezivanje stanica po naEelu ravnopravnosti, pri Cemu pokretni Evorovi komuniciraju izravno jedni s drugima koristeCi beiiCne adaptere. Takva je topologija pogodna za brzu i jednostavnu implementaciju prema potrebi (otuda i naziv ad hoc LAN). Jedna od osnovnih slabosti neovisne topologije je izraiena ograniEenost podruCja pokrivenosti takvog WLAN-a EM zracenjem. PodruEje pokrivanja moguCe je poveCati primjenom pristupne toeke (Access Point - AP) koja moie praktiEno udvostruEiti domet prijenosa izmedu bilo koja dva pokretna Cvora. Primjena pristupnih toEaka karakteristicna je za infrastrukturne beiiCne LANove (Sl. 4.26a). Ovakva topologija omoguCuje integraciju pokretnih Evorova u oiiEeni LAN. Prijelaz iz iiCnog u beiieni segment mreie i obratno, omoguCuju upravo pristupne toEke. temeljni dio LAN-a

F[

4...................................

3

k,

prijenosno raEunalo (laptop)

.... I*

k,

---L

/k

I

,

~,~.,,

Fl

,

"..,

...ab'

prijenosno raEunalo (laptop)

-----,

. % ~ ~

6e1ija 4

prijenosno raEunalo (laptop)

\

prijenosno raEunalo (nornadska stanica)

stolna raEunala

,

4...........

beiiEni link

b,

S1. 4.26 Topologije beiiEnih LAN-ova: a) infrastrukturni WLAN i b) neovisni WLAN BeiiEni se LAN-ovi izgraduju pomoCu dvaju elemenata: beiiCne mreine kartice i pristupne toCke. Protokolarni sloiaji implementirani u tim mreinim elementima prikazani su na S1.4.27 (Bing [2000]). beiiEni protokolni sloiai

I

aplikacijski sloj

I

I

transportni sloj

I

beiiEni protokolni sloiaj

protokolni sloiaj oiiEenog LAN-a

beiieni fiziEki sloj

fiziEki sloj

mreini sloj

ILLCl .mreina kartica

pristupna toEka

S1.4.27 Protokolni sloiaj u mreinim elementima WLAN-a

4. Lokalne mreie

4.6.2. Pristup mediju u beliCnim LAN-ovima Nadalje, u infrastrukturnom WLAN-u mogude je primijeniti centralizirani ili decentralizirani viSestruki pristup. Centralizirani pristup ne omoguCuje Evorovima koji se nalaze unutar podruEja pokrivanja jedne pristupne toEke da medusobno izravno komuniciraju. U sluCaju centraliziranog pristupa mediju izvor mora poslati okvir pristupnoj toEki, koja Ce okvir proslijediti odrediStu. Na taj se naEin, uslijed duljeg trajanja prostiranja signala, povekava kaSnjenje prijenosa. Medutim, centralizirani pristup omoguCuje transport govora i videa, umanjuje problem skrivene stanice (hidden station) i omoguCuje koriStenje manje snage odaSiljanja signala (Tanenbaum [1996]). -domet

zraEenja stanice . 6

-domet

zraEenja stanice A--+ -domet

.

zraEenja stanice C

S1. 4.28 Problem skrivenog Evora

U LAN-u s decentraliziranim pristupom primjenjuje se protokol CSMA koji omoguCuje izravno komuniciranje izmedu stanica. Medutim, primjena Eistog protokola CSMA, odnosno njegove inaEice CSMNCD, nije moguCa. Uzrok je upravo u spomenutom problemu skrivenih stanica. Razmotrimo sljedeku situaciju u WLAN-u, prikazanu na S1. 4.28. Stanica A Salje okvir stanici B. U vremenskom intervalu dok u stanici B traje prijem tog okvira, stanica C koja se ne nalazi u podruiiju pokrivenom EM zraEenjem stanice A, zakljuEuje na temelju mjerenja snage signala u svom prijemniku da je medij slobodan i poiiinje slati okvir stanici B. Naravno, taj Ce se okvir u stanici B sudariti s okvirom koji je poslala stanica A. Stanica A je za stanicu C skrivena stanica. Drugi problem nastaje ako, na primjer, stanica B Salje okvir prema A, a C ieli slati okvir prema D. Prijemnik u stanici C mjerenjem snage signala ustanovljuje da je medij zauzet i odustaje od slanja okvira prema stanici D. Medutim, to odustajanje stanice C od slanja prema D je nepotrebno jer se taj okvir ne bi u stanici D sudario s okvirom kojeg stanica B Salje prema A. Razlog je jednostavan: stanica D se nalazi izvan podrucja pokrivanja stanice B. Ovaj problem je poznat pod nazivom problem izloiene stanice (exposed station). Ipak, okvir koji stanica C Salje prema D izazvao bi detekciju sudara okvira u stanici B i ona bi prestala slati (opet nepotrebno) svoj okvir prema A. Oba problems, i skrivene i izloiene stanice, pokazuju da nema smisla primijeniti protokol CSMNCD u beiiiinoj okolini. Stoga je za potrebe beiicnih LAN-ova razvijen protokol viSestrukog pristupa mediju s izbjegavanjem sudara okvira (Multiple Access with Collision Avoidance - MACA). Osnovnu ideju protokola

4.6. BeiiEne lokalne mreie MACA moguCe je razloiiti koristeCi primjer prikazan na S1. 4.28 (Tanenbaum [1996]). Pretpostavimo da stanica B ieli slati okvir prema C. U tom sluEaju ona prvo Salje kratki okvir RTS (Request to Send) prema stanici C, u kojem je sadriana duljina okvira s korisniEkim sadriajem Cije slanje tek slijedi. Po primitku RTS-a stanica C uzima podatak o duljini okvira i ubacuje ga u kratki okvir CTS (Clear to Send) koji Salje prema B. Nakon Sto primi okvir CTS, stanica B moie zapoCeti slanje okvira prema stanici C. Stanice A i D, koje prate tu komunikaciju (iako im nije namijenjena), reagiraju na sljededi naEin. Ako neka stanica sluEajno primi RTS (ovdje pojam sluCajno znaEi da okvir RTS nije narnijenjen dotiEnoj stanici), to znaEi da se nalazi u blizini (u podruCju pokrivanja EM zraEenjem) stanice B (to je u gornjem primjeru stanica A) i mora odgoditi slanje okvira tako dugo dok okvir CTS ne dode iz stanice C u B. Ako pak neka stanica sluEajno primi okvir CTS, to znaEi da se nalazi blizu stanice C, te mora odgoditi slanje okvira tako dugo dok ne zavrSi prijenos okvira s korisnickim podacima iz stanice B u stanicu C (na temelju duljine okvira protitane iz CTS-a, stanica zna koliko Ce trajati prijenos iz B u C). Dakle, stanica A moie zapoEeti slanje svog okvira za vrijeme dok B Salje svoj okvir s korisniCkim podacima prema stanici C. Bitno je samo da slanje iz A ne kolidira s okvirom CTS koji C Salje prema B. Stanica D, koja primi okvir CTS, zna da se nalazi u blizini stanice C koja treba primiti okvir i stoga ne smije slati svoje vlastite okvire sve dok prijenos od B prema C ne zavrgi. Unatoi: mjerama predostroinosti koje u komunikaciju uvodi protokol MACA, sudari okvira se i dalje mogu dogoditi. Na primjer, ako stanice A i C istovremeno poSalju okvire RTS prema stanici B, ti Ce okviri kolidirati i bit de izgubljeni. U sluEaju sudara okvira, stanica koja je neuspjeSno slala okvir (nije primila okvir CTS unutar odredenog vremenskog intervala) odgada ponovno slanje tog istog okvira za neko slutajno vrijeme odredeno algoritmom BEB. Protokol MACA je doiivio preinake na temelju kojih je nastao novi protokol nazvan MACAW (Tanenbaum [1996]). MACAW uvodi potvrde okvira na sloju linka. Dakle, stanica koja primi ispravan okvir mora poSiljatelju porukom ACK (Acknowledgement) potvrditi uspjeSan prijem okvira. U MACAW je ugraden i mehanizam koji stanicama omogukuje razmjenu poruka o zaguSenju rnreie.

4.6.3. Standard IEEE 802.1 1 Standardom IEEE 802.11 (Stallings [1997]) definiran je osnovni skup usluga (Basic Service Set - BSS) kao osnovni sastavni dio beiiEnog LAN-a (Sl. 4.29a). BSS se sastoji od dva ili vise pokretnih Cvorova nazvanih stanica ili skraCeno STA (station). Svaki BSS ima svoju jedinstvenu oznaku BSSID (BSS Identifier). PodruCje pokrivanja beiitnog LAN-a unutar kojeg Elanovi BSS-a mogu medusobno komunicirati naziva se osnovno podruzje prufanja usluge (Basic Service Area - BSA). LAN koji se sastoji od samo jednog BSS-a naziva se IBSS (Independent BSS), Sto je IEEE-ov pandan neovisnom LAN-u.

4. Lokalne mreie

Distribucijski sustav (Distribution System - DS) medusobno povezuje dva ili viSe BSS-a, koristeti pritom najEeSde %nu ili optiCku temeljnu mreiu. BeiiCni LAN koj Cine DS i njime povezani BSS-ovi, nazvan je proSireni skup usluga (Extended Service Set - ESS). Poput BSS-a, i ESS irna jedinstvenu oznaku ESSID (ESS Identifier). !. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .-.. .-.. .. .-. . .. .. .. .. .. .-...........-...-.....-.-.-.- .-.-.- .-.- .-.-.-.-.-. _.._._ ...-____ ..----. -... , ------------------------------- I / _,.. I I ,.,'

_ . I .

I

BSS

;

\

\

stanica \<

.,,,'

*.'

stanica

i*

I

I

I j

I

I

I !

I I I

I I I

I ! I I / I ! I

I

j

stanica

i ii I:

I ! I ! ! I / I

I I

i l

i

I

iI ;I

BSS1

\.~ stanica '.. '.-_._ ..,' , i L---------------I -....___._.______.--.~~-~ L .-.-.-.-.-.- -.-.-.-.

ESS

:---------------I

i

- - -.- - .!.

.-.- .-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.

S1.4.29 Definicija IEEE 802.11 LAN-a: a) BSS i b) ESS

Protokolni sloiaj lEEE 802.11 LAN-a prikazan je na S1. 4.30 (Bing [2000]). FiziEki sloj (PHY) je podijeljen u dva podsloja: podsloj ovisan o prijenosnom mediju (Physical Medium Dependent - PMD) i podsloj procedure konvergiranja fiziEkom sloju (Physical Layer Convergence Procedure - PLCP). Podsloj PMD usko je vezan uz karakteristike beiiEnog medija. Njegova obiljeija ovise o tome koristi li se radioprijenos ili infracrveni prijenos. Na podsloju PMD definirani su postupci obrade signala prilikom slanja, odnosno prijema. Podsloj PLCP definira metodu preslikavanja podatkovnih jedinica protokola podsloja MAC (MPDU) u paketski format pogodan za primjenu na podsloju PMD. PLCP moie obavljati i funkciju otkrivanja nosioca. upravljanje podslojem MAC

upravljanje fiziEkim slojem

upravljanje stanicom

3.4.30 Protokolni sloiaj IEEE 802.11 LAN-a

Podsloj MAC definira mehanizam pristupa mediju namijenjen veCem broju pokretnih Evorova koji iele pristupiti zajedniEkom mediju. MAC moSe obavljati fragmentaciju paketa i zagtitno kodiranje, tj. enkripciju paketa. Upravljanje fiziEkim slojem brine se o prilagodbi razlicitim uvjetima na linku i o odriavanju baze upravljaekih informacija o sloju PHY. Upravljanje podslojem MAC bavi se sinkronizacijom, upravljanjem potroSnjom elektriEne energije (power management) i pridruiivanjem stanice (association i reassociation) pristupnoj to& Funkcija pridruiivanja omoguCuje uspostavu beiiEnih linkova izmedu pokretnih stanica i pristupnih toeaka u infrastrukturnom WLAN-u. Stanica koja

4.6. BeiiEne lokalne mreie

se prikljuEuje beiiEnoj rnreZi moie slati i primati pakete tek nakon zavrSetka procesa pridruzivanja tom WLAN-u. GeneriEka struktura IEEE 802.11 okvira prikazana je na S1. 4.31. PLCP preambula 4

PLCP zaglavlje

MAC PDU (MPDU)

PLCP PDU (PPDU)

F

S1. 4.3 1 GeneriEka struktura IEEE 802.11 okvira

PLCP preambula sluii za sinkronizaciju prijernnika, a PLCP zaglavlje pruia stanici informacije o duljini primljenog paketa, o koriStenoj prijenosnoj brzini i dr. Predajnik Salje PLCP preambulu i zaglavlje brzinom 1 Mbitls neovisno o vrsti fiziEkog sloja (to omoguCuje medudjelovanje briih i sporijih stanica).

Podsloj IEEE 802.1 1 MAC Specifikacija IEEE 802.1 1 definira na podsloju MAC tri razliEite koordinacijske funkcije (coordination function) koje su narnijenjene transportu raznih vrsta prometnih tokova (Santamaria et al. [2001]): 1. distribuirana koordinacijska funkcija (Distributed Coordination Function - DCF) temelji se na protokolu CSMA s ugradenim mehanizmom za izbjegavanje sudara okvira (CSMA with Collision Avoidance CSMAICA); 2. DCF s ugradenim procedurama jednostavnog protokola <
+

Q :=

: : o

.-A C

2

o > 5 13 Q 0

PCF

-

DCF RTSICTS DCF - namijenjen uslugama koje mediju pristupaju putem nadmetanja - sluii kao podloga PCF-u

t 6 0 n

v S1.4.32 Arhitektura podsloja IEEE 802.11 MAC

3.

centralizirana koordinacijska funkcija (Point Coordination Function PCF) namijenjena je transportu usluga u stvarnom vremenu i usluga koje zahtijevaju malo kaSnjenje. Prilikom koriStenja PCF-a jedan rnreini uredaj u LAN-u (u infrastrukturnom WLAN-u to je obiCno pristupna toEka) preuzima ulogu PCF stanice koja ima prioritet u upravljanju pristupom mediju. Kad je u LAN-u aktivirana funkcija PCF, PCF stanica omoguCuje da u bilo kojem trenutku samo jedna stanica ima prioritet u pristupu mediju. Arhitektura IEEE 802.11 MAC-a prikazana je na S1.4.32.

4. Lokalne mreie

FiziCki sloj IEEE 802.1 1 LAN-a Dio specifikacije IEEE 802.11 koji se odnosi na fiziEki sloj WLAN-a definira koriStenje triju opcija (Bing [2000]): DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum), FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) i DFIR (Diffuse Infrared). DFIR djeluje u podrucju valnih duljina od 850 do 950 nm. Radio sustavi rade u podrucju 2.4 GHz. To je dio frekvencijskog pojasa ISM (Industrial, Scientific, Medical). Krajnji korisnici ne moraju posjedovati dozvole za koriStenje radiosustava koji koriste frekvencije ISM-a. DSSS podriava prijenosne brzine 1 i 2 Mbit/s, dok DFIR i FHSS podriavaju prijenosnu brzinu 1 Mbit/s (prijenosna brzina od 2 Mbit/s je opcija). Stanice u IEEE 802.11 LAN-u moraju koristiti isti fiziEki sloj ako iele medusobno komunicirati. U novije vrijeme razvijena su i dva standarda veCih prijenosnih brzina: IEEE 802.11a (54 Mbit/s, radi u podrucju oko 5 GHz) i IEEE 802.11b (11 Mbit/s, radi u podruEju ISM).

Literatura ANSI/IEEE Std 802.3-1985 (IS0 DIS 880213). 1985. Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMAKD)Access Method and Physical Layer Specifications. IEEE, New York. BING,B. 2000. Wireless LANs and ATM. Artech House, London. FEIT,S. 2000. Local Area High Speed Networks. MTP, Indianapolis. KADAMBI, J, I. CRAYFORD, M. KALKUNTE. 1998. Gigabit Ethernet. Prentice Hall, Upper Saddle River. J. 1994. Local Area Networks. Prentice-Hall, Englewood Cliffs. MARTIN, PERLMAN, R. 2000. Interconnections. 2. izdanje, Addison-Wesley, Reading. SANTAMARIA, A, F. J. LOPEZ-HERNANDEZ. 2001. Wireless LAN Standards and Applications. Artech House, Norwood. SAUNDERS, S. 1996. The McGraw-Hill High-Speed LANs Handbook. McGraw-Hill, New York. SMYTHE, C. 1995. Internetworking. Addison-Wesley, London. STALLINGS, W. 1990. Handbook of Computer-Communications Standards: Volume 2 - Local Area Network Standards. 2. izdanje, SAMS, Indianapolis. STALLINGS, W. 1997. Local and Metropolitan Area Networks. 5. izdanje, Prentice Hall, Upper Saddle River. A. S. 1996. Computer Networks. 3. izdanje, Prentice-Hall, TANENBAUM, Upper Saddle River.

Alen Baiant

5. Komutacija okvira

Komutacija okvira Vrame relay) je usluga namijenjena korisnicima koji zahtijevaju spojni naEin transfera informacija izmedu medusobno udaljenih lokacija prihvatljivom prijenosnom brzinom i uz nisku cijenu. Prije dvadeset i vise godina veCina je krajnjih korisnika pristupala javnoj telekomunikacijskoj mreii pomoCu telefonskih pretplatnickih linija. Prijenos podataka pretplatniEkom linijom bio je realiziran uglavnom pomoCu analognih modema. Takva je komunikacija bila spora i nepouzdana.

-

zakupljeni kanali koji obuhvarkju tri kanala u vremenskoj podjeli

prijeiosni link

S1.5.1 Odnos izmedu prijenosnog linka i zakupljenih kanala

Tijekom osamdesetih i naroEito tijekom devedesetih godina proslog stoljeCa doSlo je do velikih promjena u podruriju pristupnih mreia. Zakupljeni kanali (leased lines), koje koristi veliki broj korporacijskih korisnika, postali su pouzdani. Brzina prijenosa zakupljenim kanalima viSestruko je povedana u odnosu na brzinu prijenosa analognim modemima. Paralelno promjenama u komunikacijskom segmentu mreie, krajnji sustavi (racunala, radne stanice) postali su brii i prihvatljiviji po cijeni. KoriStenje zakupljenih kanala nije uCinkovito ako se na razini sloja podatkovnog linka (data link) koriste protokoli od toEke do toEke. Tradicionalne privatne rnreie izgradene pomoCu zakupljenih kanala omoguCavale su isMjuEivo prijenos informacija, ali ne i komutaciju. Prilikom koriStenja zakupljenih kanala korisniku je po prijenosnom linku (transmission link), tj. fiziEkom linku (jedna ili dvije bakrene upredene parice, jedna ili dvije optiEke niti ili beiiEni medij) fiksno dodijeljen jedan ili vise kanala rasporedenih po frekvencijama ili po vremenu (Sl. 5.1). Korisnik moie

5. Komutaciia okvira

koristiti samo one kanale koji su mu fiksno dodijeljeni. Takav je naEin uporabe zakupljenih kanala vrlo Eesto neucinkovit jer korisnici rijetko koriste puni kapacitet dodijeljenih im kanala. Bitno poboljSanje u podruEju mreia zakupljenih kanala unijela je komutacija okvira. Komutacija okvira narnijenjena j e izgradnji ueinkovitih mreia koje omoguCuju prijenos i komutiranje korisnickih informacija. Komutaciju okvira, utemeljenu na jednostavnom protokolu FR (Frame Relay), moguCe je opisati kao mreiu virtualnih zakupljenih kanala (virtual leased line). Takva mreia omoguCuje transport informacija okvirima Eija maksimalna duljina iznosi 1600 okteta. KoristeCi mehanizam virtualnih zakupljenih kanala moguCe je svaku krajnju toEku povezati s viSestrukim krajnjim toEkama, jer komutacija okvira koristi adresiranje na razini sloja podatkovnog linka. Tradicionalni zakupljeni kanali omoguCuju krajnjem korisniku da takve kanale koristi tijekom cijelog dana, pri Eemu je informacije moguCe stalno prenositi maksimalnom brzinom (ako postoji takva potreba). Nasuprot tome, virtualni zakupljeni kanali omoguCuju prijenos snopova (bursts) podataka maksimalnom brzinom koju kanali podriavaju, a srednja prijenosna brzina unutar duljeg vremenskog intervala mora biti manja od neke unaprijed dogovorene vrijednosti (dogovor se postiie izmedu krajnjeg korisnika i pruiatelja usluge komutacija okvira). Upravo zbog takvog naEina koriStenja virtualnih kanala, cijena koriStenja usluge komutacije okvira, koju odreduje pruiatelj usluge, niia je nego u slucaju tradicionalnih zakupljenih kanala. Protokol FR razvijen je s ciljem unapredenja protokola X.25, koji je takoder koristio koncept virtualnih kanala (Virtual Circuit - VC). Oba protokola podriavaju spojnu komunikaciju (connection oriented). X.25 je protokol mreinog sloja modela OSI RM (Open Systems Interconnection Reference Model), dok je FR protokol sloja podatkovnog linka (Data Link Layer - DLL). Na sloju DLL X.25 mreie koriSten je protokol LAP-B (Link Access ProcedureBalanced), izveden iz protokola HDLC (High-level Data Link Control). Prilikom definiranja protokola FR od HDLC-a je preuzet minimalan skup funkcionalnosti koje sloj DLL mora posjedovati. Na taj je naEin mreia s komutacijom okvira dobila na brzini i jednostavnosti. U X.25 mreiama prijenosna brzina je uglavnom iznosila 64 kbit/s, a kasnije je poveCana na 2 Mbit/s. Protokol FX predviden je za prijenosne brzine do 45 Mbit/s.

5.1. Zakupljeni kanali Medusobno povezivanje lokalnih mreia (Local Area Network - LAN) i danas predstavlja jednu od najrasirenijih primjena zakupljenih kanala. Koncept koji se temelji na medusobnom povezivanju vise lokalnih mreia pomoCu usmjerivaEa i zakupljenih kanala jednostavan je i lako ga je realizirati ako se radi o relativno

5.1. Zaku~lienikanali

malom broju LAN-ova. Medutim, ako se veliki broj lokalnih mreia medusobno na takav naEin poveie u jednu zajedniEku mreiu velike tvrtke (enterprise network), takva Ce mreia imati lose performanse i visoku cijenu izvedbe i odriavanja. Na S1. 5.2 prikazan je tradicionalan naEin medusobnog povezivanja lokalnih mreia. Na svakoj lokaciji krajnjeg korisnika (customer premises) usmjerivaE predstavlja kraj lokalne mreie. Zakupljeni kanali zajedno s mreinim uredajima CSUDSU (Control Service UnitData Service Unit) Eine mreiu Sirokog podruEja (Wide Area Network - WAN), koja moie biti privatna (ako su zakupljeni kanali i pripadajuka rnreina oprema u vlasniStvu tvrtke koja je ujedno i vlasnik usmjerivaEa i LAN-ova) ili javna (ako su zakupljeni kanali zajedno s pripadnom mreinom opremom u vlasniStvu operatora javne mreie).

S1.5.2 NaEelo povezivanja LAN-ova pomoCu usmjerivaEa i zakupljenih kanala Ako se u mreii prikazanoj na Sl. 5.2 ieli postiCi malo kaSnjenje transfera infonnacija s kraja na kraj mreie, tada je usmjerivaEe potrebno medusobno povezati po naEelu svaki sa svakim Wll mesh). Dakle, ako je po tom naeelu potrebno medusobno povezati N lokalnih mreia, tada je neophodno koriStenje N x (N- 1)/2 zakupljenih kanala. U takvom se mreinom scenariju na svakom usmjerivaEu koriste viSestruki prikljuEci za povezivanje s drugim usmjerivaEima. Nadalje, na svakom linku ostvarenom pomoCu zakupljenih kanala potrebno je implementirati par mreinih uredaja CSU/DSU. To sve zajedno vodi povekanju troSkova izgradnje i koriStenja takve mreie, naroEito ako je broj N veCi od Sest. S obzirom da su medusobna povezivanja usmjerivaca izvedena pomoCu linkova od toEke do toEke (point-to-point), u promatranoj mreii ne postoji fleksibilnost koja omoguCuje dinamiEku promjenu povezivanja u sluEaju kvarova i

5. Komutaciia okvira

eventualnih preopterekenja mreie. U sluEaju povezivanja novih lokacija u takvu mreiu potrebne su dodatne investicije i radovi na postojekim lokacijama. Jedan od mogukih naEina realizacije privatnog WAN-a koji povezuje manje lokalne mreie je uporaba PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy) multipleksora koji koriste naEelo multipleksiranja kanala u vremenskom rasporedu (Time Division Multiplexing - TDM). Pritom se svaki LAN povezuje s WAN-om pomoku PDH multipleksora (najEeSke El/Tl), a multipleksori se medusobno povezuju zakupljenim kanalima. U takvoj mreii osnovni problem leii u naCinu rada PDH multipleksora koji razne vrste veza prenosi pomoku kanala rasporedenih u vremenu, koristeki fiksnu strukturu okvira (struktura TDM okvira opisuje raspored kanala). Svakoj se vezi (govorna, podatkovna) dodjeljuje jedan ili vise kanala fiksnog kapaciteta. Pritom kanali ostaju trajno dodijeljeni dotihim vezama za cijelo vrijeme trajanja veza (Sl. 5.3). Bez obzira da li se unutar nekog fiksnog vremenskog odsjeCka Ti(time slot) kanalom prenose korisniEke informacije ili je dotitni kana1 >, njegov se kapacitet ne moie dinamiEki dodijeliti drugim vezama.

t

vremenski odsjekk u kojem se ne prenosi informacija

vremenski odsjekk u kojem se prenosi informacija

S1. 5.3 NaEelo dodjele zakupljenih TDM kanala

Dakle, u mreiama koje koriste zakupljene TDM kanale iskoriStenost kapaciteta linka (link capacity, na S1. 5.3 oznaEen je slovom C, a izraien jedinicom kbitfs) javlja se kao osnovni problem. Za razliku od mreia Eiji se rad temelji na TDMu, tj. komutaciji kanala (circuit switching), mreie koje transport informacija obavljaju mehanizmima komutacije paketa (packet switching) koriste statistitko multipleksiranje (statistical multiplexing) pri Cemu se svakoj vezi dodjeljuje prijenosna brzina prema potrebi. Na takav se naCin postiie ~Einkovitije iskoriStenje kapaciteta linka.

5.2. Protokolna arhitektura komutaciie okvira

5.2. Protokolna arhitektura komutacije okvira Komutacija okvira je paketska spojna tehnologija za transfer korisnickih informacija, primarno namijenjena transportu podataka (data), koja donosi velike uStede u odnosu na postojeCe mreie zakupljenih kanala. Topologija mreie s komutacijom kanala moie biti zvjezdasta (star) ili mjeSovita (mesh). Protokol FR definirala je organizacija Frame Relay Forum koju su osnovale tvrtke Cisco, DEC, Stratacom i Northern Telecom. Osnovne preporuke Frame Relay Foruma pomoCu kojih je definirana komutacija okvira nazvane su Implementation Agreements (IA) (Black [1996]). U procesu standardizacije komutacije okvira znatan doprinos dale su i organizacije ITU-T (ITU Telecommunication Standardization Sector) i ANSI (American National Standards Institute). Protokolna arhitektura mreie s komutacijom okvira (skraCeno FR mreia) obuhvaCa dva sloja: fiziEki sloj i sloj podatkovnog linka. Osnovne funkcije sloja podatkovnog linka su (Stallings [1999]): ogranieavanje i poravnavanje okvira, transparentnost zastavice (flag), multipleksiranje i demultipleksiranje virtualnih kanala, otkrivanje pogreSaka nastalih za vrijeme prijenosa okvira, provjera ispravnosti okvira (veliEina, format), provedba oporavka komunikacijskog sustava od pogreSaka. Na sloju podatkovnog linka FR mreie nije implementirano upravljanje prometnim tokovima (flow control). Osnovna protokolna podatkovna jedinica (Protocol Data Unit - PDU) za transfer korisniEkih informacija u mreii s komutacijom okvira naziva se okvir (frame), odnosno FR okvir. Mehanizam komutiranja u FR mreii temelji se na koriStenju virtualnih kanala. U FR mreii provodi se provjera ispravnosti primljenih okvira, koja se temelji na metodi CRC (Cyclic Redundancy Check) implementiranoj pomoCu ugradnje polja FCS (Frame Check Sequence) u zaEelje (trailer) okvira. Oporavak sustava od pogreSaka (error recovery) moguCe je realizirati na dva naEina: link po link (link-by-link) ili s kraja na kraj mreie (end-to-end). Procedura oporavka sustava od pogreSaka na razini linka na suEelju UNI (User-to-Network Interface) je sljedeCa; ako prilikom prijema uredaj na jednom od krajeva linka otkrije pogreSku bita u nekom okviru, tada odbacuje dotiEni okvir i predajniku tog okvira Salje poruku s potvrdom neispravnog prijema (Negative Acknowledgement - NAK). Promatrano na razini cijele mreie, situacija je sljedeCa; na sueelju UNI mreini i pristupni uredaj provjeravaju polje FCS prilikom prijema okvira, te ako je otkrivena pogreSka bita, odbacuju dotiCne okvire. Medutim, standardi koji se odnose na komutaciju okvira ne definiraju procedure za oporavak sustava od pogreSaka koje bi se implementirale unutar

5. Komutaciia okvira

FR mreie, tj. na suceljima NNI (Network-to-Network Interface). Mreini operator moie, a i ne mora implementirati ni slanje okvira s potvrdom ispravnog prijema (Acknowledgement - ACK), odnosno NAK-a, niti retransmisiju na linkovima u FR mreii. Na razini cijele FR mreie oporavak sustava od pogreSaka provodi se prema naEelu s kraja na kraj, a obavlja ga transportni sloj. U FR mreii ne provodi se ni upravljanje prometnim tokovima, veC se i taj posao prepuSta viSim protokolnim slojevima. Time se mreia s komutacijom okvira rasterekuje od operacija koje usporavaju transfer informacija. KritiEni Cimbenik u FR mreii je ukupno kaSnjenje okvira s kraja na kraj, a ne brzina obrade u Evorovima mreie. Shodno tome, kapaciteti linkova su glavni Eimbenici koji utjetu na ~Einkovitost transfera informacija u FR mreiama.

Virtualni kanali U mreiama s komutacijom okvira moguCa je uspostava trajnih virtualnih kanala (Permanent Virtual Circuit - PVC) i komutiranih virtualnih kanala (Switched Virtual Circuit - SVC). Virtualni kana1 je logiEka veza koja se uspostavlja kroz mreiu utemeljenu na komutaciji paketa (Tanenbaum [1996]). Trajni virtualni kanali uspostavljaju se prilikom poEetnog spajanja korisnika u FR mreiu, a kasnije ih je moguCe modificirati na zahtjev korisnika. Mreini operator uspostavlja PVC-ove i obavlja naknadne modifikacije koristeCi sustav upravljanja mreiom. Osnovna funkcija PVC-a je osigurati da se sav promet koji njime teEe transportira kroz mreiu istim putem. Time je zajamEeno da Ce svi okviri stiCi na odrediSte u ispravnom poretku. Veza ostvarena pomoCu PVC-a naziva se trajna veza, odnosno PVC veza. Za razliku od trajnih, komutirani virtualni kanali uspostavljaju se na zahtjev izmedu bilo kojih dvaju korisnika (bez posredovanja mreinog operatora). Veza ostvarena pomoCu SVC-a naziva se komutirana veza, odnosno SVC veza. Takva se veza uspostavlja pomoCu signalizacije. Nakon uspostave SVC veze slijedi faza transfera korisniEkih infonnacija. Po zavrSetku transfera slijedi raskid SVC veze. KoriStenje SVC-a posebno je zanirnljivo za korisnike Eija koliEina prometa vrlo Eesto varira. Snaga SVC-a je upravo u tome Sto FR mreii pruiaju svojstvo fleksibilnosti.

5.3. SuEelja u mreri s komutacijom okvira U mreii s komutacijom okvira definirana su sljedeCa suEelja (Black [1996]): suEelje korisnik-mreia (User-to-Network Interface - UNI), suEelje mreia-mreZa (Network-to-Network Interface - NNI), suCelje izmedu mreinih operatora (Intercarrier Interface - ICI), i lokalno upravljaEko suEelje (Local Management Interface - LMI).

5.3. SuEelja u mreii s komutacijom okvira

5.3.1. SuCelje UNI SuEelje UNI predstavlja toEku pristupa korisnika u mreiu s komutacijom okvira (Sl. 5.4). SuEelje UNI je asimetriEno jer uredaji koji su tim sueeljem medusobno povezani ne obavljaju iste komunikacijske zadatke. Na jednoj strani suEelja UNI nalazi se korisniEki mreini uredaj, a na drugoj mreini FR uredaj.

S1.5.4 SuEelja UNI i NNI

Krajnji uredaj (osobno raEunalo, radna stanica, posluiitelj, digitalna kuCna centrala i dr.) spojen je u mreiu s komutacijom okvira pomoCu korisniEkog mreHnog uredaja (Customer Premises Equipment - CPE). Osnovni zadatak CPE-a je da pakete koje Salje korisniEka oprema pakira (enkapsulira) u FR okvire (Cavanagh [1998]). Ulogu CPE-a najEeSCe obavlja usmjerivaE ili pristupni FR uredaj (Frame Relay Access Device - FRAD). CPE je suEeljem UNI, na Eijem se fiziEkom sloju koristi komutirana pretplatnicka linija (dial-up line), zakupljeni kanali ili pretplatnicka ISDN (Integrated Services Digital Network) linija, povezan s FR komutatorom (frame relay switch), koji predstavlja mreini FR uredaj (frame relay network device). FR usrnjerivaE (fi-ame relay router) obiEno se koristi u komunikaciji LAN-LAN. Veza izmedu lokalnih mreia ostvaruje se transparentno kroz mreiu s komutacijom okvira. U tom se sluCaju usmjerivaE pomoCu jednog LAN prikljuEka povezuje s lokalnom mreiom, a pomoCu FR prikljutka s FR komutatorom. Ugradnja specifiEnog hardvera u usmjerivaE je nuian, ali ne i dovoljan uvjet da bi on mogao obavljati funkcije komutacije okvira. Usmjerivai: mora posjedovati i softver koji obuhvaCa specifiEne protokole pomoCu kojih usmjerivac moie komunicirati s FR mreSom. Drugi naEin pristupa u FR mreiu je koriStenje FWD-a. FRAD predstavlja pandan uredaju PAD (Packet Assembler/Disassembler) koji se koristi u X.25 rnreiama. FRAD od krajnjeg uredaja prima korisniEke PDU-e i preslikava ih u logiEke veze, nazvane DLCI (Data Link Connection Identifier). Nakon toga se korisnitke informacije prenose FR mreiom sve do drugog FRAD-a, gdje se vade iz prirnljenih okvira i Salju krajnjim uredajima. Osim FR usmjerivaEa i

5. Komutaciia okvira

FRAD-a ulogu korisnitkog rnreinog uredaja moie obavljati i FR koncentrator, tj . pojednostavljena inatica FRAD-a.

ISDN FR Usluga koja se temelji na protokolnoj arhitekturi opisanoj na S1. 5.5 naziva se osnovna usluga komutacije okvira. Ona je modelirana sukladno modelu uskopojasnog ISDN-a. Njezin originalan naziv je frame relay bearer service for use with ISDN. Cesto se za osnovnu uslugu koristi naziv ISDN FR. ISDN FR predstavlja skup izvornih standarda kojima je definirana komutacija okvira. Na S1. 5.5 prikazani su protokolni slojevi i ravnine protokolnog sloiaja na sutelju ISDN FR UNI (Stallings [1999]). UpravljaEka ravnina (Control-plane - Cplane) obavlja funkcije vezane uz uspostavu i raskid korisnitkih veza. U upravljatkoj ravnini moguCe je pregovaranje o parametrima kvalitete usluge (Quality of Service - QoS). KorisniEka ravnina (User-plane - U-plane) sadrii operacije, definicije usluga i protokole potrebne za razmjenu korisnitkih informacija. TreCa ravnina, tj. ravnina upravljanja mreiom (Management Plane - M-plane), obavlja funkcije upravljanja ravninama U i C. Standardi LAP-D (Link Acces Procedure-D), LAP-F (Link Access ProcedureFrame Relay) i preporuka ITU-T 1.122 definiraju usluge mreSe s komutacijom okvira utemeljene na uporabi PVC-a. Preporukom lTU-T Q.933 definirane su procedure uspostave poziva namijenjene FR uslugama zasnovanim na uporabi SVC-a. LAP-D je skup specifikacija sloja DLL koje se koriste nad ISDN kanalom D. Definiran je preporukama lTU-T 1.441 i Q.921, a predstavlja osnovu za FR standarde namijenjene transferu korisnickih informacija. LAP-F je kolokvijalni naziv za standard LAP-E (Link Access ProcedureExtended)/Q.922. LAP-F je u stvari poboljSana inatica protokola LAP-D. FR mreia ne podriava puni skup funkcija specificiranih preporukom 4.922, veC samo tzv. temeljne aspekte (core aspects) preporuke Q.922. Funkcije poput upravljanja prometnim tokovima i upravljanja linkom s ciljem otklanjanja pogreSaka po potrebi implementira korisnik u krajnjem uredaju. SloJeviOSl RM-a 3

1

upravljaEka ravnina

I

1

korisniEka ravnina

upravljatka ravnina slojevi OSl

I 0.93110.933

korisnitka ravnina

SK

i4

+--L-

I

I korisnik (TE)

1 0.93110.933

definira korisnik

I

3 RM-a

jezgra LAPF-a (0.922)

I

I mreia (NT)

3 . 5 . 5 Protokolni sloiaj na suEelju FR UNI realiziranom pomoku ISDN linije

5.4. FR okviri

Protokolna arhitektura opisana na S1. 5.5 podriava osnovni (Basic Rate Access BRA) ili primarni pristup (Primary Rate Access - PRA) ISDN-u pomoCu kanala D, B i H (ravnina C koristi kana1 D, a ravnina U kanale D, B ili H). Osnovna usluga pruia dvosmjerni put za transport korisnickog prometa izmedu suEelja SIT koja se nalaze na krajevima veze. I dok se pojam ISDN FR odnosi na skup izvornih FR standarda, pojam FR implicira usluge koje se svode na pruianje javnih i privatnih PVC-ova i SVC-ova za potrebe transfera korisnickih informacija. Vaino je razlikovati pojmove FR i ISDN FR jer oni jednoznacno odreduju neko FR suEelje (Cavanagh [1998]).

-

5.3.2. SuCelje NNI SimetriEno suEelje NNI omoguCuje izravno medusobno povezivanje mreia s komutacijom okvira (Black [I9961). KoristeCi suEelje NNI dvije mreie mogu medusobno razmjenjivati FR okvire Cak i ako se u njima koristi mreina oprema koja potjeEe od razliEitih proizvodaEa. PVC koji se uspostavlja kroz vise od jedne mreie s komutacijom okvira naziva se viSemreini (multi-network) PVC. ViSemreini PVC sastoji se od nekoliko segmenata, od kojih je svaki pod ingerencijom jedne od mreia.

5.3.3. SuCelja ICI i LMI SuEelje ICI, koje je ujedno nazvano i XA-FR (Exchange Access Frame Relay Service) je suEelje izmedu FR mega razliEitih operatora (Black [1996]). S obzirom da neki korisnici i mreie iele irnati informaciju o vezama koje su uspostavljene na suEelju UNI, kreirano je suEelje LMI. KoristeCi ovo suEelje i korisnik i mreia mogu prikupljati informaciju o suEelju UNI, te slati jedan drugome inforrnacije o aktivnostima koje se odnose na virtualne kanale na linku, kao i na Sam fiziEki status linka (Miller [2001]).

5.4. FR okviri PoEetak i kraj FR okvira (Sl. 5.6) oznaEeni su zastavicom duljine osam bita, Eiji je sadriaj jednak 01 111110 (Black [1996]). Polje DLCI jednoznaEno odreduje logiCku vezu koja se na nekom suEelju, zajedno s ostalim logickim vezama, multipleksira na zajedniEki fiziEki link. Osnovna vrijednost (default) duljine DLCI-a je 10 bita, a pomoCu bita EA (Extended Address) moguCe je proSiriti duljinu DLCI-a na 16 ili 23 bita. Ako se koristi DLCI duljine 10 bita, tada je DLCI = 0 rezerviran za kontrolnu signalizaciju unutar FR kanala, vrijednosti DLCI-a u rasponu od 1 do 15 i od 1008 do 1022 su rezervirane, a suEelje LMI koristi DLCI = 1023. Dakle, korisnicirna na raspolaganju stoje 992 vrijednosti

5. Komutacija okvira

DLCI-a. U FR mreii postoje lokalni i globalni DLCI. Lokalni DLCI ima znaCenje samo na jednom suEelju. Drugim rijeEima, to znaEi da neki lokalni DLCI na jednom suEelju smije imati istu vrijednost kao i lokalni DLCI na nekom drugom suEelju u FR mreii. Nasuprot tome, globalni DLCI ima univerzalno znaEenje na razini cijele mreie (Cole et al. [2000]). Sukladno tome, bilo koja dva globalna DLCI u FR mreii ne smiju irnati istu vrijednost. 8

7

6

5

4

3

2

1

bit

oktet zastavica

1 2

1

3

1

DLCl DLCl

korisnitka informacija (do 1600 okteta)

zastavica

I

S1.5.6 Struktura FR okvira

Nadalje, bit CR (Command/Response) ne koristi se na razini osnovne usluge komutacije okvira (koristi ga CLLM, tj. Consolidated Link Layer Management). PomoCu bita FECN (Forward Explicit Congestion Notification) i BECN (Backward Explicit Congestion Notification) provodi se obavjeStavanje korisnika, usmjerivaEa i FR komutatora o nastanku zaguSenja u FR rnreii. FR komutator koji uslijed prevelikog prometnog toka ulazi u zagusenje, postavlja bit BECN u 1 u okvirima koji se Salju prema izvoru dotiEnog prometnog toka (izvor treba obavijestiti da uspori slanje), te postavlja bit FECN u 1 u okvirima koji se Salju prema odrediStu dotiEnog informacijskog toka (odrediSte treba naknadno zatraiiti od izvora da uspori slanje). FRAD, usmjerivai: ili FR komutator postavlja bit DE (Discard Eligibility) u 1 u Celijama koje se prve odbacuju u sluEaju nastanka zaguSenja u mreii. Duljina polja korisniEke informacije smije iznositi najviSe 1600 okteta (to je preporuka FR Foruma, a operator moie samostalno odluEiti ieli li u svojoj mreii dozvoliti koriStenje FR

5.5. Sianalizaciia na suEeliu UNI

okvira veCe duljine). Informacija za zaititu okvira od pogreiaka nastalih u prijenosu uslijed djelovanja smetnji generira se metodom CRC u predajniku i upisuje u polje FCS duljine 2 okteta. To polje sluii prijemniku kako bi provjerio ispravnost primljenog okvira.

5.5. Signalizacija na suEelju UNI Signalizacijske procedure za uspostavu i raskid komutiranih virtualnih veza na suCelju UNI definirane su preporukarna ANSI T1.617 i ITU-T 4.933 (Black [1996]). Neke od tih procedura koriste se i na suCelju NNI. Preporukom Q.931 definirani su formati FR poruka za kontrolu veza (FR connection control message). Razmjena signalizacijskih poruka izmedu dvaju krajnjih korisnika prikazana je na S1. 5.7. Uspostavu veze zapoCinje pozivajuki korisnik slanjem poruke Setup. Prilikom raskida veze bilo koji korisnik (pozivajuCi ili pozvani) moie poslati poruku Disconnect kojom se od mreie traii da raskine doticnu vezu. Za vrijeme raskida veze oslobada se i oznaka poziva koja postaje dostupna narednim pozivima na suCelju UNI.

komutator A Setup

- - -------- - - - - - - - - - _ _ _ _ - i

i:

1

komutator B

1

Call Proceeding

Setup

j

Call Proceeding

-

-4 :

4

i

Connect

;

.......................

7i

Connect

4

I

,A

(;'onnnctACK

i

Connect ACK

i

4

1 1

Disconnect

I

razrnjena korisniEkih informacija

1

&

.: ----- ------ -------_____ 1 I

d

Release

1-

i

Release Complete

,

.......................

Disconnect

,* 1

Release

Release Complete

I

I

S1.5.7 Primjer uspostave veze na suEelju FR UNI

1

5. Komutacija okvira

5.5.1. Adresiranje u mreFi s komutacijom okvira Frame Relay Forum preporuEuje koriStenje jednog od dvaju planova numeracije mreinih uredaja: E. 164 ili X. 121 (Black [1996]). Sukladno preporuci E. 164 standardizacijske organizacije ITU-T, duljina pozivnog broja u medunarodnom prometu srnije iznositi najviSe 15 dekadskih znamenaka. Ovaj je plan numeracije detaljnije objaSnjen u poglavlju o asinkronom naEinu transfera informacija (Asynchronous Tranfer Mode - ATM). Plan numeracije X. 121, koji je definirala standardizacijska organizacija ITU-T, odreduje da duljina pozivnog broja u javnoj mreii smije iznositi najviSe 15 dekadskih znamenki. OpCeniti oblik X.121 adrese je PREFIX-DCC-NETWORK-CODE-NTN. ZnaCenje pojedinih dijelova adrese je sljedeke: PREFIX - prva znamenka, koja oznaCava medunarodni poziv, DCC (Data Country Code) - jedinstvena oznaka zemlje, NETWORK-CODE - jedinstvena oznaka podatkovne mre5e u zemlji oznaEenoj DCC-om, i NTN (Network Terminal Number) - broj korisniekog mreinog uredaja.

5.6. Prometni parametri Jedna od vainih prednosti komutacije okvira u odnosu na zakupljene kanale i X.25 mreie je postojanje mehanizama za ostvarivanje kvalitete usluge koju komutacija okvira pruia viSim protokolnim slojevima. U mreii s komutacijom okvira definirani su sljedeCi prometni parametri (Stallings [1999]): CIR (Committed Information Rate) [bids], Bc (Committed Burst Size) [bit], Be (Excess Burst Size) [bit], T - vremenski interval mjerenja prometnih parametara, T = BcICZR [s] i EIR (Excess Information Rate), EIR = (Bc + Be)IT [bids]. Kako bi omogukila ravnopravno dodjeljivanje resursa pojedinim korisnicima, osnovna usluga komutacije okvira koristi koncept dogovorene prijenosne brzine (CIR) na koju se korisnici pretplakuju. Na suCelju izmedu korisnika i FR mreie (UNI) CIR je moguCe opisati kao na Sl. 5.8. Promatrano sa strane mreie, u poEetnom trenutku ( t = 0 s) koliEina informacija koju korisnik Salje mreii suEeljem UNI takoder je jednaka nuli (R = 0 bit). Podudaranje korisniEkog prometa s dogovorenom prijenosnom brzinom mjeri se unutar fiksnog vremenskog intervala trajanja T [s]. Ako korisnik Salje informacije brzinom CIR, tada Ce koliEina informacije koja prode suCeljem UNI unutar intervala

5.6. Prometni parametri

trajanja T biti jednaka Bc [bit]. Dakle, sukladno oznakama na S1. 5.8 vrijedi: tga, = BcIT = CIR. CIR medusobno dogovaraju krajnji korisnik i operator mreie s komutacijom okvira. CIR se dogovara za svaku vezu posebno, a moguCe ga je pridijeliti i trajnim i komutiranim vezama. Mreia se <<slaie>> da Ce podriati CIR na odredenoj FR vezi. Informacije koje se prenose brzinom veCom od CIR-a izloiene su moguCem odbacivanju u sluEaju zaguSenja mreie. Medutim, unatoE nazivu "dogovorena", ne postoje nikakva jarnstva da Ce Eak i CIR biti podrian u svim uvjetima. U sluEaju velikog zaguSenja, mreia moie biti prisiljena pruiati uslugu i manjom brzinom od CIR-a odredene veze. Ipak, kad u mreii nastupi veliko zaguSenje, prvo Ce biti odbaEeni okviri onih veza koje koriste prijenosnu brzinu veCu od CR-a, a tek nakon toga okviri veza koje poStuju CIR. R [bit] B.'

+

T

Be ..................................................................................................................... .....................

S1. 5.8 Dogovorena prijenosna brzina

Dodatni prometni parametri koji se dodjeljuju trajnim vezama i o kojima se pregovara prilikom uspostave komutiranih veza su dogovorena duljina snopa (Bc) i ekscesna duljina snopa (Be). Bc predstavlja maksimalnu kolicinu informacija koju Ce mreia u normalnim uvjetima sporazumno nastojati prenijeti unutar vremenskog intervala trajanja T. Ti podaci mogu, a i ne moraju biti slani uzastopno jedni iza drugih (drugim rijetima, mogu se prenositi pomocu jednog ili viSe FR okvira). Be predstavlja maksimalnu koliEinu informacija koja smije prelaziti iznos Bc-a, a koju Ce mreia u normalnim uvjetima sporazumno nastojati prenijeti unutar vremenskog intervala T. Dakle, mreia se ne obavezuje da Ce te podatke prenijeti, pa Cak ni u normalnim uvjetima rada. Drugim rijeEima, informacije koje se odnose na Be isporutuju se s manjom vjerojatnoSCu nego informacije koje se odnose na Bc. Cetvrti korisnicki parametar je ekscesna prijenosna brzina (EIR) koja definira maksimalnu dozvoljenu prijenosnu brzinu za vrijeme kraCih vremenskih intervala. Sukladno oznakama na S1. 5.9 vrijedi tga2 = (Bc + Be)IT = EIR.

5. Komutacija okvira

S1.5.9 Ekscesna prijenosna brzina

Kapacitet linka C [bitfs], tj. pristupna brzina (access rate), predstavlja ograniEenje brzine kojom korisnik moie slati informacije u FR mreiu (Sl. 5. lo),. Dakle, t g q = R,,IT = C. Zbroj CIR-ova svih veza na suEelju UNI ne smije biti veCi od kapaciteta linka. R [bit]

S1. 5.10 Kapacitet linka

Ako se korisnik prilikom slanja okvira pridriava dogovorene prijenosne brzine, tada se svi okviri prenose suEeljem UNI kao neoznaEeni okviri. Problemi nastaju ako je brzina slanja okvira veCa od CIR-a (Sl. 5.11). Do trenutka tl ukupna koliEina prenesene informacije manja je od Bc bita. Iako je prijenosna brzina veCa od CIR-a, to nema negativnih posljedica na slanje jer mehanizam koji upravlja slanjem okvira brine sarno o ukupnom broju bita prenesenih unutar intervala trajanja T. Dakle, svi okviri koji se prenesu suEeljem UNI do trenutka tl bit Ce neoznaEeni (u tim okvirima bit DE = 0). Nakon trenutka tl ukupna koliCina prenesenih bita prelazi iznos Bc. Sukladno tome, bit DE u zaglavlju okvira koji prolaze suEeljem UNI nakon trenutka tl bit Ce postavljen u 1. To znaEi da su dotiEni okviri pogodni za odbacivanje u sluEaju zaguSenja FR

5.6. Prometni parametri

mreie. Nakon trenutka t2 ukupna koliEina bita prenesenih suEeljem UNI prelazi iznos Bc + Be. Svi okviri koji prolaze suEeljem nakon trenutka t2 bit Ce automatski odbaEeni.

S1. 5.1 1 Primjer slanja korisniCkih okvira brzinom veCom od CIR-a

Na S1. 5.12 prikazan je slijed slanja okvira na suEelju UNI u smjeru od korisnika prema FR mreii. Nakon svakog intervala trajanja T brojanje koliEine informacije prenesene suceljem LJNI kreCe od nule. Korisnik unutar intervala trajanja T moie slati informacije stalnom ili varijabilnom brzinom. Slanje moie trajati T vremena ili kraCe. Medutim, najvainije je da se korisnik u svakom trenutku i u svakom intervalu trajanja T mora pridriavati dogovorenih prometnih parametara.

S1.5.12 Slijed slanja okvira na suCelju UNI

Preporukom ITU-T 1.370 dane su smjernice koje korisnik i operator mogu koristiti prilikom odredivanja vremenskog intervala T (Tablica 5.1). Ako je CIR jednak kapacitetu linka (TI, E l i dr.), tada pristupna brzina na ulazu mora biti

5. Komutaciia okvira

jednaka pristupnoj brzini na izlazu mreie (virtualni kana1 s kraja na kraj mreie). U FR mreii moguCe je uspostaviti i vezu Eiji je CIR jednak nuli. U tom je sluEaju i Bc jednak nuli, a sukladno preporuci ITU-T-a, Be mora biti veCi od nula i interval T je odreden izrazom T = BcIC. Tablica 5.1 Odredivanje trajanja intervala T

5.7.

CZR

Bc

Be

T

>0

>O

>O

T = BcICIR

>0

>O

=0

T = BcICIR

=0

=0

>O

T = BeIC

Prednosti komutacije okvira u odnosu na zakupljene kanale

Alternativu mreiama s potpunom povezanoSCu ostvarenom pomoCu zakupljenih kanala predstavlja mreia s potpunom logiEkom prospojenoSCu (logical mesh). Medusobno povezivanje LAN-ova komutacijom okvira (S1. 5.13) ostvaruje se na naEin da se svaka lokalna mreia, posredstvom usmjerivaca, pomoCu jednog fizickog linka poveie s temeljnom FR mreiom (potreban samo jedan CSUDSU po lokaciji, manji troSkovi zakupa kanala). Pritom svaki fiziEki link prenosi viSestruke logiEke veze koje omoguCuju potpunu prospojenost na logiEkom planu. Na taj se naCin, koriStenjem komutacije okvira, srnanjuju troSkovi izgradnje, koriStenja i odriavanja mreie, Sto je zanirnljivo podjednako za krajnjeg korisnika i za operatora. Medutim, ne samo da se smanjuju tros'kovi, veC se poveCava i pouzdanost mreie. Umjesto zakupljenih kanala koristi se brza temeljna mreia koju Eine FR komutatori izgradeni po naEelu udvostruEene hardverske arhitekture pri Eemu se osobita painja poklanja pouzdanosti uredaja. Svakako treba naglasiti da komutacija okvira predstavlja standardni protokol koji odreduje komunikaciju na suEeljima UNI i NNI na slican naEin kao Sto je to ranije Einio X.25, s tim da FR ne definira komutacijske protokole niti topologije u podruEju temeljne mreie. Mreini operator Sam odluEuje kako Ce izgraditi FR mreiu u njenom temeljnom dijelu, pa se u tom segmentu Eesto implementiraju komutatori koji koriste kombinaciju TDM-a i komutacije okvira. Kako bi implementacija FR suEelja u mreii s komutacijom okvira bila ueinkovita, moraju se poStivati osnovna naCela Sirokopojasnog umreiavanja, kao Sto su pouzdanost, velika prijenosna brzina i inteligencija ugradena u krajnje sustave. Gledano s tog aspekta, a uzimajuCi u obzir i dobro razradene mehanizme medudjelovanja, temeljnu FR mreiu moguCe je vrlo ucinkovito izgraditi koristedi ATM kao transportnu podlogu (Black [1999]).

5.7. Prednosti komutaciie okvira u odnosu na zaku~lienekanale

mreia s komutacijom okv~ra

S1.5.13 Povezivanje LAN-ova pomoCu mreie s komutacijom okvira

U rnreBi s komutacijom okvira svakoj vezi na suEelju T_TNI dinamiEki se dodjeljuje prijenosna brzina po naEelu statistiEkog multipleksiranja (Sl. 5.14), a vaZan parametar koji moraju poHtivati sve veze na suEelju UNI je CIR. FDdaci

paketizirani govor

S1.5.14 Primjena statistiEkog multipleksiranja u rnreii s komutacijom okvira

Ako je bilo kojoj vezi u nekom trenutku potrebna prijenosna brzina koja je manja od CIR-a dotiEne veze, tada je neiskorigteni kapacitet linka moguCe dinarniEki dodijeliti nekoj drugoj usluzi. Jedina opasnost koja moZe proizaCi iz ovakvog naEina rada je da, uslijed logeg algoritma po kojem se obavlja

5. Komutaciia okvira

dinamiEko dodjeljivanje kapaciteta linka, pojedine veze trpe preveliko kaSnjenje transfera informacija jer im spomenuti algoritam ne moie dovoljno brzo osigurati potrebnu prijenosnu brzinu. Stoga razvijanje uEinkovitih mehanizama za dinamicku dodjelu raspoloiivog kapaciteta linka i mreinih resursa i dalje predstavlja predmet istraiivanja u svim paketskim mreiama. Nadalje, velika prednost komutacije okvira posebno dolazi do izraiaja prilikom prijenosa usnopljenih datoteka (Sl. 5.15). S obzirom da TDM ne moie dinamiEki povedati prijenosnu brzinu koja je dodijeljena nekoj vezi, prijenos velikih usnopljenih datoteka trajat Ce toliko dugo koliko iznosi omjer veliEine datoteke i fiksne prijenosne brzine pridruiene dotiEnoj vezi. Nasuprot tome, u FR mreii moguCe je dinamiEki poveCati prijenosnu brzinu dodijeljenu vezi koja prenosi usnopljene podatke, pa Ce samim time i njihov prijenos trajati krade, Sto moie biti vrlo vaino za vremenski osjetljive usluge.

mala datoteka

velika datoteka

S1. 5.15 Usporedba prijenosa usnopljenih datoteka u FR i TDM mreii

FR u odnosu na zakupljene vodove nudi sljedeCa poboljSanja: smanjenje troSkova koriStenja mreie, bolju povezanost i veCu fleksibilnost mreine konfiguracije, veCu pouzdanost i bolju moguCnost oporavka od nenormalnih stanja u mreii (resiliency), te bolje iskoriStenje raspoloiivog kapaciteta linka. Usporedba mreie s komutacijom okvira, u kojoj se koriste trajne virtualne veze, i mreie zakupljenih kanala pokazuje da je FR tehnoloSki i ekonomski nadmoCan zakupljenim kanalima. NajveCi problem u uvodenju u primjenu imaju one tehnologije koje ne pruiaju nis'ta novo u temeljnom smislu, ved predstavljaju samo poboljSanje postojeCih tehnologija (usprkos tome Sto spomenuto poboljSanje moie biti drasticno). Komutacija okvira predstavlja poboljSanje paketskog protokola X.25, a nastala je prvenstveno kao zamjena za iznajrnljene vodove. Stoga je u poEetku komutacija okvira imala odredenih poteSkoCa u primjeni. Iako se radi o tehnologiji Eiji teoretski poCeci seiu do kraja sedamdesetih godina proSlog stoljeda, prvi su se mreini FR proizvodi pojavili tek poEetkom devedesetih, a primjena se proSirila tek u drugoj polovici

5.8. Transport govora u FR mreii

devedesetih godina. Bilo je potrebno dosta vremena da proizvodaCi uvjere operatore, a zatim i operatori krajnje korisnike, koliko je prelazak na komutaciju okvira zapravo razborito i uCinkovito rjeSenje.

5.8. Transport govora u FR mrefi Sukladno poEetnoj definiciji, komutacija okvira bila je narnijenjena iskljuCivo transportu podataka. Medutim, paralelno s razvojem tehnika paketskog transporta govora poEeli su i prvi polcuSaji transporta govora u mreii s komutacijom okvira, na temelju kojih je i kreiran koncept VoFR (Voice over Frame Relay), definiran preporukom FRF. 11 (Minoli et al. [1998]). Osnovni preduvjeti koje FR mreia mora zadovoljiti kako bi mogla transportirati govorne informacije su sljedeki: koriStenje preporuka ITU-T G.764 i G.765 (protokolni slojevi koji rade iznad temeljnog protokola Q.922), pruianje adekvatnih vrijednosti CIR-a govornim vezama kako bi se na suEelju UNI sprijeEilo oznacavanje govornih okvira podobnim za odbacivanje (bit DE = I), dodjeljivanje posebnih DLCI-a govornim vezama (uz pruianje moguknosti da se vise govornih veza uspostavlja istim DLCI-om, pri Eemu viSi protokoli raspoznaju o kojim se vezama radi), koriStenje slijednih brojeva (a ne vremenskih oznaka) za upravljanje govornim prometom, ograniEavanje maksimalnog kaSnjenja transfera govora s kraja na kraj mreie na 200 ms, ogranicavanje maksimalne duljine okvira na 2000 okteta, rjeSavanje problema odjeka. Osnovni Eimbenici koji utjeEu na kaSnjenje transfera govora FR rnreiom su: broj rnreinih Cvorova kroz koje okviri prolaze, vrsta temeljne mreie (ATM, FR), trenutni stupanj opterekenosti mreie, i metoda kodiranja govora (kodiranje i dekodiranje unosi dodatno kaSnjenje transporta govora).

S1.5.16 Transport govora u rnreii s komutacijom okvira

5. Komutaciia okvira

Od posebnog znaEaja za transport govora FR mreiom je saiimanje govora kako bi se jednim FR okvirom moglo prenijeto Sto vise govora. U FR mreiama koriste se sljedeki algoritmi za saiimanje govora: G.729 ACELP - 8 kbit/s, G.728 LD-CELP, G.727 EADPCM, G.726 ADPCM - 32 kbit/s, G.723.1 MPMLQ - 6.4 kbit/s. Pored saiimanja koristi se i potiskivanje stanki iz govora (Digital Speech Interpolation - DSI), Cime se dodatno reducira zalihost (redundancija) u govornoj informaciji koju je potrebno transportirati s kraja na kraj mreie. Prilikom mjeSovitog transporta govora i podataka, korisniCki pristup mreii s komutacijom okvira realizira se pomoku uredaja nazvanog VFRAD (Voice Frame Relay Access Device) (Sl. 5.16).

Literatura [l] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8]

BLACK,U. 1996. Frame Relay Networks. 2. izdanje, McGraw-Hill, New York. BLACK,D. P. 1999. Building Switched Networks. Addison Wesley, Reading. CAVANAGH, J. P. 1998. Frame Relay Applications. Morgan Kaufman Publishers, San Francisco. COLE,R. G, R. RAMASWAMY. 2000. Wide-Area data Network Performance Engineering. Artech House, Boston. MILLER,M. A. 2001. Analyzing Broadband Networks. 3. izdanje, McGraw-Hill, New York. MINOLI,D, E. MINOLI.1998. Delivering Voice over Frame Relay and ATM. John Wiley & Sons, New York. STALLINGS, W. 1999. ISDN and Broadband ISDN with Frame Relay and ATM. 4. izdanje, Prentice-Hall, Upper Saddle River. TANENBAUM, A. S. 1996. Computer Networks. 3. izdanje, Prentice-Hall, Upper Saddle River.

Alen Baiant

6. Asinkroni naEin transfera informacija

Prvi znanstveni radovi o asinkronom naEinu transfera informacija (Asynchronous Transfer Mode - ATM) objavljeni su 1983. godine. Francuski Cnet (Centre National d'Etudes Telecommunication, novi naziv je France Telecom R&D) razvijao je asinkrono vremensko multipleksiranje (Asynchronous Time Division Multiplexing - ATDM), a AT&T Bell radio je na razvoju brze paketske komutacije (Fast Packet Switching - FTS). Razvoj ATM-a od samog je poEetka vezan uz digitalnu mreiu integriranih usluga (Integrated Services Digital Network - ISDN). Plenarna SkupStina (Plenary Assembly) ITU-T-a (ITU Telecommunication Standardization Sector, tadaSnji CCITT - Cornit6 Consultatif International TClCphonique et TClCgraphique) prihvatila je 1984. godine seriju preporuka I kojom je definiran ISDN. PoEetna inaEica ISDN-a kasnije je preimenovana u uskopojasni ISDN (Narrowband ISDN - N-ISDN), koji na korisniEkom suCelju omoguCuje prijenosne brzine do 2 Mbitls. Lhrzo se pokazalo da takav raspon prijenosnih brzina nije dovoljan za primjene kao Sto su povezivanje LAN-ova, transport videa, multimedije i dr. Stoga je razvijen model Sirokopojasne digitalne mreie integriranih usluga (Broadband ISDN - B-ISDN) koji podriava prijenos N-ISDN kanala kapaciteta 64 kbit/s, ali pruia i moguCnost koriStenja daleko veCih prijenosnih brzina. Preporukom ITU-T 1.113 definiran je pojam Sirokopojasnog u kontekstu komunikacija: ''Sir~ko~ojasna usluga ili sustav zahtijeva prijenosne kanale koji mogu podriati prijenosne brzine veCe od brzine primarnog pristupa ISDN-u." Paralelno s dogadanjima u podruEju B-ISDN-a, 1988. godine objedinjeni su koncepti ATDM i FPS u jedan zajedniEki, nazvan ATM. ATM koristi asinkroni TDM kojim se tok korisnickih informacija pakira u kratke pakete fiksne duljine. Svaki se takav paket naziva ATM Celija (ATM cell), odnosno skraCeno Celija. U okru5ju B-ISDN-a ATM-u je narnijenjena uloga transportne osnove koja treba omoguCiti brzi prijenos (transmission) i komutaciju (switching) informacija izmedu posluiitelja Sirokopojasnih usluga i krajnjih korisnika. Stoga se u nazivu ove tehnologije koristi rijeE transfer koja ukazuje na Einjenicu da ATM objedinjuje funkcije prijenosa i komutacije informacija.

6. Asinkroni naEin transfera informacija

6.1. Osnovna obiljeija ATM-a ATM je spojna tehnika komuniciranja (connection oriented - CO). To znaEi da se prije svakog transfera korisniEkih informacija izmedu izvora i odrediSta mora uspostaviti veza, a po zavrSetku transfer informacija ta se veza raskida. UnatoE tome, ATM moie podriati i transport nespojnih usluga (connectionless - CL), tj. usluga datagramskog tipa (npr. transfer IP datagrama kroz ATM mreiu). Osnovna usluga koju ATM pruia viSim protokolnim slojevima (ATM bearer service) nazvana je komutacija Celija (cell relay).

6.1 .l.Razlozi za uvodenje ATM-a u primjenu Sukladno osnovnoj ideji i poEetnim definicijama, ATM je bio zamiSljen kao univerzalna transportna tehnologija koja omoguCuje prijenos i komutaciju svih vrsta informacija (govor, video, podaci) s kraja na kraj mreie na velike udaljenosti. KoriStenje jedne tehnologije rezultira uStedama u izgradnji mreie i poboljSanjem kvalitete usluge, Sto je podjednako atraktivno za krajnjeg korisnika i pruiatelja usluge. VeCina tvrtki svoje poslovanje danas temelji na koriStenju raEunalne opreme i namjenskih softverskih aplikacija. VeC dulje vrijeme gotovo sve aplikacije koriste naEelo rada korisnik-posluiitelj (clientserver), Sto dodatno optereCuje mreiu. Stoga je jedan od najvainijih parametara u danaSnjim komunikacijama upravo prijenosna brzina. Medutim, poveCanje prijenosne brzine ne znaEi da Ce i kvaliteta usluge (Quality of Service - QoS) automatski biti bolja. To najviSe ovisi o koriStenoj tehnologiji transfera informacija i o njenim mehanizmima za postizanje traienog QoS-a. ATM pruia odredena jamstva da Ce traiena razina QoS-a biti ostvarena.

6.1.2. Statistieko multipleksiranje U rnreii koja koristi sinkroni naEin transfera informacija (Synchronous Transfer Mode - STM), temeljen na vremenskom multipleksiranju (Time Division Multiplexing - TDM), minimalni kapacitet linka (link capacity) koji je potreban za istodobni transport odredenog broja veza jednak je algebarskom zbroju fiksnih prijenosnih brzina svih pojedinaEnih veza na tom linku. Kapacitet linka izraien je brojem bita koje je linkom moguCe prenijeti u jedinici vremena. Engleski naziv koji se Eesto koristi kao pandan kapacitetu linka je Sirina prijenosnog pojasa (bandwidth - BW), takoder izraiena brojem bita koje je linkom moguCe prenijeti u jedinici vremena. Medutim, pojam Sirine prijenosnog pojasa tradicionalno je vezan uz frekvencijski pojas propuStanja prijenosnog sustava i izraiava se u jedinici Hz. Stoga Ce u nastavku biti koriSten termin kapacitet linka. Prilikom koriStenja TDM-a svakom se izvoru pridjeljuje prijenosna brzina koja je jednaka vrSnoj brzini izvora. Dodijeljena prijenosna

6.1. Osnovna obiljeija ATM-a

brzina ne rnijenja se za cijelo vrijeme trajanja veze, neovisno o stvarnoj koliEini prometa koju generira izvor. Takav pristup Eesto vodi do neuEinkovitog koriStenja mreinih resursa. U ATM mreii nekoliko izvora takoder koristi zajedniEki link, ali se pritom podaci iz pojedinih izvora statistiEki multipleksiraju na link. Na taj se naEin postiie dobitak u iskoriStenju raspoloSivog kapaciteta linka. Spomenuti dobitak moguCe je iskoristiti za prijenos informacija neke druge veze. Nadalje, statistick0 multipleksiranje omoguCuje da se informacije iz nekoliko izvora multipleksiraju na zajednicki link Eiji je kapacitet manji od zbroja vrSnih brzina pojedinacnih izvora. Opravdanje za takav pristup koriStenju linka leii u pretpostavci da su veze medusobno nekorelirane i da Ce se vrlo rijetko dogoditi da se u svim vezama podaci moraju istodobno prenositi vrSnom brzinom. Dakle, statistiEko multipleksiranje omoguCuje optimalno koriStenje kapaciteta linka.

6.1.3. ATM celija PoboljSanje ~Einkovitostitransfera informacija u Sirokopojasnoj mreii koje se postiie promjenjivom duljinom paketa pun0 je manje od poboljSanja koje je moguCe postiCi paketima fiksne duljine. Fiksna duljina paketa doprinosi veCoj brzini komutiranja i smanjenju sloienosti hardvera. Stoga su eksperti ITU-T-a odluEili da se u ATM mreiama koriste Celije. Svaka se Celija sastoji od zaglavlja (header) i korisnickog polja (information field) u kojem se prenose korisniEke informacije (De Pryker [1995]). KorisniEko polje ATM Celije ponekad se naziva i korisniEki sadriaj (payload) Celije. Duljina Celije utjeEe na sljedeCe parametre: ~Einkovitostprijenosa korisniEkih informacija ATM Celijama, vrijeme prijenosa Celije na link (cell transmission time), paketizacijsko kaSnjenje, kaSnjenje u repovima Eekanja, kolebanje kaSnjenja i - depaketizacijsko kaSnjenje. UEinkovitost prijenosa korisniEkih informacija ATM Celijama % ovisi izmedu ostalog i o omjeru duljine zaglavlja Celije H i duljine korisniEkog polja Celije L, pri Eemu su obje veliEine izraiene brojem okteta: % = Ll(L + H). VeCa duljina korisniEkog polja uz istu duljinu zaglavlja daje veCu ~Einkovitostprijenosa korisniCkih informacija ATM Celijama. Nadalje, veCa duljina Celije utjeEe na veCe paketizacijsko kaSnjenje jer je potrebno vise vremena da se podaci generirani nekom osnovnom uslugom ubace u korisniEko polje Celije. DaMe, glede ~Einkovitostiprijenosa korisniEkih informacija poieljno je da je Celija Sto dulja, a glede kaSnjenja da je Sto kraCa. Pri odabiru konaCne duljine -

6. Asinkroni naein transfera informacija

Celije preferirana je vrijednost izmedu 32 i 64 okteta. Studijska skupina ITU-T-a SG XVIII na svom zasjedanju u lipnju 1989. u Genevi odluEila je da duljina korisniEkog polja Celije iznosi 48 okteta, a duljina zaglavlja 5 okteta). Dakle, ukupna duljina ATM Celije iznosi 53 okteta. ToCno oznaEavanje i struktura ATM Celije definirani su ITU-T preporukom 1.361. Okteti svake Celije Salju se redom od okteta oznaEenog brojem 1 pa sve do okteta oznaEenog brojem 53, Sto znaEi da se prvo Salje zaglavlje Celije (Sl. 6.1). Bitovi unutar svakog okteta Salju se redom, od bita najveCe teiine (Most Significant Bit - MSB) pa sve do bita najmanje teiine (Least Significant Bit - LSB). 4-zaglavlje ATM celije (5 okteta)+ 4 okteta zaglavlja

HEC

korisniEko polje (48 okteta)

4 - 1 oktet+ ATM Celija (53 okteta)

4

b

S1. 6.1 Struktura ATM Celije Zaglavlje ATM Celije je relativno veliko u odnosu na korisniEko polje. Protokolni pretek (overhead) na sloju ATM iznosi 5/53, tj. 9,43%. Upravo taj veliki protokolarni pretek, koji rnnogi nazivaju porez na Celije (cell tax), predstavlja jednu od osnovnih zamjerki ATM-u. VeCina drugih paketskih protokola ima pun0 manji protokolni pretek. Na primjer, u Ethernetu na podsloju MAC protokolni pretek za sluEaj prijenosa okvira maksimalne duljine iznosi samo 1,19%. Pridjev asinkroni u nazivu ove tehnologije dolazi od Einjenice da se Celije unutar pojedinih veza mogu pojavljivati u nepravilnim vremenskim intervalima (Sl. 6.2). Celiia iz

celiia iz

Celiia iz

nedodijeljena ili prazna eelija

S1. 6.2 Multipleksiranje Celija iz vise izvora na zajedniEki link KorisniEka se informacija prije slanja na link privremeno sprema u memoriju. Zatim se, kad dosegne potrebnu veliEinu, ubacuje u Celiju koja se tada Salje na prijenosni medij i prenosi rnreiom do odrediSta (Kos et al. [1999]). Ako u bilo kojem trenutku nema korisniEke informacije raspoloiive za prijenos, Salje se nedodijeljena Celija (unassigned cell) ili prazna Celija (idle cell). ATM Celije dolaze na odrediSte po istom redoslijedu po kojem su i poslane iz izvora, Sto znaEi da ATM mreia Euva integritet poretka Celija (cell sequence integrity).

6.2. Protokolna arhitektura ATM mreie

6.2. Protokolna arhitektura ATM mreZe Na sliEan naEin kao Sto je standardizacijska organizacija IS0 (International Organization for Standardization) definirala slojeviti model mreinih usluga i protokola nazvan OSI RM (Open Systems Interconnection Reference Model), ITU-T je definirao referentni protokolni model B-ISDN-a (B-ISDN Protocol Reference Model - B-ISDN PRM). Modelom B-ISDN PRM opisan je protokolni sloiaj ATM mreie (Handel [1998]). Polaznu toEku u procesu standardizacije B-ISDN PRM-a predstavlja ITU-T preporuka 1.320 koja uvodi koncept odvojenih ravnina zbog razdvajanja korisniEkih funkcija, upravljaEkih funkcija i funkcija upravljanja mreiom. Nakon potrebnih dorada i prilagodbi potrebama Sirokopojasne mreie, ITU-T je objavio preporuku 1.321 kojom je BISDN PRM u potpunosti definiran. Funkcije slojeva i odnosi izmedu protokolnih slojeva B-ISDN-a specificirani su preporukama ITU-T 1.321 i 1.413. B-ISDN PRM (Sl. 6.3) sastoji se od triju ravnina: korisniEka ravnina (user plane) - obuhvaCa funkcije transfera korisniEke informacije ATM mreiom upravljaeka ravnina (control plane) - uglavnom sastavljena od signalizacijskih informacija i protokola, i ravnina upravljanja mreiom (management plane) - narnijenjena odriavanju (maintenance) mreie i obavljanju funkcija bitnih za rad mreie (operationalfinctions); odgovorna je za provodenje koordinacije izmedu korisniCke i upravljaEke ravnine. ravnina upravljanja mreiom

----A

/ vljaEka ravnina viSi slojevi

korisniEka ravnina viSi slojevi

AAL ATM PHY

S1. 6.3 Referentni protokolni model B-ISDN-a

Ravnina upravljanja mreiom obuhvaCa dvije vrste funkcija, nazvane funkcijama upravljanj a slojevima (layer management) i funkcijama upravljanja ravninama (plane management). Upravljanje ravninama nema slojevitu strukturu. Upravljanje slojevirila, detaljno opisano preporukom ITU-T 4.940, ima slojevitu strukturu i obavlja funkcije koje se odnose na resurse i parametre smjeStene u upravljaEkim protokolnim entitetima (npr. meta-signalizacija).

6. Asinkroni naEin transfera informacija

Upravljanje slojevima upravlja informacijskim tokovima namijenjenim djelovanju, upravljanju i odriavanju mreie (Operation, Administration and Maintenance - OAM). Korisnicka ravnina pruia mogudnosti za transfer korisniEkih informacija. U korisniEku ravninu ugradeni su i mehanizmi upravljanja prometnim tokovima (flow control) i oporavka sustava od pogreSaka (error recovery). UpravljaCka ravnina, jednako kao i korisnicka, ima slojevitu strukturu. Ova je ravnina odgovorna za obavljanje funkcija upravljanja pozivima (call control) i upravljanja vezama (connection control). U upravljaEku ravninu uMjuEene su sve funkcije potrebne za uspostavu, odriavanje (nadzor) i raskid poziva, odnosno veza. FiziEki sloj (Physical Layer - PHY) i sloj ATM (ATM Layer) obavljaju iste funkcije u upravljaEkoj i korisniEkoj ravnini. Medutim, sloj prilagodbe ATM-a (ATM Adaptation Layer - AAL) ponekad moie u upravljaEkoj ravnini obavljati funkcije razliEite od onih u korisniEkoj ravnini. SliEna je situacija i u viSim slojevima B-ISDN PRM-a. Ved je ranije spomenuto da je B-ISDN PRM kreiran po uzoru na OSI RM koji sadrii sedam slojeva. Takvu je slojevitu strukturu mreie mogude primijeniti i u B-ISDN PRM-u. Medutim, egzaktan odnos izmedu niiih slojeva referentnog modela OSI i niiih slojeva u B-ISDN PRM-u jog uvijek nije u potpunosti razjagnjen. FiziEki sloj ATM mreie i fiziEki sloj OSI RM-a obavljaju identihe funkcije. Nadalje, sloj ATM predstavlja donji dio drugog sloja referentnog modela OSI RM. Bitna razlika izmedu modela ATM mreie i OSI RM-a javlja se na sloju AAL.

___--paralelni '----prijenos .......

--.___

k ...............prijenos

1fl-slije bits

S1. 6.4 Protokolne podatkovne jedinice u modelu ATM-a

SliEnost s modelom OSI RM postoji i glede mehanizma kreiranja protokolnih podatkovnih jedinica (Protocol Data Unit - PDU) i njihove razmjene izmedu slojeva ATM mreie (Sl. 6.4). Prilikom slanja korisniEke informacije sloj AAL prihvada protokolarnu podatkovnu jedinicu viSeg sloja (npr. IP datagram). Na sloju AAL IP datagram postaje servisna podatkovna jedinica (Service Data Unit

I

I

6.2. Protokolna arhitektura ATM mreie

- SDU) kojoj AAL dodaje protokolarnu upravljaEku informaciju (Protocol Control Information - PCI) u obliku zaglavlja. Na taj naEin nastaje AAL PDU. Sloj AAL predaje tako formirani PDU sloju ATM koji ga prihvaCa kao ATM SDU duljine 48 okteta. Sloj ATM mu dodaje vlastito zaglavlje duljine 5 okteta i kreira ATM PDU, tj. ATM Celiju duljine 53 okteta. KonaEno, sloj ATM predaje ATM Celiju fiziCkom sloju koji korisniEku informaciju tretira kao slijed bita, odnosno okteta. U prijernnom smjeru zbiva se obratan proces predaje protokolarnih podatkovnih jedinica izmedu slojeva.

KorisniCki pristup B-ISDN-u Referentna konfiguracija uskopojasnog ISDN-a, koja se koristi za osnovni (Basic Rate Access - BRA) i primarni (Primary Rate Access - PRA) pristup korisnika N-ISDN-u, primijenjena je s malim izmjenama i u B-ISDN-u. Referentna konfiguracija korisniEkog pristupa Sirokopojasnoj rnreZi temelji se na funkcijskim skupinama i referentnim toCkama (Sl. 6.5) (Handel [1998]). privatni w-javni +B-ISDN

+

B-ISDN-

referentna toEka

funkcijska skupina

S1. 6.5 Referentna konfiguracija korisniEkog pristupa B-ISDN-u Sirokopojasno zakljuEenje mreie B-NT1 (Broadband Network Termination B-NT) obuhvaCa funkcije koje su ekvivalentne funkcijama prvog sloja OSI RM-a. Primjeri tih funkcija su zakljuEenje prijenosne linije, OAM funkcije i dr. Sirokopojasno zakljuEenje mreie B-NT2 obuhvada funkcije koje su ekvivalentne funkcijama prvog i viSih slojeva OSI RM-a: multipleksiranje, demultipleksiranje i koncentriranje prometa, pohrana ATM Celija u sprernnike, upravljanje korisniEkim parametrima (Usage Parameter Control - UPC), obavljanje procedura signalizacijskog protokola i dr. Definirane su dvije vrste Sirokopojasne krajnje opreme, odnosno Sirokopojasnih tenninala (Broadband Terminal Equipment - B-TE); B-TE1 i B-TE2. B-TE1 moie obavljati funkcije koje se podudaraju sa standardom B-ISDN suEelja. Sirokopojasni prilagodnik korisnitke opreme B-TA (Broadband Terminal Adapter) obuhvaCa funkcije koje se odnose na prvi i viSe slojeve OSI RM-a, a koristi se za prilagodbu terminala B-TE2 ili TE-2 prema B-ISDN suEelju. Preko suEelja UBSirokopojasno zakljuEenje mreie povezuje se s B-ISDN centralom.

6. Asinkroni naEin transfera informaciia

6.2.1. Sueelja u ATM mrerama Temeljne preporuke ATM-a definiraju nekoliko standardnih suEelja (Tablica 6.1). Cilj koriStenja standardnih suEelja je omoguCiti medusobno povezivanje ATM komutatora (ATM switch) i krajnjih uredaja (Data Terminal Equipment DTE) koji potjeEu od razliEitih proizvodaEa (Ginsburg [1999]). Tablica 6.1 Vrste suEelja u ATM mreiama krajnji sustav

privatna ATM rnreia

javna ATM rnreia

krajnji sustav

privatni UNI

privatni UNI

javni UNI, (AINI)

privatna ATM rnreia

privatni UNI

IISP, PNNl

javni UNI, (AINI)

javni UNI

javni UNI, (AINI)

B-ICI, (AINI)

suEelje izmedu

javna ATM rnreia

SuCelje UNI Postoje dvije varijante suEelja UNI (User-Network Interface): privatno suEelje UNI (private UNI) i javno suEelje UNI (public UNI) (ATM Forum [1995]). Privatno suEelje UNI koristi se za povezivanje krajnjih ATM uredaja (ATM edge device) s privatnom ATM mreiom (Sl. 6.6).

javni UNI krajnji ATM uredaj

I

1

korisniEko podrueje

=I4

pruiatelj usluge-

S1. 6.6 SuEelje ATM UNI

Za razliku od privatnog, javno suEelje UNI omoguCuje povezivanje krajnjeg ATM uredaja izravno s javnom ATM mreiom (Sl. 6.6). Osnovna razlika izmedu privatnog i javnog suEelja UNI je u adresiranju. Dok se na privatnom koristi format adresiranja nazvan AESA (ATM End System Address), na javnom suEelju UNI dominira uporaba adresnog formata definiranog preporukom ITU-T E.164. U budutnosti Ce se umjesto javnog suEelja UNI moCi koristiti suEelje AINI. Takoder treba spomenuti i rezidencijalni UNI u podruEju pristupnih rnreia. U ljeto 1995. godine pojavljuje se inaEica UNI 3.1. To je ujedno posljednja integralna inaCica standarda suEelja UNI. Kasnije su definirane odvojene preporuke za signalizaciju na suEelju UNI (UNI Signaling 4.0), za prometno upravljanje (Traffic Management 4.0), itd.

6.2. Protokolna arhitektura A I M mreie

SuCelje NNI SuEelje izmedu dvaju medusobno povezanih ATM komutatora naziva se suCelje mreia-Cvor, odnosno suCelje rnreia-mreia (Network-Node Interface, odnosno Network-Network Interface - NNI). Prva implementacija suEelja NNI, nazvana privatno suCelje NNI (Private NNI - PNNI), bila je namijenjena privatnim ATM mreiama. PNNI omoguCuje medusobno povezivanje ATM komutatora unutar privatne mreie i medusobno povezivanje privatnih mreia. Standardiziranjem suCelja PNNIv1.0 (ATM Forum, 1996.) omoguCeno je i medusobno povezivanje ATM komutatora razliCitih proizvodaEa. Osim Sto ima znaEenje i ulogu suEelja, PNNI je ujedno i protokol za povezivanje ATM komutatora (trunking), usmjeravanje i signalizaciju u ATM mreiama. Protokolu PNNI prethodio je usmjerivaEki protokol IISP (Interim Inter-switch Signaling Protocol), koriSten u ATM komutatorima koji moraju podriati komutirane veze (Switched Virtual Connection - SVC), a ne podriavaju protokol PNNI. Javno suEelje NNI (Public NNI) namijenjeno je medusobnom povezivanju ATM komutatora unutar javne mreie jednog operatora, odnosno pruiatelja usluge. Iako postoji evidentna razlika u podruEju primjene suEelja PNNI i javnog suEelja NNI, na javnom suCelju NNI takoder se koristi protokol PNNI. Standardizacija javnog suEelja NNI je pod ingerencijom organizacije ITU-T. Medutim, s obzirom da je ITU-T kasnio s donoSenjem konkretnog standarda za to suEelje, proizvodaEi opreme prihvatili su PNNI kao zamjenu za javni NNI. Na taj naEin je ATM Forum postao dominantna organizacija u procesu standardizacijejavne ATM mreie.

SuCelje B-ICI ATM Forum je tijekom 1995. i 1996. godine definirao standarde Sirokopojasnog suEelja narnijenjenog medusobnom povezivanju ATM mreia razliEitih operatora (B-ISDN Inter Carrier Interface - B-ICI). Osnovni cilj primjene suEelja B-ICI je omoguCiti krajnjim korisnicima koriStenje usluga s kraja na kraj mreie, i to na transparentan naEin, neovisno o putu kojim Ce se njihove informacije transferirati kroz mreie razliEitih operatora. Specifikacija suEelja B-ICI temelji se na protokolima B-ISUP (Broadband ISDN User Part) i MTP Level 3 (Message Transfer Part). Najnovija inaEica ovog suEelja je B-ICI 2.1.

SuCelje AlNl ATM Forum je 1999. godine objavio prvu specifikaciju medumreinog ATM suEelja (ATM Inter-Network Interface - AINI). SuEelje AINI primarno je namijenjeno medusobnom povezivanju ATM mreia koje interno koriste medusobno razliEite signalizacijske protokole (na primjer, jedna mreia koristi PNNI, a druga B-ISUP). AINI podjednako podriava i medudjelovanje dviju rnreia koje interno koriste protokol PNNI. Na S1. 6.7 prikazan je primjer

6. Asinkroni naEin transfera informacija

implementacije suEelja AINI u ATM mreii. Pritom mreie A, B i C mogu biti javne (carrier network) ili privatne (enterprise network).

S1. 6.7 SuEelje AINI

6.3. FiziEki sloj ATM-a Najniii sloj u referentnom protokolnom modelu ATM-a je fiziEki sloj (De Pryker [1995]). Osnovna funkcija fiziEkog sloja je prijenos ATM Celija izmedu dva entiteta ATM mreie. U smjeru predaje fiziEki sloj prikuplja ATM Celije koje dolaze sa sloja ATM i fonnira kontinuirani slijed bita koje Salje na prijenosni medij. Bitovi se prenose medijem do odrediSta informacije. FiziEki sloj na odrediStu mora razluCiti ATM Celije iz primljenog slijeda bita i predati ih sloju ATM. Dakle, fiziEki sloj pruia sloju ATM usluge slanja i prijema ATM Celija, Cime je postignuta neovisnost sloja ATM o prijenosnom mediju.

podsloj PMD

fiziEki sloj (PHY)

S1. 6.8 Struktura fiziCkog sloja ATM-a

FiziEki sloj ATM-a podijeljen je u dva podsloja: podsloj ovisan o fiziEkom mediju prijenosa (Physical Medium Dependent - PMD) i podsloj pribliiavanja prijenosu (Transmission Convergence - TC) (Sl. 6.8). PMD je izravno vezan uz prijenosni medij i prijenosnu brzinu. Osnovne funkcije koje obavlja podsloj PMD su prilagodba signala prijenosnom mediju, sinkronizacija na razini bita (bit timing) i linijsko kodiranje. Podsloj TC neovisan je o fiziEkom mediju prijenosa, a obavlja neophodne funkcije konvergencije prema fiziCkom mediju

6.3. FiziEki sloj ATM-a

prijenosa. Na fiziEkom sloju ATM mreia uglavnom se koriste veC postojeCi transmisijski PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy) i SDH (Synchronous Digital Hierarchy)/SONET (Synchronous Optical Network) sustavi. Razlog tome su manji troSkovi izgradnje ATM mreia. Uvodenje novog naEina transporta Celija na fiziEkom sloju zahtijevalo bi potpunu zamjenu PDH i SDH uredaja (multipleksori, prospojnici, regeneratori) novim ATM uredajima. Izgradnja takvih ATM mreia bila bi bitno skuplja, Sto bi za operatore predstavljalo neprihvatljive investicijske trogkove. Stoga je prijenos slijeda ATM Celija (cell stream) razvijen primarno za potrebe privatnih ATM mreia, iako standardi predvidaju i njegovo koriStenje na javnom suEelju UNI i na suEelju PNNI. U segrnentu privatnih ATM mreia ionako nema implementiranih PDH i SDH sustava pa uvodenje novog naEina transporta Celija ne zahtijeva dodatne troSkove izgradnje takvih mreia. U postupku standardizacije fiziEkog sloja ATM-a tri su organizacije dale dominantan doprinos: ANSI (American National Standards Institute), ITU-T i ATM Forum (Ginsburg [1999]). Pregled prijenosnih sustava koji se koriste u javnim i privatnim ATM mreiama prikazan je tablicom (Tablica 6.2). Tablica 6.2 Pregled standarda na fiziEkom sloju ATM mreia PDH javne ATM mreie

DSl, E l , J2, E2, E3, DS3, E4 ,544 Mbiffs i m2,048 Mbitls (Inverse Multiplexing for ATM - IMA)

privatne A-TM mreie

ne koristi se

SDHISONET STS-ll

STM-1, STS-3c, OC-3c, STM-4, STS-12c, OC-l2c, STM-16, STS-48c, OC-48c

STM-1, STS-3c, OC-3c, STM-4, STS-12c, OC-12c, STS-1 (12,96 Mbiffs, 25,92 Mbiffs, 51,84 Mbiffs)

prijenos slijeda Celija 622,080 Mbiffs i 2488,32 Mbiffs

155,520 Mbiffs, 622,080 Mbiffs, 2488,32 Mbiffs i standard ATM25

Pored suEelja navedenih u tablici, u ATM mreiama koriste se i druga suEelja (Ginsburg 119991): ATM DXI (ATM Data Exchange Interface), FUN1 (Frame Frame Based User-to-Network Interface), UTOPIA (Universal Test & Operations Interface for ATM) i dr. ProizvodaCi mreine opreme prestali su proizvoditi mreinu opremu koja podriava suEelje TAXI (Transport Asynchronous TransmitterIReceiver) i ATM suEelje koje se temelji na standardu Fibre Channel. NajEeSCe koriSteni prijenosni medij u javnim ATM mreiama su optiCke niti, zbog manjih udaljenosti izmedu umreienih uredaja. Nasuprot tome, u privatnim se ATM mreiama CeSCe koriste i upredene parice (Twisted Pair - TP), a rjede i koaksijalni kabeli. To je omoguCeno relativno malim udaljenostima izmedu umreienih uredaja u privatnim mreiama. Izravne posljedice primjene upredenih parica su jednostavnija i jeftinija instalacija i odriavanje sustava.

6. Asinkroni naEin transfera informaciia

6.3.1. Podsloj TC Osnovne funkcije koje obavlja podsloj TC su (Handel [1998]): uskladivanje brzine prijenosa Celija (cell rate decoupling), generiranje i provjera polja HEC (Header Error Control), raspoznavanje granica Celije (cell delineation) i pakiranje Celija (cell mapping). Navedene Eetiri funkcije specifitne su za fiziCki sloj ATM-a, odnosno B-ISDNa. Ostale funkcije koje obavlja podsloj TC vezane su uz prijenosni sustav koji se koristi u podlozi.

Uskladivanje brzine prijenosa Celija Slijed Celija na prijenosnom mediju mora biti neprekinut, Sto znaEi da izmedu bilo koje dvije uzastopne Celije ne smije biti praznina. Medutim, Celije koje generira sloj ATM, zajedno s Celijama za nadzor i odriavanje koje generira fiziEki sloj, ne tvore uvijek neprekinuti slijed Celija. Stoga se na fiziCkom sloju u predajni slijed ubacuju prazne Celije (idle cells). U prijemniku je potrebno na fizitkom sloju izdvojiti prazne Celije iz primljenog slijeda kako se one ne bi prenosile na sloj ATM. Proces umetanja praznih Celija u predajnom smjeru i njihovog vadenja iz primljenog slijeda naziva se uskladivanje brzine prijenosa Celija. Prazne Celije raspoznatljive su po specifiEnom sadriaju zaglavlja. Prva tri okteta sadrie isti slijed od osam bita: 00000000, Eetvrti oktet sadrii slijed bita 00000001, a peti oktet zaglavlja je polje HEC. Svaki oktet korisniEkog polja prazne Celija sadrii bite 01 101010. Medutim, u nekim sluEajevima se uskladivanje brzine kojom sloj ATM generira Celije s prijenosnom brzinom na fiziEkom sloju odvija na sloju ATM pomoCu nedodijeljenih Celija. Preciznije, ako se na fiziEkom sloju koristi SDH sustav ili izravni prijenos Celija, tada se uskladivanje brzine kojom sloj ATM generira Celije s prijenosnom brzinom na fiziEkom sloju odvija pomoCu praznih Celija, a u sluEaju koriStenja SONET-a pomoku nedodijeljenih Celija.

Upravljanje ispravnoSCu sadrlaja zaglavlja Celije U ATM mreiarna se od pogreSaka nastalih za vrijeme prijenosa informacija (radi se o pogreSkarna koje uslijed elektromagnetskih utjecaja i smetnji nastaju na simbolima prenoSenim medijem) Stiti iskljuEivo zaglavlje Celije, dok se korisniEko polje Stiti na viSim protokolnim slojevima. Opravdanje za takvu politiku leii u Einjenici da je za brzinu rada ATM mreie najvainije da svaka Celija stigne na ispravno odredigte. Pritom ispravnost sadriaja korisniEkog polja Celije ima drugorazredni znaEaj. Zaglavlje ATM Celije Stiti s e od pogreSaka metodom nazvanom upravljanje ispravnoSCu sadrfaja zaglavlja Celije

6.3. FiziEki sloj ATM-a

(Header Error Control - HEC) (De Pryker [1995]). Odabrana kodna rijeE duljine osam bita (polje HEC, S1. 6.1) omogukuje otkrivanje viSestrukih pogreSaka i ispravljanje jednostrukih pogreSaka. Polje HEC generira se pomoCu metode CRC. Osnovno naEelo funkcioniranja metode HEC, specificirano preporukom ITU-T 1.432, prikazano je na S1. 6.9. Metoda HEC prvo je bila definirana za uporabu na suEelju UNI, a kasnije je moguCnost njenog koriStenja proSirena i na ostala suEelja ATM mreie. otkrivene pogreSke na veCem broju bita (Celija odbaEena) pogreSka nije

eSka otkrivena

otkrivena pogre~kana jednom bitu (ispravljanje pogreSke)

S1. 6.9 Otkrivanje i ispravljanje pogreSaka u zaglavlju ATM Celije

Nakon inicijalizacije prijemnika proces otkrivanja pogreSaka u zaglavlju Celija ulazi u stanje ispravljanja jednostruke pogregke bita (single bit error correction mode). To se stanje smatra osnovnim naEinom rada. Ukoliko je otkrivena jednostruka pogreSka, prijemnik je ispravlja i prelazi u stanje otkrivanja (detection mode). Ukoliko je pak otkrivena viSestruka pogreSka, tj. jednostruke pogreSke na veCem broju bita, Celija je odbaEena i prijemnik prelazi u stanje otkrivanja. U stanju otkrivanja sve Celije u kojima je otkrivena pogreSka u zaglavlju bivaju odbaEene, bilo da se radi o jednostrukoj ili viSestrukoj pogreSci. Cim prijemnik otkrije jednu deliju koja nema pogreSku u zaglavlju, proces otkrivanja pogreSaka u zaglavlju Celija vraCa se u stanje ispravljanja jednostruke pogreSke. Prikazana metoda otklanjanja pogreSaka osigurava oporavak sustava od jednostrukih pogreSaka bita, kao i malu vjerojatnost neispravnog prijema Celija s pogreSkama u zaglavlju u sluEaju kad su u prijenosu prisutne usnopljene pogreSke.

Raspoznavanje granica celija ITU-T preporukom 1.432 definiran je algoritam za raspoznavanje granica Celija (Handel [1998]), koji u prijemniku otkriva gdje poEinje prvi bit i gdje zavrSava zadnji bit svake Celije. Raspoznavanje granica Celija ne smije ovisiti o vrsti rnreinog suEelja niti o vrsti prijenosnog sustava. Mehanizam raspoznavanja granica Celije temelji se na korelaciji izmedu prva Eetiri okteta zaglavlja i polja HEC (posljednji oktet zaglavlja). Dijagram stanja procesa

6. Asinkroni naEin transfera informaciia

raspoznavanja granica Celija prikazan je na S1. 6.10, pri Eemu su HUNT, PRESYNCH i SYNCH stanja tog procesa. HUNT je poEetno stanje u kojem nema sinkronizma izmedu prijemnika i primljenog slijeda Celija, PRESYNCH je stanje predsinkronizma, a SYNCH je stanje potpune sinkroniziranosti prijemnika. Cjelobrojne konstante ALPHA i DELTA ovisne su o vrsti prij enosnog sustava.

neispravan HEC nastupio uzastopno ALPHA puta

HEC

PRESYNCH

provjera 1Celija po Celija

ispravan HEC nastupio uzastopno DELTA puta

S1. 6.10 Proces raspoznavanja granica ATM Celija

KorisniEko polje ATM Celije kodirano je u predajniku pseudosluEajnim slijedom. Na taj naEin bitno je smanjena vjerojatnost da unutar 48 okteta korisniEkog sadriaja neki slijed od osam bita bude protumaEen kao zaglavlje Celije (Lee et al. [1996]).

Pakiranje ATM Celija u SDHISONET okvire NaEela pakiranja ATM Celija u SDWSONET i PDH okvire definirana su preporukama ATM Foruma i ITU-T-a. llustracije radi, u nastavku su opisana naEela pakiranja ATM Celija u SDH STM-1 okvire (Sl. 6.11) i pakiranja ATM Celija u PDH E l okvire (Sl. 6.12). Prilikom pakiranja u STM-1 okvire, ATM Celije pakiraju se u kontejner C-4 (Container - C) kojem se dodaje zaglavlje puta (Path Overhead -POH) i na taj se naEin forrnira virtualni kontejner VC-4 (Virtual Container - VC). Prvi oktet virtualnog kontejnera VC-4 moie zapoEeti bilo gdje unutar STM-1 okvira, ne raEunajuCi polja SOH i POH. Nakon dodavanja AU-4 pokazivaEa (Administrative Unit - AU), koji oznaEava Sam poEetak virtualnog kontejnera unutar polja korisniEkog sadriaja (payload), nastaje administrativna jedinica AU-4 koja zajedno s dodanim zaglavljem dionice (Section Overhead - SOH) tvori potpuni STM-1 okvir. S obzirom da su ATM Celije veliCine 53 okteta, a podruEje u SDH okviru predvideno za smjeStaj Celija iznosi 2340 okteta, broj

6.3. FiziEki sloj ATM-a

Celija u SDH okviru ne moie biti cjelobrojan pa je dozvoljeno da ATM Celije prelaze preko granica okvira. okteta-261

9 -

oktet (STS-4c SPE ili VC-4-4c)-

SOH

ATM Celija

42 -60

okteta (C-4)-

S1. 6.1 1 Pakiranje ATM Celija u STM-1 okvire

KoliEina korisnickog sadriaja prenesenog izmedu dvaju ATM uredaja manja jr od one koja izravno proizlazi iz nominalne prijenosne brzine. Uzrok tome je Sto u STM-1 okvim ne potjeEu svi okteti od izvornog toka ATM Celija. Ako se od prijenosne brzine 155,520 Mbit/s (brzina na fiziEkom sloju) oduzme 5,760 Mbit/s, koliko otpada na oktete SOH i POH, za prijenos ATM Celija ostaje raspoloiivo 149,760 Mbitls. 1=1 okviri 1

kanal 16

kanal 0

6 E l okvir - 32 kanala

4 ATM celija

S1. 6.12 Pakiranje ATM Celija u E l okvire

Prijenosne brzine 1,544 Mbit/s (DS1) i 2,048 Mbit/s (El) Eesto se susreCu u rnreiama Sireg podmcja (Wide Area Network - WAN). Pakiranje ATM Celija u E l okvire temelji se na 32-kanalskoj strukturi E l okvira (Sl. 6.12). Nulti kanal prenosi informacije uokvirenja (framing) i informacijskog OAM toka F3, dok je kanal 16 rezerviran za prij enos signalizacije. Samo pakiranje Celija u raspoloiive dijelove E l okvira definirano je preporukom ITU-T G.804. Kanali od 1 do 15 i od 17 do 31 koriste se za prijenos ATM Celija. Nije definiran

6. Asinkroni naEin transfera informaciia

nikakav striktni odnos izmedu poCetka ATM Celije i poEetka E l okvira. Drugim rijecima, ATM Celija moie zapoEeti bilo gdje unutar dijela okvira namijenjenog prijenosu Celija (isto kao i kod DS1). Od prijenosne brzine na fiziEkom sloju (2,048 Mbit/s), za prijenos ATM Celija ostaje raspoloiivo 1,92 Mbitls.

Prijenos slijeda Celija Pored moguCnosti da se ATM Celije prenose pomoCu SDH i PDH sustava, postoji i dodatna opcija nazvana prijenos slijeda Celija (cell stream). Pojam slijeda Celija u ovom kontekstu znaEi da se na fiziEkom sloju Celije ne pakiraju u okvire drugih prijenosnih sustava, veC se prenose samostalno u kontinuiranom slijedu (Sl. 6.13) (De Pryker [1995]).

prazna Celija

sloja

sloja

prazna Celija b

S1. 6.13 Prijenos slijeda Celija

Ovo suCelje definirano je za prijenosne brzine 155,520, 622,080 i 2.488,320 Mbitls. Kako bi se izbjegli problemi kod suEeljavanja s ATM sustavima Ciji se fizieki sloj temelji na SDH sustavima, specificiran je sljedeCi naCin prijenosa Celija. U neprekinutom slijedu Celija na fiziEkom sloju najviSe 26 uzastopnih Celija smije potjecati od korisnika, a nakon njih obavezno slijedi jedna prazna Celija ili jedna Celija namijenjena djelovanju, upravljanju i odriavanju ATM mreie na fiziCkom sloju (Physical Level-OAM - PL-OAM). Kod izravnog prijenosa Celija brzinom 155,520 Mbit/s, toeno 5,76 Mbit/s otpada na prazne ili OAM Celije, Sto po iznosu u potpunosti odgovara koliCini informacije sadrianoj u SOH i POH STM-1 okvira u jedinici vremena. ATM Forum definirao je i suCelje nazvano CBlG (Cell Based 1 Gigabit) koje se takoder temelji na prijenosu slijeda Celija. Nakon 431 uzastopne ATM Celije s korisniCkim sadriajem, ubacuje se jedna F3 OAM Celija ili prazna Celija. Na taj se naEin svake sekunde s fiziEkog sloja na sloj ATM moie prenijeti najviSe 997,6851 Mbit informacije.

Sloj ATM Sloj ATM u potpunosti je neovisan o fiziCkom mediju koriStenom za prijenos ATM Celija (Handel [1998]). Sloj ATM omoguCuje transparentan transfer ATM Celija vezama koje se uspostavljaju sukladno prometnim ugovorima sklopljenim prije uspostave veza. U ATM komutatorima u korisniEkoj ravnini ATM PRM-a implementirani su samo fiziCki sloj i sloj ATM. Sloj AAL i viSi protokolni slojevi korisniEke ravnine implementiraju se u krajnjim ATM uredajima

6.4. Sloi ATM

(osobna raEunala, radne stanice, posluBitelji i dr.). Sloj ATM uglavnom je usmjeren na kreiranje Celija u predaji i na obradu zaglavlja Celija u prijemu.

Virtualni putovi i virtualni kanali

c.

Mehanizam pomoCu kojeg sloj ATM Celije razliEitih veza multipleksira na zajedniEki prijenosni medij temelji se na konceptu virtualnih puteva (Virtual Path - VP) i virtualnih kanala (Virtual Channel - VC). Virtualni put i virtualni kanal definirani su ITU-T preporukom I. 113 (Handel [1998]). WrtudGput je koncept za opis jednosmjernog prijenosa ATM Celija koje pripadaju virtualnim kanalima medusobno povezanim zajedniEkom vrijednoSCu odredenog identifikatora. Naziv tog identifikatora je oznaka virtualnog puta (Virtual Path Identifier - VPI). On je zajednicki svim Celijama koje pripadaju istom virtualnom putu. VPI je ujedno i naziv jednog od polja u zaglavlju Celije. Virtualni _ -- kana1 ___ je koncept za opis jednosmjernog prijenosa ATM Celija koje su medusobno po$ezane zajedniEkom vrijednoSCu odredenog identifikatora. Identifikator koji je zajedniEki svim ATM Celijama koje pripadaju istom virtualnom kanalu naziva se oznaka virtualnog kanala (Virtual Channel Identifier - VCI). VCI je ujedno i naziv jednog od polja u zaglavlju ATM Celije. Odnos izmedu prijenosnog puta, virtualnog puta i virtualnog kanala prikazan je na S1. 6.14.

vc prijenosni put

VC

VC

VC

S1. 6.14 Odnos izmedu prijenosnog puta, virtualnog puta i virtualnog kanala

6.4.2. Struktura zaglavlja ATM Celije Struktura zaglavlja ATM Celije ovisi o suEelju kojim se Celija prenosi (De Pryker [1995]). Jedina razlika izmedu formata zaglavlja na suEelju UNI i fonnata zaglavlja na suCelju NNI je u duljini polja VPI (Sl. 6.15). Na suEelju UNI, prvo polje u zaglavlju Celije je polje generiEkog upravljanja prometnim tokovima (Generic Flow Control - GFC), duljine 4 bita. Na suEelju NNI ta se Eetiri bita koriste kao sastavni dio indikatora VPI. Dakle, na suEelju UNI duljina VPI-a iznosi 8 bita, Sto omoguCuje jednoznatno oznaEavanje do najviSe 256 VP-a. Na suEelju NNI duljina VPI-a iznosi 12 bita, Sto pruia moguCnost

6. Asinkroni naEin transfera informaciia

jednoznaEnog oznaEavanja do najviSe 4096 VP-a. Iza polja VPI slijedi polje oznake virtualnog kanala (Virtual Channel Identifier - VCI) duljine 16 bita, Sto pruia moguCnost oznaEavanja do najviSe 65.536 virtualnih kanala. Polje VCI, kao i sva preostala polja u zaglavlju Celije, neovisno je o vrsti suEelja. ITU-T je rezervirao vrijednosti VCI-a od 0 do 16 za korigtenje u posebne svrhe (ATM Forum je za posebne namjene rezervirao vrijednosti VCI-a od 0 do 31). ATM Celije koje prenose korisnicke podatke (user data cell) ne mogu koristiti spomenute vrijednosti VCI-a. -zaglavlje

1'

I I 'GFC

VPI

1

Celije (5 okteta) VCI

PTI

4------zaalavlie VPI

U -

,

HEC

CLP

broj bita 4-4-+t--8-16+3+1

b)

L A

8

PTI

CLP

korisniEko polje

+

-

Celiie (5okteta) ,~

VCI

48 o k t e t a d

HEC

A

48 o k t e t a d korisniEko polje

broj bita + 1 2 - 1 6 U 3 + + 1 U 8 +

S1.6.15 Struktura ATM Celije na suEelju a) UNI i b) NNI

Virtualni put i virtualni kana1 vezani su uz fiziEki prikljuEak (port) na ATM uredaju. Na bilo koja dva fiziEka prikljucka na nekom ATM uredaju moguCe je definirati virtualne puteve Eije su vrijednosti VPI-a medusobno jednake. Isto vrijedi i za virtualne kanale. Dakle, na svakom fiziEkom prikljuEku moguCe je uspostaviti jedan ili viSe virtualnih puteva, odnosno kanala, a maksimalni dozvoljeni broj VP-a, odnosno VC-a po prikljuEku odreden je vrstom suEelja (UNI ili NNI) implementiranom na dotiEnom prikljutku. Polje oznake korisniEkog sadriaja Celije (Payload Type Identifier - PTI), duljine 3 bita, odreduje vrstu informacije koja se prenosi u korisniEkom polju, a moguCe ga je koristiti i u druge svrhe. Polje prioriteta pri odbacivanju Celija (Cell Loss Priority - CLP), duljine jednog bita, odreduje prioritet Celije prilikom odbacivanja u spremnicima komutatora. Kad u ATM komutatoru nastupi zaguSenje, u spremnicima zapoEinje proces odbacivanja pojedinih Celija kako bi se smanjilo zaguSenje rnreie. U toj situaciji prioritet pri odbacivanju imaju one Celije Eiji je bit CLP postavljen u jedinicu (CLP = I), dok se Celije Eiji je bit CLP postavljen u IogiEku nulu (CLP = 0) ne odbacuju sve dok spremnici nisu potpuno popunjeni delijama. Drugim rijeEima, Celije sa CLP = 0 imaju prednost u transferu u odnosu na Celije sa CLP = 1. Posljednje polje u zaglavlju ATM Celije je polje za upravljanje ispravnoSCu sadriaja zaglavlja Celije (HEC).

6.4.3. Vrste ATM Celija Na fiziEkom sloju ATM-a definirane su tri vrste Celija (Handel [1998]): prazne Celije (idle cells),

6.4. Sloi ATM

ispravne Celije (valid cells) i neispravne Celije (invalid cells). Prazne Celije opisane su u 6.3.1. One sluie iskljucivo za uskladivanje brzine prijenosa Celija. Ispravna Celija je Celija u Eijem zaglavlju u prijemu nisu otkrivene pogreSke pomoCu metode HEC, ili je u zaglavlju takve Celije otkrivena jednostruka pogreika koja je metodom HEC ujedno i ispravljena. Nadalje, neispravna Celija je Celija u Eijem su zaglavlju pomodu metode HEC otkrivene vigestruke pogreSke. Takvu Celiju prijernnik odbacuje na fiziEkom sloju. Na sloju ATM definirane su dvije vrste Celija: nedodijeljene Celije (unassigned cells) i dodijeljene Celije (assigned cells). Dodijeljene Celije pruBaju uslugu transporta informacija aplikacijama koje koriste uslugu sloja ATM. Nedodijeljena Celija je ATM Celija koja nije dodijeljena nekoj od aplikacija koje koriste uslugu sloja ATM. Nedodijeljene Celije ujedno karakteriziraju neiskoristeni dio kapaciteta linka na razini sloja ATM. Sadriaj polja VPI i VCI u zaglavlju nedodijeljenih Celija jednak je nuli, a i bit CLP postavljen je u nulu. Dodijeljene i nedodijeljene Celije u prijemu se prosljeduju s fiziEkog na sloj ATM. Paralelna uporaba praznih i nedodijeljenih Celija omoguCuje potpuno asinkroni naEin rada ATM predajnika i prijernnika.

6.4.4. Osnovne funkcije sloja ATM U smjeru predaje Celija sloj ATM je odgovoran za (De Pryker [1995]): multipleksiranje Celija (cell multiplexing) i generiranje zaglavlja Celija. U smjeru prijema informacija sloj ATM je odgovoran za: demultipleksiranje Celija (cell demultiplexing) i ekstrakciju zaglavlja iz ATM PDU-a. Prilikom slanja Celija sloj ATM multipleksira Celije koje pripadaju raznim virtualnim putevima i kanalima u jedan zajedniEki slijed Celija, kojeg predaje fiziEkom sloju na dalji transfer prema odrediitu. Sloj ATM u prijemu obavlja inverznu funkciju, tj. demultipleksiranje Celija, te iz slijeda Celija primljenog s fiziEkog sloja izdvaja Celije sukladno vezarna kojima pripadaju. Pripadnost Celije nekoj od veza odredena je sadriajem polja VPI i VCI smjeStenih u zaglavlju Celije. Prilikom ulaska u ATM komutator, odnosno u ATM prospojnik (ATM crossconnect), svaka Celija u svom zaglavlju ima upisane tzv. dolazne vrijednosti oznaka VPI i VCI. Na sloju ATM se sukladno tablicama komutiranja u komutatoru, odnosno u prospojniku, obavlja promjena

6. Asinkroni naCin transfera informaciia

dolaznih u nove, tj. odlazne vrijednosti oznaka VPI i VCI s kojima Ce Celija izadi iz komutatora, odnosno iz prospojnika. Ta se funkcija naziva translacija oznaka VPWCI. Oznaka VPUVCI oznacava par vrijednosti (VPI, VCI) koji se upisuje u zaglavlje svake ATM Celije. Komutiranje Celija izmedu razlititih 1ogiEkih linkova utemeljeno je na translaciji oznaka VPWCI. Na sloju ATM implementirano je i generiEko upravljanje prometnim tokovima na suEelju UNI. Mehanizam generiEkog upravljanja prometnim tokovima temelji se na koriStenju 4 bita koji Cine polje GFC, opisano u 6.4.2. Osnovna (default) vrijednost ovog polja je 0000. Ona oznaEava da se upravljanje prometnim tokovima ne koristi. GFC informacija se prenosi dodijeljenim Celijama ili nedodijeljenim Celijama. GFC je moguCe koristiti za ublaiavanje stanja kratkotrajnih preopterekenja mreie, i to u smjeru od korisnika prema mreii. Iako je danas taj protokol u potpunosti definiran, GFC se vrlo rijetko koristi. Funkcijski opis GFC-a dan je ITU-T preporukom I. 150. Sukladno toj preporuci, GFC je mehanizam koji pomaie u upravljanju prometnim tokovima na suEelju UNI. U krajnjim toEkama koje predstavljaju zakljuEenje sloja ATM, sloj ATM obavlja dvije vrlo vaine funkcije: generiranje zaglavlja belije (cell header generation) i ekstrakciju zaglavlja Celije (cell header extraction). U predajnom smjeru, nakon Sto primi AAL SDU duljine 48 okteta, sloj ATM mu dodaje zaglavlje (samo Eetiri okteta, peti oktet HEC dodaje se Celiji na fiziEkom sloju). U prijemnom smjeru sloj ATM svakoj Celiji uklanja zaglavlje i predaje samo 48 okteta sloju AAL. Prilikom generiranja zaglavlja Celije sloj ATM generira vrijednost oznaka VPI/VCI na temelju translacije oznake ATM-SAP-a (ATM Layer Service Access Point) u par oznaka VPWCI. ATM-SAP je toEka u kojoj sloj AAL pristupa usluzi koju mu pruia sloj ATM (Sl. 6.4). Na sliEan naCin, u prijemnom smjeru sloj ATM pretvara par oznaka VPIIVCI u oznaku SAP-a. Nadalje, sloj ATM svakoj vezi osigurava odgovarajuki razred kvalitete usluge, a slojem ATM prenose se i OAM tokovi Celija namijenjeni djelovanju, upravljanju i odriavanju ATM mreie. Te Ce funkcije biti detaljnije opisane kasnije u nastavku ovog poglavlja.

f ! NaEelo komutiranja u ATM mreiama \

1 '

Neovisno o internoj hardverskoj arhitekturi i implementiranom softveru, osnovno naCelo rada ATM komutatora moguCe je opisati opeenitom shemom prikazanom na S1. 6.16 (De Pryker [1995]). Dolazni (ulazni) linkovi (I,, ..., I,) prenose ATM Celije do ATM komutatora. U komutatoru je svaka Celija, ovisno o informaciji sadrianoj u njenom zaglavlju, komutirana (preusmjerena) na neki od odlaznih (izlaznih) linkova (0,,..., 0,). Zaglavlje u ATM Celiji na dolaznom linku, kao i Sam broj dolaznog linka, koriste se prilikom pristupa translacijskoj tablici. Translacijska tablica sadrii uredene Eetvorke (dolazni link, zaglavlje;

6.4. Sloi ATM

odlazni link, zaglavlje). Na temelju vrijednosti dolaznog linka i zaglavlja Celije upravljacki procesor ATM komutatora u translacijskoj tablici pronalazi traienb, Eetvorku, rnijenja zaglavlje Celije i usmjerava je na odgovarajuki odlazni link. U primjeru prikazanom na slici, ATM Celija koja dolazi u komutator po linku I, i ima zaglavlje y preusmjerena je na odlazni link 0, s novim zaglavljem m.

polje

-

S

1x1

-

In

t

ATM Celija

tablica

zaglavlja odlaznih ATM Celija

S1.6.16 Osnovno naEelo komutiranja u ATM mreiama

S obzirom da je ATM spojno orijentirana tehnologija transfera informacija, svakom transferu informacija od izvora do odrediSta prethodi uspostava veze na razini ATM-a. Nakon zavrSetka transfera informacija slijedi raskid veze. Drugim rijeEima, transfer informacija u ATM mreiama omoguCen je signalizacijskim procedurama. Ovakve veze, koje se ostvaruju uz pomoC signalizacije, nazivaju se komutirane virtualne veze (SVC). Prilikom koriStenja SVC-a, translacijske tablice pune se u fazi uspostave veze (poziva), a pri raskidu veze (poziva) relevantni slogovi se iz tablice briSu. Druga vrsta veza u ATM mreiama su trajne virtualne veze (Permanent Virtual Connection - PVC), kojima se upravlja pomoCu sustava mreinog upravljanja.

6.4.6. Uspostava veza pomocu VP-a i VC-a lmajuCi u vidu da se sloj ATM sastoji od dvije razine, vaino je razlikovati linkove i veze (Handel [1998]). Sukladno definiciji ITU-T-a, link ostvaren pomotru virtualnog kanala, skraCeno nazvan VC link (Virtual Channel Link VCL), je naEin jednosmjernog transfera ATM Celija izmedu toEke u kojoj je Celiji dodijeljena odredena vrijednost VCI-a i toEke u kojoj je ta vrijednost prornijenjena ili uklonjena (VCI se uklanja u krajnjim toCkama ATM veze). Na sliEan naEin, link ostvaren pomoCu virtualnog puta, skraCeno nazvan VP link (Virtual Path Link - VPL), je naEin jednosmjernog prijenosa ATM Celija izmedu toEke u kojoj je Celiji dodijeljena odredena vrijednost VPI-a i toEke u

'

6. Asinkroni naEin transfera informaciia

kojoj je ta vrijednost promijenjena ili uklonjena (VPI se uklanja u krajnjim toCkama ATM veze). UlanEani niz VC linkova naziva se vezom ostvarenom pomoCu virtualnog kanala, skraCeno nazvana VC vezom (Virtual Channel Connection - VCC). ToEna definicija VC veze je sljededa (ITU-T 1.113): "VCC je ulani-ani niz VC linkova koji se proteie izmedu dviju toEaka u kojima se pristupa sloju AAL." Na sliEan naEin, ulanEani niz VP linkova naziva se vezom ostvarenom pomoCu virtualnog puta, skraCeno nazvana VP vezom (Virtual Path Connection VPC). Definicija VP veze, sukladno preporuci ITU-T 1.113, glasi: "VPC je ulanEani niz VP linkova koji se proteie izmedu toEke u kojoj se Celijama dodjeljuje vrijednost VCI-a i toeke u kojoj se ta vrijednost mijenja ili uklanja." Svaka se VC veza moie sastojati od jednog ili vise VC linkova. Svaki je VC link ugraden u jednu VP vezu. Nadalje, VP veze obiEno se sastoje od nekoliko ulanEenih VP linkova. Svaki je VP link implementiran na nekom prijenosnom putu koji se sastoji od nekoliko digitalnih dionica. KonaEno, svaka se digitalna dionica sastoji od jedne ili vise regeneratorskih dionica koje predstavljaju najniiu razinu u hijerarhijskoj slojevitoj strukturi B-ISDN-a.

6.4.7. Transportna ATM mrela Sukladno preporuci ITU-T 1.311, referentni protokolni model B-ISDN-a podijeljen je na funkcije viSih slojeva i transportnu ATM mreiu (Sl. 6.17). funkcije viSih slojeva B-ISDN-a p p . p . . p p

7-5-

VCC

b razina virtualnog kanala

razina virtualnog puta

E

'\

prijenosni put

.,,'.,'

,I-

a P

'"b Z p :;irog

digitalna dionica

.'..

'

I

I

puta

'\

razina digitalne dionice

! t regeneratorska dionica-1 razina regeneratorske dionice

@ spojna toEka na odgovarajutoj razini

0

krajnja toEka na odgovarajubj razini

S1. 6.17 Razine transportne ATM rnreie

6.4. Sloi ATM

d

Transportna ATM mreia ima dva sloja: transpozt e funkcije sloja ATM i transportne funkcije fiziEkog sloja (Sexton et al. [1997]). Transportne funkcije sloja ATM podijeljene su u dvije razine; razina virtualnog kanala i razina virtualnog puta. Transportne funkcije fiziEkog sloja podijeljene su u tri razine: razina prijenosnog puta, razina digitalne dionice i razina regeneratorske dionice. Prijenosni put (transmission path) povezuje krajnje toEke (tj. mreine elemente) u kojima se sastavlja i rastavlja korisniEki sadriaj okvira (npr. STMN okvira). U krajnjim toEkama prijenosnog puta obavljaju se funkcije raspoznavanja granica Celija i upravljanja ispravnoSCu sadriaja zaglavlja Celija. Svaki se prijenosni put moie sastojati od nekoliko digitalnih dionica (digital section). Prijenosni put moie sadriavati jedan ili viSe virtualnih puteva, a svaki VP moie sadriavati jedan ili viSe virtualnih kanala. Digitalna dionica povezuje krajnje toEke u kojima se sastavlja i rastavlja kontinuirani slijed bita ili okteta. Regeneratorska dionica (regenerator section) je dio digitalne dionice. Ona povezuje krajnju toCku i regenerator, ili dva regeneratora medusobno. Razine fiziEkog sloja usko su povezane s nazinom prijenosa (npr. PDH ili SDH). Na primjer, ako se za prijenos Celija koristi SDH, tada prijenosni put (ATM) odgovara putu (SDH), digitalna _dionica(ATM) odgovara multipleksnoj dionici (SDH), a regeneratorska dionica (ATM) odgovara regeneratorskoj dionici (SDH).

9

6.4. . VP komutator i VC komutator '--

(

OpCenito, VCI i VPI imaju znaEenje samo na razini jednog linka. U svakoj VP, odnosno VC vezi, oznaka VPWCI mijenja se unutar svakog komutacijskog entiteta koji komutira virtualne kanale, odnosno virtualne putove (H2ndel [1998]). Komutator virtualnih putova, skradeno nazvan VP komutator (VP switch), predstavlja krajnju toEku VP linkova (Sl. 6.18). Sve virtualne kanale sadriane u nekom virtualnom putu prospojnik prenosi na izlaz i pridjeljuje ih novom, odlaznom virtualnom putu. Dakle, VP komutator u zaglavlju svake primljene Celije obavlja pretvorbu postojeCe dolazne u novu odlaznu vrijednost VPI-a, sukladno odrediStu odredene VP veze. Istovremeno, VP komutator ne rnijenja vrijednosti VCI-a u zaglavlju primljenih Celija. Drugim rijeEima, VP komutator ne utjeCe na virtualne kanale. Komutator virtualnih kanala, skraCeno nazvan VC komutator (VC switch), predstavlja krajnju toEku VC linkova, a samim time i VP linkova (Sl. 6.18). U VC komutatoru se u zaglavlju svake Celije obavlja promjena vrijednosti dolaznih VCI-a i VPI-a u nove vrijednosti odlaznih VCI-a i VPI-a, sukladno krajnjem odrediStu svake pojedine veze. Komutiranje virtualnih kanala uvijek povlaCi za sobom i preusmjeravanje virtualnih puteva. Svaki ATM komutator

6. Asinkroni naEin transfera informaciia

moie istodobno obavljati funkcije VP komutatora i VC komutatora. Uredaj koji moie obavljati iskljuCivo funkciju VP komutatora naziva se ATM prospojnik.

VC 4

VC 1 VC 2

VC 3

VC 1 VC 2

VC 1 VC 2

S1. 6.18 Komutator virtualnih putova i komutator virtualnih kanala

6.4.9. Funkcije transfera ATM Celija Definirano je pet funkcija transfera ATM Celija (Handel [1998]): generiranje Celija (paketizacijddepaketizacija), prijenos (transmisija) Celija, multipleksiranjetkoncentriranje Celija, prospajanje Celija i komutiranje Celija. Postoje dvije moguCnosti generiranja ATM Celija. Prva je moguCnost da se u BISDN terminalu sva informacija pakira u ATM Celije, i u tom sluEaju posebni uredaji za generiranje Celija u ATM rnreii nisu potrebni. Nasuprot tome, uredaji za generiranje Celija neophodni su kad god je potrebno medudjelovanje ATM rnreie i opreme bez ugradenih ATM suEelja. Pritom se u uredaju za generiranje Celija provodi pretvorba paketdokvira drugih protokola u ATM Celije. Uredaji za generiranje ATM Celija moraju provoditi i pretvorbu u suprotnom smjeru, tj. pretvorbu ATM Celija u paketelokvire drugih protokola. Otuda i naziv paketizacijddepaketizacija koji pobliie opisuje funkciju generiranja ATM 6elija. Transmisija Celija odvija se pomoCu PDH i SDH sustava ili nekim drugim standardiziranim mehanizmima prijenosa. Multipleksiranje i koncentriranje

6.4. Sloj ATM

Celija obavljaju ATM multipleksori, prospajanje Celija ATM prospojnici, a komutiranje Celija ATM komutatori.

S1. 6.19 ~ s ~ o r e d STM b a i ATM multipleksora

Multipleksor je uredaj koji sve signale koji dolaze na njegove ulazne linije prenosi zajedno na jednu izlaznu liniju (Sl. 6.19). Kod STM multipleksora prijenosna brzina na izlazu uvijek je jednaka zbroju prijenosnih brzina svih ulaza (nema koncentriranja). Medutim, u ATM multipleksoru, zbog vadenja praznih Celija iz dolaznih sljedova, prijenosna brzina izlaza manja je ili jednaka zbroju prijenosnih brzina svih ulaza. Drugim rijeEima, u ATM multipleksoru odvija se proces koncentriranja prometa na fiziEkom sloju. Stupanj koncentracije kojeg je moguCe postiCi u ATM multipleksoru ovisi o prometnim obiljeijima ulaznih prometnih tokova, te o zahtijevanoj kvaliteti usluge koja se ieli postidi. vna ATM mre

,

ATM prospojnik -

S1. 6.20 ATM prospojnik

ATM prospojnik fleksibilno preslikava dolazne parove VPWCI u odlazne parove VPYVCI, Eime omoguCuje uspostavu VP-a, odnosno VC-a kroz cijelu ATM mreiu. Prospojnik takoder koncentrira ATM promet otklanjanjem praznih Celija. Prospojnik, kao i multipleksor, obavlja neophodne OAM funkcije na fiziEkom sloju i sloju ATM. Jedna od moguCih primjena ATM prospojnika, prikazana na S1. 6.20, je odvajanje korisnickog prometa u pristupnoj mreii, pri Eemu se promet narnijenjen lokalnom komutatoru, u prospojniku razdvaja od prometa koji se Salje fiksnim smjerovima prema javnoj mreii. U pravilu, ATM prospojnici djeluju na razini komutiranja VP-a (dakle, kao VP komutatori), ali funkcija prospajanja VC-a takoder je moguCa. Za razliku od ATM komutatora koji uspostavlja i raskida veze sukladno signalizacijskom protokolu,

6. Asinkroni naEin transfera informacija

prospojnikom upravlja sustav upravljanja mreiom, kojim pak upravlja rnreini operator. Funkcije komutiranja ATM Celija obavlja uredaj nazvan ATM komutator. ATM komutator je osnovni element za izgradnju ATM mreZa, privatnih i javnih. Osnovni zadaci ATM komutatora su sljedeCi (Handel [1998]): identifikacija i analiza oznaka VPI i VCI u zaglavlju prirnljenih Celija i transfer Celija s ulaznog na izlazni prikljuEak komutatora. Put od ulaznog do izlaznog prikljuEka ATM komutatora uspostavlja se dinamiEki pomoCu signalizacije ili pomoCu sustava mreinog upravljanja. Gledano sa stajaliSta funkcionalnosti, ATM komutator je u stvari paketski komutator (packet switch). Medutim, za razliku od starijih paketskih mreia, u ATM okolini paketi su kratke Celije fiksne duljine 53 okteta, a prijenosne brzine najEeSCe se kreCu u rasponu od 155 Mbitls naviSe. Stoga ATM komutatori koriste rnasivnu paralelnu arhitekturu koja omoguCuje gigabitne i terabitne propusnosti (switching throughput), te samousmjeravanje Celija (self-routing). U ATM komutatoru vrlo se Eesto veCi broj Celija natjeEe za pristup istom izlaznom prikljuEku unutar istog vremenskog odsjeEka. Uslijed toga dolazi do sukoba izmedu Celija, pa je koriStenje spremnika (bufSer) u ATM komutatorima neophodno. Brzine komutiranja znatno su veCe od prijenosnih brzina na pojedinim prikljuEcima ATM komutatora. Uslijed toga ATM komutator ne blokira Celije u svom komutacijskom polju (switchingfabric). KaSnjenje Celija unutar komutatora, kao i gubici Celija u komutatoru, moraju biti vrlo mali.

L.

i

I

Sloj mpriIZgodava uslugu sloja ATM razini koja je potrebna viSem protokolnom sloju (npr. mreinom sloju). AAL obavlja funkcije korisniEke i upravljaEke ravnine, te ravnine upravljanja mreiom (Stallings [2000]). Osnovne funkcije sloja AAL definirane su preporukom ITU-T 1.363. Pored njih postoje i specificne funkcije koje AAL obavlja ovisno o zahtjevima viSeg protokolnog sloja. Sloj AAL Cine dva podsloja: podsloj segmentiranja i ponovnog sastavljanja protokolnih podatkovnih jedinica (Segmentation and Reassembly Sublayer - SAR), i podsloj konvergencije (Convergence Sublayer - CS) (Sl. 6.21). Osnovna namjena podsloja SAR u smjeru predaje je segmentiranje informacijskih jedinica koje dolaze s viSeg protokolnog sloja u pakete koji po veliCini odgovaraju korisniEkom polju ATM Celije. SAR u prijemu obavlja inverznu funkciju, tj . korisnitka polj a ATM Celija ponovno sastavlja u podatkovne jedinice koje Ce isporuEiti viSem protokolnom sloju. Podsloj CS podijeljen je u dva podsloja: zajednicki dio podsloja konvergencije (Common Part Convergence Sublayer - CPCS) i dio podsloja konvergencije koji ovisi o usluzi sloja AAL (Service Specific Convergence Sublayer - SSCS).

6.5. Sloj AAL

Nekim korisnicima dovoljna je usluga koju im pruia sloj ATM, i u tom se sluCaju AAL ne koristi. Podatkovne jedinice AAL SDU prenose se od jedne toeke pristupa usluzi sloja AAL (AAL-SAP) prerna jednom ili vise drugih AAL-SAP-ova u ATM rnreii. Korisnici usluge AAL-a mogu birati odredeni AAL-SAP kojem je pridruiena odgovarajuCa razina QoS-a neophodna za transfer korisniCke informacije.

4

viSi protokolni slojevi AAL-SAP

4

SSCS CPCS

cs SAR

AAL ATM PHY

S1. 6.21 Struktura sloja AAL

\/-ategorije

usluga u ATM mreiama

Kako bi se Sto vise smanjio broj potrebnih AAL protokola, ITU-T je predloiio da se usluge koje sloj AAL pruia viSim slojevima podijele u Cetiri razreda (service class): A, B, C i D (preporuka ITU-T 1.362). Na podjelu usluga u razrede utjeEu tri parametra (Handel [1998]): uskladenost takta izmedu izvora i odrediSta informacije, prijenosna brzina, i odnos usluge prema potrebi za uspostavom veze, tj. da li je usluga spojna (CO) ili nespojna (CL). Podjela usluga u razrede kasnije je napuStena i definirane su kategorije usluga koje Ce biti detaljnije opisane u nastavku poglavlja. ATM Forum definirao je svoju vlastitu podjelu usluga sloja AAL u kategorije. U dokumentu ATM Forum Traffic Management Specification 4.0, objavljenom 1996. godine, definirano je pet kategorija usluga (service category) koje sloj AAL pruia viSim protokolnim slojevima (Ginsburg 119991): usluge transfera informacija stalnom brzinom (Constant Bit Rate - CBR), usluge transfera informacija promjenjivom brzinom (Variable Bit Rate VBR)

6. Asinkroni naCin transfera informaciia -

/

usluge transfera informacija promjenjivom brzinom u stvarnom vremenu (real time-VBR - rt-VBR), - usluge transfera informacija promjenjivom brzinom koje sloj AAL ne pruia u stvarnom vremenu (non-real time-VBR - nrt-VBR), usluge transfera informacija nespecificiranom brzinom (Unspecified Bit Rate - UBR), usluge transfera informacija raspoloiivom brzinom (Available Bit Rate ABR). Navedene kategorije usluga odreduju odnos izmedu prometnih obiljeija i QoS zahtjeva s jedne strane i ponaSanja mre2e s druge strane. U standardizacijskim tijelima koja se bave problemima medudjelovanja ATM-a i drugih rnreia i usluga, ova je podjela potisnula ITU-T preporuku 1.362 u drugi plan. Prilikom pruianja CBR, VBR i ABR usluga me2a mora rezervirati potrebne resurse u fazi uspostave poziva. NaEin pridjeljivanja prijenosnih brzina pojedinim kategorijarna usluga prikazan je na S1. 6.22. Usporedba osnovnih obiljeija kategorija usluga prikazana je tablicom (Tablica 6.3). Tablica 6.3 Usporedba kategorija usluga

odna za transfer u stvarnom

ITU-T je preporukom 1.371 definirao moguknosti transfera u ATM mreii (ATM transfer capabilities). Ta nova podjela trebala bi zamijeniti onu stariju definiranu preporukom t.362. Definirane su Cetiri moguknosti transfera (Ginsburg [1999]): DBR (Deterministic Bit Rate), SBR (Statistical Bit Rate), ABT (ATM Block Transfer) - ABT-IT (ABT with Immediate Transmission), ABT-DT (ABT with Delayed Transmission), ABR (Available Bit Rate). Postoje odredene sliEnosti izmedu nekih moguknosti transfera u ATM mreii i kategorija usluga ATM Foruma. Na primjer, kategorija usluga CBR je ekvivalentna DBR-u, dok je pandan VBR-u ITU-T-ov SBR. Medutim, za

6.5. Sloj AAL

razliku od ATM Foruma, ITU-T je specifikaciju rt-SBR-a ostavio za dalje razmatranje i konaEna definicija nije dovrSena. Drugo odstupanje preporuke 1.371 od preporuka ATM Foruma glede kategorija usluga sloja AAL je UBR. Dok je ATM Forum definirao kategoriju usluga UBR, a kasnije i LBR+, ITU-T nije definirao adekvatnu mogudnost transfera. ITU-T je pak definirao jednu mogudnost transfera, nazvanu ABT, koja nema pandana u klasifikaciji usluga ATM Foruma. ATM blok je slijed Celija jedne veze koji je na svakom kraju ograniEen po jednom delijom za upravljanje mreinim resursima (Resource Management - RM). Cetvrta mogudnost transfera koju predvida ITU-T, tj. ABR, ima isto znaEenje kao i u klasifikaciji ATM Foruma. ABT i ABR oslanjaju se na povratnu informaciju o stanju mreie, koja se zatim koristi za dodjeljivanje prijenosnih brzina vezama na izvoru. KonaEno, Einjenica je da su razredi usluga koje je definirao ATM Forum naiSli na Siroku uporabu kod vedine proizvodaEa ATM opreme, dok se terminologija ITU-T-a rijetko koristi.

1

CBR

0%

t

b

S1. 6.22 NaEin koriStenja kapaciteta linka od strane razliEitih kategorija usluga

Usporedba protokola sloja AAL Na sloju AAL definirano je nekoliko protokola sloja AAL. Za svaki protokol sloja AAL definirani su specifiEni podslojevi SAR i CS. Protokol AALl opisan je preporukom ITU-T 1.363.1, AAL2 preporukom 1.363.2, -314 preporukom 1.363.3 i AAL5 preporukom 1.363.5. Pored navedenih protokola sloja AAL, postoji i tzv. AALO (to zapravo nije sluibeno koriSten naziv). AALO koristi tzv. prazne (empty) podslojeve SAR i CS. To drugim rijeEirna znaCi da u dotiCnoj situaciji, tam0 gdje je primijenjen AALO nije potrebna funkcionalnost sloja AAL, pa postoji izravno preslikavanje izmedu korisniEkog sadrgaja ATM delija

6. Asinkroni naEin transfera informacija

i podatkovnih jedinica viSeg protokolnog sloja. Medutim, ITU-T joS nije sastavio detaljan opis takve usluge. Tablica 6.4 Usporedba protokola AALl i AAL2 AAL2

AALl

CBWVBR

VBR

1 ili 2 okteta

prornjenjivi broj okteta

kagnjenje

rnalo

rnalo (rt-VBR), prosjehno (nkVBR)

gubici Celija

rnali

rnali

velika

veli ka

govorne (CES, VTOA) i video

transport kornprirniranog govora

podriane kategorije usluga protokolni pretek kojeg unosi sloj AAL

zajarnCena prijenosna brzina aplikacije u kojirna se prirnjenjuje

Tablica 6.5 Usporedba protokola AAL314 i AAL5

6.6. Upravljanje prometom u ATM mreiama Upravljanje prometom (trafic control) u ATM mreiama ima cilj maksimizirati ~Einkovitostmreie te minimizirati kaSnjenja i gubitke Celija. BuduCi da je ATM spojna komunikacijska tehnika, korisnik mora prije slanja informacija obavijestiti mreiu (tj. sve komutatore kroz koje veza prolazi) o svojim zahtjevima za kvalitetom usluge. Na osnovi te informacije mreia mora dodijeliti korisnikovom prometnom toku potrebne resurse dui cijele veze. Da bi to ostvarila, mreia mora koristiti vrlo sofisticirane mehanizme upravljanja zaguSenjem mreie (network congestion) koji trebaju osigurati njezin ispravan

6.6. Upravljanje prometom u ATM mreiama

rad. Promet u ATM mreiama moguCe je opisati pomoCu hijerarhijskog modela s trima razinama: najviSa razina je razina poziva, ispod nje je razina snopa, a najniia je razina Celije (Mc Dysan [2000]).

6.6.1. Prometni ugovor Na poCetku uspostave veze korisnik s mreiom sklapa prometni ugovor (trafic contract). Prometni ugovor u ATM mreiama zapravo je dogovor izmedu korisnika i mreie temeljem kojeg mreia jamti da Ce za cijelo vrijeme trajanja korisnikove veze podriati u ugovoru specificirani QoS, ali ako i samo ako Ce se tok korisnikovih Celija podudarati s dogovorenim skupom prometnih parametara (Mc Dysan [2000]). Prometni ugovor sastavljen je od sljedeCih komponenata: prometni opis veze (connection trafic descriptor), razred kvalitete usluge koji korisnik traii (a mreSa jamEi da Ce ga podriati) 1

moguCnosti transfera pridijeljene dotiEnoj vezi. Prometni opis veze saEinjavaju sljedeki parametri: vrSna brzina Celija (Peak Cell Rate - PCR) [Celijds], odriiva brzina Celija (Sustainable Cell Rate - SCR) [Celijds], rninimalna brzina Celija (Minimum Cell Rate - MCR) [Celijals], tolerancija snopa (Burst Tolerance - BT) [s], maksimalna duljina snopa Celija (Maximum Burst Size - MBS) [Celija] i tolerancija kolebanja kaSnjenja Celija (Cell Delay Variation Tolerance CDVT) [s]. Parametri PCR, SCR, MCR, MBS i BT saEinjavaju prometni opis izvora (source trafic descriptor). Pored navedenog, u prometni je opis veze potrebno ugraditi i definiciju podudarnosti parametara s ugovorom. Drugim rijecima, u ovom je dijelu prometnog ugovora potrebno definirati u kojim toEno sluEajevima korisnik, odnosno mreia krSi ugovor, te koje su posljedice za oboje. Korisnik u fazi uspostave veze deklarira prometni opis izvora pomoCu signalizacije. PCR i CDVT predstavljaju prometne parametre koji se obavezno zada'u u rometnom ugovoru, a ostala tri parametra su opcija.

1

Odmrs izmedu kategorija _ _-usfugpiprometng--parametara--

. ------__--Na S1. 6.23 prikazan je odnos izmedu kategorija usluga i osnovnih prometnih parametara. Detaljniji prikaz odnosa izmedu kategorija usluga i prometnih parametara dan je tablicom (Tablica 6.6). Osnovna razlika izmedu nrt-VBR i rt-VBR usluga je u tome Sto nrt-VBR promet postavlja mreii blaie zahtjeve za CDV i CTD, pri Eemu specificira -

6. Asinkroni naEin transfera informacija

samo srednju vrijednost CTD-a. Takoder, za razliku od starijeg razreda UBR, noviji UBR+ daje odredena jarnstva za MCR, i na taj nacin predstavlja alternativu ABR-u.

CBR

t

S1. 6.23 Odnos izmedu kategorija usluga i prometnih parametara

Tablica 6.6 Odnos izmedu kategorija usluga i prometnih parametara

ZnaCenje kratica u tablici je sljedeCe: spec. - prometni parametar je specificiran za doticnu uslugu, nije spec. - prometni parametar nije specificiran za doticnu uslugu, nije ras. - prometni parametar nije raspolo2iv za doticnu uslugu.

6.6.2. Parametri kvalitete usluge Parametri kvalitete usluge o kojirna korisnik pregovara s mreEom su sljedeCi (Handel [1998]):

6.6. Upravljanje prometom u ATM mreiama

gubici Celija (Cell Loss Ratio - CLR), maksimalno kaSnjenje Celija (maximum Cell Transfer Delay - max. CTD), vrSna vrijednost kolebanja kaSnjenja Celija (peak-to-peak Cell Delay Variation - peak-to-peak CDV). Ostali parametri kvalitete usluge, o kojima korisnik ne pregovara s mreiom, su sljedeCi: broj Celija u jedinici vremena koje su zbog pogreSaka u zaglavlju isporuEene na krivo odrediSte (Cell Misinsertion Rate - CMR), omjer broja Celija isporueenih s pogreSkama prema ukupnom broju Celija isporuEenih na odredeno odrediSte (Cell Error Ratio - CER), i omjer broja blokova ATM Celija duljine N Celija unutar kojih je M ili viSe Celija primljeno s pogreSkom prerna ukupnom broju primljenih blokova ATM Celija na nekom odrediStu (Severely Errored Cell Block Ratio SECBR). Za razliku od prometnih parametara koji odreduju izvor informacija, parametri kvalitete usluge odnose se na mreiu i mjere se u prijernniku. Algoritam GCRA (Generic Cell Rate Algorithm) definiran je preporukom ITU-T 1.371, te preporukom ATM Forum Traffic Management 4.0. GCRA se koristi kako bi se pomoCu njega definirala podudarnost korisniEkih prometnih tokova s vrijednostima prometnih parametara specificiranim u prometnom ugovoru, i to na javnom i privatnom suEelju UNI (Tanenbaum [1996]).

6.6.3. KaSnjenje u ATM mrerama U mreii u kojoj se ATM koristi s kraja na kraj, korisniEka se informacija pakira u Celije u terminalu na izvoru informacije i depaketizira u terminalu na odredigtu (Sl. 6.24) (De Pryker [1995]). usluga u stvarnorn vrernenu

usluga u stvarnorn vrernenu I

4

S1. 6.24 KaSnjenje u mreii u kojoj se ATM koristi s kraja na kraj

U mjeSovitoj mreii (Sl. 6.25), sastavljenoj od ATM mreZa i mreia drugih vrsta (non-ATM), dio rnreie prilikom transfera korisniEkih informacija koristi ATM

6. Asinkroni naEin transfera informacija

Celije, a ostatak koristi okvire mreia drugih vrsta (npr. STM-N okvire). Ukupnom kaSnjenju u mreii pridonose sljededi Cimbenici. KaSnjenje u prijenosu (Transmission Delay - TD) ovisi o udaljenosti izmedu krajnjih toEaka. Varira izmedu 4 i 5 ps po kilometru. Ovo je kaSnjenje neovisno o naEinu prijenosa (PDH, SDH i dr.), veC ovisi sarno o prijenosnom mediju. Paketizacijsko kaSnjenje (Packetization Delay - PD) javlja se svaki put kad se podaci koje generira usluga u stvarnom vremenu (npr. govor ili video) pretvaraju u ATM Celije. U Eistoj ATM mreii paketizacija se odvija na izvoru, a u mjeSovitoj mreii i na granici izmedu ATM mreie i mreie neke druge vrste. Informacija se prije pakiranja u Celije privremeno memorira u spremnicima (bufer). Vrijeme koje informacija Eeka u spremniku ovisi o brzini kojom se informacija generira. Na primjer, prilikom pakiranja govorne usluge brzine 64 kbitls paketizacijsko kaSnjenje iznosi (48 x 8)/64000 = 0,006 s (toliko je vremena potrebno da se napuni jedna ATM Celija pod pretpostavkom da se svih 48 okteta njenog korisniEkog polja koristi za transfer govorne informacije). Ako se radi o transferu dvostruko sporije informacije, na primjer, govora brzine 32 kbit/s, tada je paketizacijsko kaSnjenje dvostruko veCe i iznosi 12 ms. usluga u stvarnom vremenu

I

usluga u stvarnom vremenu

4

S1. 6.25 KaSnjenje u rnreii koja koristi kombinaciju ATM-a i STM-a

Komutacijsko kaSnjenje (Switching Delay - SD) sastoji se od fiksnog dijela (Fixed Delay - FD) i promjenjivog dijela nazvanog kaSnjenje u repovima Eekanja (Queueing Delay - QD). FD je ovisan o hardverskoj izvedbi komutatora, a uzrokuje ga interni transport Celija kroz hardver komutatora. To je zapravo kaSnjenje koje se javlja prilikom transfera Celija kroz komutator koji je prometno neoptereCen (zero load). Iznos FD-a u modernim hardverskim arhitekturama je vrlo rnalen. QD se mijenja ovisno o opterebenju mreie, a odreden je razdiobom duljine repa Eekanja, tj. pripadajuCom funkcijom gustoCe vjerojatnosti. QD je po iznosu veCi od FD-a. Depaketizacijsko kaSnjenje (Depacketization Delay - DD) u Eistoj ATM mreii nastaje na odrediStu, a u mjeSovitoj mreZi na granici ATM rnreie i mreie druge vrste.

6.6. U~ravlianieprometom u ATM mreiama

Kolebanje kagnjenja Celija Depaketizacijsko kaSnjenje mogude je promatrati kao funkciju koja se implementira u tenninalu, a sluii za izgladivanje kolebanja kasnjenja Celija (delay jitter) koja nastaju uslijed transfera Celija kroz ATM mreiu (De Pryker [1995]). Spore usluge nisu poieljne u ATM okolini, pa se pri transportu govora ATM mreiom nikakva painja ne poklanja saiimanju (kompresiji) govora (za razliku od npr. transporta govora protokolom IP). Prilikom transfera ATM mreiom, Celije prolaze kroz komutatore u kojima provode manje ili vise vremena u repovima Eekanja. Vrijeme koje pojedina Celija provede u spremnicima u komutaciji mijenja se s vremenom u ovisnosti o opteretenju mreie. U idealnoj situaciji, kad ne bi morale Eekati u spremnicima u komutatorima, sve bi Celije neke veze stigle na odrediSte medusobno jednako razmaknute i zakaSnjele za isti iznos u odnosu na trenutak njihova slanja na izvoru. Medutim, u praksi to gotovo nikad nije sluEaj. Neke Celije provode vise, a neke manje vremena u spremnicima, pa su i njihova kaSnjenja razliEita. Uslijed toga se javlja kolebanje kaSnjenja Celija (Cell Delay Variation - CDV) koje predstavlja ozbiljnu smetnju u transportu usluga u stvarnom vremenu (Sl. 6.26). Maksimalni iznos CDV-a (peak-to-peak CDV) koji je mogude tolerirati ovisi o vrsti usluge. U telefoniji iznosi 2 ms, a u videokonferenciji 50 ms. slijed Celija na izvoru

slijed Celija na odrediltu otekivano kalnjenje

_ +

s anje o k w e

-

povetano __+ kagnjenje

S1. 6.26 Kolebanje kaSnjenja Celija

6.6.4. Metode upravljanja prometom u ATM mre2ama Sukladno preporuci ITU-T 1.371 osnovna uloga upravljanja prometom u BISDN-u je zaStita mreie i korisnika kako bi oboje postigli unaprijed definirane ciljane mreine performanse, s posebnim naglaskom na parametre CLR, CTD i CDV. U osnovi se upravljanje prometom odnosi na skup akcija koje poduzima mreia kako bi izbjegla pojavu zagugenja. OpCenito, zaguSenje u mreii moie nastupiti uslijed nepredvidivih statistiEkih fluktuacija prometnih tokova ili uslijed neispravnih stanja u mreii, Sto u ATM mreii moie dovesti do prevelikog gubitka Celija ili neprihvatljivih kaSnjenja i kolebanja kaSnjenja prilikom transfera Celija s kraja na kraj mreie. Dodatni zadatak upravljanja prometom je postizanje optimalne iskorigtenosti mreinih resursa s ciljem ostvarenja realne utinkovitosti mreie.

6. Asinkroni naEin transfera informacija

Upravljanje prometom u ATM mreiama detaljno je opisano preporukom ATM Forum Traffic Management 4.0, objavljenom 1996. godine. U toj su preporuci definirani arhitektura usluga koje ATM mreia pruia korisnicima, kvaliteta usluge na sloju ATM, prometni ugovor, kao i funkcije i procedure upravljanja prometom. Kasnije je, tijekom 1999, ATM Forum objavio novu inaEicu, Traffic Management 4.1, koja sadrii neke manje izmjene. Jedna od najvainijih je uvodenje nove kategorije usluga u ATM mreiama, nazvane GFR (Guaranteed Frame Rate), koja je namijenjena podrSci korisniEkim uslugama koje se ne pruiaju u stvarnom vremenu. Dizajnirana je za aplikacije koje mogu zahtijevati jamstvo od strane mreie za minimalnu prijenosnu brzinu, a mogu dodatno koristiti i raspoloiivi dio kapaciteta linka koji se dinamiEki mijenja ovisno o stanju mreie. Specifikacija Traffic Management 4.1 naknadno je nadopunjena dvjema specifikacijama, objavljenim 2000. godine. Jedna od njih odnosi se na kategoriju usluga nazvanu differentiated UBR. Usluge koje se pruiaju LTBR vezama moguCe je razlikovati (differentiate) na naEin da se svakoj takvoj vezi pridruii tzv. razred ponaSanja (behaviuor class) specifican za odredenu mreiu. Razred ponaSanja oznaEen je parametrom BCS (Behaviour Class Selector). Razred ponaSanja moguCe je pridruiiti i pojedinim mreinim resursima. Mehanizmi upravljanja prometom u ATM mreiama su sljedeki: generiEko upravljanje prometnim tokovima (GFC), upravljanje mreinim resursima pomoCu VP-a, upravljanje prihvakanjem veze (Connection Admission Control - CAC), upravljanje parametrima veze (Usage Parameter ControVNetwork Parameter Control - UPC/NPC), upravljanje prioritetom prometnih tokova (priority control) - prioritet po gubicima Celija (cell loss priority), - prioritet po kaSnjenju Celija (delay priority) i - prioritet po pojedinim vezama (individual connection priority), oblikovanje prometa (trafic shaping), upravljanje zaguSenjem (congestion control) i upravljanje mreinim resursima (resource management).

6.7. Signalizacija, usmjeravanje i adresiranje ATM je spojno orijentirana tehnologija transfera informacija i stoga zahtijeva koriStenje signalizacijskog protokola koji omoguCuje uspostavu, odriavanje i raskid veza. PozivajuCi i pozvani korisnik moraju medusobno, pa tako i s mreiom, dogovoriti parametre bitne za vezu koja se izmedu njih uspostavlja

6.7. Signalizacija, usmjeravanje i adresiranje

(prijenosna brzina, oznake VPUVCI, QoS parametri i dr.). Ako se mreia sastoji od veCeg broja ATM komutatora, svi komutatori koji se nalaze na komunikacijskom putu izmedu krajnjih korisnika moraju medusobno dogovoriti spomenute parametre. Svi korisnici koji sudjeluju u komunikaciji, kao i sama mreia, moraju provjeriti postoje li raspoloiivi mreini resursi neophodni za uspostavu veze. U B-ISDN-u signalizacija se transportira ATM mreiom odvojeno od korisniEke informacije (tzv. out-of-band signalizacija). Taj je koncept na razini ATM mreie realiziran tako da se za transfer signalizacije koriste posebni virtualni kanali koji su logiEki odvojeni od kanala koji transferiraju korisniEke informacije. Signalizacija u B-ISDN-u sliCna je konceptu signalizacije po zajedniEkom kanalu (Common Channel Signaling - CCS) koja se koristi u uskopojasnom ISDN-u. Kanal D se u osnovnom pristupu N-ISDN-u koristi za prijenos signalizacije, a istim je kanalom moguCe prenositi i korisniEke informacije u sluEaju kad nema signalizacijske informacije. Kanal D zajedno s kanalima B Eini kanalsku strukturu koja predstavlja temelj sinkronog naEina transfera informacija u N-ISDN-u. Signalizacijska se informacija kanalom D prenosi paketski, Sto predstavlja bitnu razliku u odnosu na stariji naEin prijenosa signalizacije nazvan signalizacijom pridijeljenom korisniekom kanalu (Channel Associated Signaling - CAS), koji je koriSten u prvirn PDH sustavima (novije inaCice PDH sustava takoder koriste CCS). Signalizacija u B-ISDN-u takoder se prenosi paketski, tj. pomoCu posebnih ATM Celija, dakle jednako kao i u NISDN-u. Osnovna razlika izmedu B-ISDN signalizacije i CCS-a je u tome Sto se u B-ISDN-u, odnosno ATM-u, signalizacijska informacija prenosi virtualnim kanalom, a ne nekim fiksnim TDM kanalom kao u N-ISDN-u. Takoder, signalizacijski virtualni kana1 ne moEe biti koriSten za prijenos korisnickih infonnacija. Signalizacija u ATM rnreiama usko je vezana uz vrstu ATM suEelja (Onvural et al. [1997]). Za potrebe signalizacije izmedu krajnjeg korisnika i ATM mreie koriste se funkcije suEelja UNI (signalizacija odredena preporukom ATM Forum UNI Signaling 4.0), kao i pripadni UNI protokoli. Temeljna ITU-T preporuka namijenjena signalizaciji na suCelju ATM UNI je Q.2931. B-ISDN signalizacija mora podjednako podriavati ISDN aplikacije koje koriste prijenosnu brzinu 64 kbit/s, kao i nove Sirokopojasne usluge. To znaEi da postojeCe signalizacijske ISDN funkcije (definirane u ITU-T Q.931, 1993.) moraju biti uMjuEene u skup signalizacijskih moguCnosti B-ISDN-a. Signalizacijski protokol namijenjen suEelju ATM NNI opisan je preporukama ITU-T Q.2761 do Q.2764. Taj je protokol temeljen na definiciji signalizacijskog protokola I S W (ISDN User Part) koriStenog u N-ISDN-u, pa je sukladno tome nazvan B-ISLTP. Medutim, u praksi se signalizacija izmedu ATM komutatora u privatnoj mreii temelji na koriStenju suEelja PNNI, dok je u javnoj domeni temeljena na suceljima PNNI, B-ICI ili A N .

6. Asinkroni naEin transfera informaciia

6.7.1. Sloj SAAL Signalizacijski prilagodbeni sloj ATM-a (Signaling ATM Adaptation Layer SAAL) koristi se na suCeljima UNI i NNI, a namijenjen je prilagodbi viSih signalizacijskih protokola ATM rnreii (Handel [1998]). Osnovna je uloga SAAL-a da preko sloja ATM osigura pouzdan transfer Q.2931 poruka izmedu ravnopravnih Q.2931 entiteta (npr. izmedu ATM komutatora i raCunala). Sloj SAAL Cine dva dijela (Sl. 6.27): zajedniEki (Common Part - CP) i dio ovisan o usluzi (Service Specific Part - SSP). Q.2931 ili B-ISUP

za UNI I

za N N I

t

SSCOP

SAAL

CPCS

I

SAR

I

I

ATM

Sl. 6.27 Sloj SAAL ZajedniEki dio sastavljen je od podslojeva SAR i CPCS. Protokol podsloja CP AAL omoguCuje transfer informacija i pruia mehanizam za otkrivanje neispravnih SDU-a. Iako su i AAL314 i AAL5 pogodni za primjenu na razini CP-a, ITU-T se opredijelio za koriStenje protokola AAL5 zbog njegove jednostavnosti i malog protokolnog preteka. AAL314 pruia bolje performanse u sluEaju kratkih poruka (jedna do tri Celije) i u uvjetima velike vjerojatnosti gubitka Celija. Protokol CP AAL5 opisan je ITU-T preporukama 1.363 i 1.363.5. s u k l j e NNI signalizacijska mreia signalizacijska mreia terneljena na STM-u terneljena na ATM-u

suEelje UNI signalizacija od toEke do toEke

signalizacija od toEke prerna veQrn broju toEaka

Q.2931

Q.2931

fiziEki sloj

fiziEki sloj

MS - Meta-signaling

0-ISUP MTP-3

fiziEki sloj MTP - Message Transfer Part

S1. 6.28 Protokolna arhitektura B-ISDN signalizacije SSP je podijeljen u dva dijela: koordinacijska funkcija ovisna o usluzi (Service Specific Coordination Function - SSCF) i spojni protokol ovisan o usluzi (Service Specific Connection Oriented Protocol - SSCOP). U oba se sluCaja

6.7. Signalizacija, usmjeravanje i adresiranje

pojam usluge odnosi na uslugu koju ATM mreia pruia viSim protokolnim slojevima. Protokol SSCOP, definiran ITU-T preporukom Q.2110, narnijenjen je uspostavi i raskidanju veza, kao i pouzdanoj razmjeni signalizacijske informacije izmedu signalizacijskih entiteta. SSCF, narnijenjen podriavanju protokola 4.2931 na suEelju UNI, definiran je ITU-T preporukom 4.2130. Primjena podsloja SAAL u signalizaciji na suEeljima LNI i NNI prikazana je na Sl. 6.28.

6.7.2. Signalizacija na suCelju ATM UNI Koncept virtualnih kanala u ATM rnreiama omoguCuje odvajanje signalizacijskih od korisnickih kanala (Onvural et al. [1997]). Stoga se signalizacijske poruke u B-ISDN-u prenose posebnim signalizacijskim virtualnim kanalima (Signaling Virtual Channel - SVC) (S1. 6.29). signalizacijski VC VPI:O/VCI:5

signalizacijski VC VPI:ONCI:5

ATM komutator

S1. 6.29 Signalizacija fiksnim virtualnim kanalom Signalizacijske poruke izmedu korisnika i ATM komutatora prenose se pomoCu posebnih signalizacijskih Celija. Signalizacijska veza je dvosmjerna. To znaEi da se izmedu korisnika i ATM komutatora uspostavljaju dva VC-a, jedan po kojem se signalizacijske poruke prenose od korisnika prema komutatoru, i drugi po kojem se signalizacijske poruke prenose od komutatora prema korisniku. Postoje dva naCina definiranja signalizacijskog VC-a: unaprijed definirani VC s fiksnim oznakama VPWCI, i

-

virtualni kanal definiran meta-signalizacijskim sustavom. U prvom sluEaju, osim u iznirnnim situacijarna, za potrebe signalizacije koriste se oznake VPI=O/VCI=5 (u literaturi se CeSCe koristi naCin oznaEavanja vrijednosti oznaka VPWCI u obliku VPI:O/VCI:5). Signalizacijski kanal ima fiksnu prijenosnu brzinu i moie se koristiti samo za potrebe signalizacije. Sustav meta-signalizacije koristi se za uspostavu signalizacijskih kanala. Kod primjene meta-signalizacijskog sustava signalizacijski se kanal, kao i njegova prijenosna brzina, definiraju po potrebi. Na svakom suEelju moie biti definiran samo jedan meta-signalizacijski virtualni kanal (Meta-signaling Virtual Channel - MSVC). MSVC je trajno uspostavljen i na svakom se suEelju uvijek

6. Asinkroni naEin transfera informaciia

uspostavlja par MSVC-a kako bi bila omoguCena dvosmjerna razmjena metasignalizacijskih informacija. Meta-signalizacijski protokol definiran je preporukom ITU-T 4.2120. Meta-signalizacija koristi se samo na suEelju UNI.

6.7.3. Vrste veza u ATM mreZama U ATM mreiarna definirane su tri osnovne vrste veza (Handel [1998]): trajne veze (permanent connections), polutrajne veze (semi-permanent connections) i veze koje se uspostavljaju na zahtjev (on-demand connections). Trajne veze uvijek se koriste za istu svrhu, npr. signalizacija ili mreino upravljanje na suEelju ILMI (Integrated Local Management Interface). Trajne veze ne uspostavljaju se signalizacijskim procedurama niti im se mijenjaju dodijeljene vrijednosti oznaka VPWCI. Polutrajne veze uspostavlja operator mreie na zahtjev korisnika (zahtjev se obiEno podnosi u pismenom obliku). Za polutrajne veze koristi se naziv trajna virtualna veza (PVC) Eija se uspostava temelji na konfiguriranju pomoCu sustava mreinog upravljanja. Takve veze nakon isteka dogovorenog vremena raskida sama mreia ili ih ruEno ukida operater. Nadalje, postoje dvije vrste PVC-a, PVCC (Permanent Virtual Channel Connection) i PVPC (Permanent Virtual Path Connection). Obje vrste PVC-a mogu podriati veze od toCke do toeke (point-to-point) i veze od toEke prema veCem broju toEaka (point-to-multipoint). Veze na zahtjev uspostavljaju se pomoCu signalizacijskog protokola na inicijativu pozivajuCeg korisnika. Za veze uspostavljene na zahtjev koristi se naziv komutirana virtualna veza (SVC) Eija se uspostava temelji na signalizaciji u stvarnom vremenu. Nadalje, postoje dvije vrste SVC-a; SVCC (Switched Virtual Channel Connection) i SVPC (Switched Virtual Path Connection). Obje vrste SVC-a mogu podriati veze od toEke do toEke (point-to-point) i veze od toCke prema veCem broju toEaka (point-to-multipoint).

Soft PVC U ATM mreiama ponekad se koriste i veze nazvane soft PVC koje predstavljaju hibrid izmedu trajnih i komutiranih veza. Soft PVC (SPVC) po funkciji je sliEan PVC-u (Ginsburg [1999]). Postoje dvije vrste soft PVC-a, soft PVCC i soft PVPC. Na S1. 6.30 dan je primjer kreiranja soft PVC-a izmedu dvaju korisnika ATM mreie, A i B. Korisnik A (DTE A, npr. usmjerivaE s ugradenom ATM karticom) povezuje se s ATM komutatorom A pomoCu PVC-A. Soft PVC-ovi odredeni su vrijednostima oznaka VPWCI na izvoru i odredigtu, kao i ATM adresom odrediSta infonnacije. Jedan par vrijednosti oznaka VPWCI, pomoCu kojeg je odreden PVC-A, mora biti zadan na prikljuEku ATM komutatora A s kojim je korisnik A fiziEki povezan. Drugi par vrijednosti oznaka VPWCI odreduje PVC-B pomoCu kojeg je korisnik B povezan s ATM komutatorom B.

6.7. Signalizacija, usmjeravanje i adresiranje

PVC A i PVC B su dijelovi soft PVC-a koji povezuje korisnike A i B. Ostatak soft PVC-a uspostavlja se kroz ATM rnreiu pomoCu signalizacije. ostatak soft PVC-a odreden je

I

na ovim suEeljirna korisnik zadaje pararnetre PVC-a

1

S1.6.30 Kreiranje soft-PVC-a

VP tuneli (Ginsburg [1999]) koriste se kako bi omogudili medusobno povezivanje ATM komutatora kroz javne mreie koje ne podriavaju komutirane veze, tj. SVC-ove. VP tune1 na razini javne mreie koristi trajni virtualni put (PVP) kroz koji se prenosi signalizacija. Na S1. 6.31 dan je primjer povezivanja dva ATM komutatora kroz WAN.

U navedenom primjeru ATM komutatori povezani su s WAN-om pomoCu javnog suEelja UNI, a signalizacija u ATM WAN-u nije podriana. Stoga je potrebno definirati VP tune1 koji povezuje dotiEne komutatore. Postoje tri vrste VP tunela: jednostavni (simple), oblikovani (shaped) i hijerarhijski (hierarchical).

6.7.4. Slanje celija na jedno ili na veci broj odredigta U B-ISDNU-u postoji potreba za uspostavom veza koje podriavaju transport usluga poput videa, audia i multimedije. U takvim je uslugama ponekad potrebno omoguditi uspostavu poziva prema veCem broju korisnika (multiparty call). Tako uspostavljene veze ponekad zahtijevaju da se korisnici u njih dinamiEki ukljuEuju, i da se isto tako iz njih dinamiEki iskljuEuju. Neke od usluga koriste asimetricne veze kod kojih prijenosne brzine nisu jednake u oba komunikacijska smjera. ATM delije uvijek Salje jedan izvor, ali broj odrediSta na koje su poslane moie biti i vedi od jedan. Dakle, pored veza od toEke do toEke (point-to-point connections), ATM podriava i veze od toEke prema vedem

6. Asinkroni naEin transfera informacija

broju toEaka (point-to-multipoint connections). U ATM mreiama vaian je i odnos izmedu vrste veze i poziva (ATM call). ATM mreia, kao transportna podloga B-SDN-a, mora podriavati i sloiene pozive (multi-connection call) kod kojih se istovremeno uspostavlja nekoliko veza kako bi se omoguCio istovremeni transfer razliEitih vrsta informacija (npr. govora, slika i podataka). Pritom svaka veza ima definirane vlastite QoS parametre. Za vrijeme trajanja sloienog poziva mora postojati moguCnost raskidanja pojedinih veza, kao i dodavanja novih veza. Dakle, ATM mreia mora posjedovati mehanizam za medusobno koreliranje veza koje pripadaju jednom sloienom pozivu. Te korelacijske funkcije trebaju biti implementirane samo u poCetnom i krajnjem mreinom Evoru (tranzitni mreini Evorovi ne trebaju biti optereCeni takvim zadaCama). Glede broja odrediSta postoje sljedeCe vrste transfera ATM Celija: slanje Celija na jedno odrediSte (unicast), slanje Celija na veCi broj odrediSta (multicast), razaSiljanje Celija (broadcast) i slanje Celija najdostupnijem u skupini odrediSta (anycast). OpCenito, krajnji sustav koji ieli poslati paket, okvir ili Celiju svim ostalim krajnjim sustavima u nekoj komunikacijskoj mreii mora pokrenuti razaSiljanje (broadcast) informacija. RazaSiljanje ne predstavlja problem u mreiama s raspodijeljenim medijem (npr. Ethernet). U WAN-u krajnji sustav koji razaSilje podatke mora replicirati isti paket na svaki od virtualnih kanala uspostavljenih prema drugim krajnjim sustavima. ATM se nalazi izmedu ovih dvaju ekstrema. Iako ATM nema inherentnu moguCnost razaSiljanja, ATM komutatori irnaju moguCnost uspostave veza od toEke prema veCem broju toEaka. Prema tome, u ATM mreii se obavlja emulacija razaSiljanja. Primjer primjene razaSiljanja u ATM mreiama je posluiitelj razaSiljanja (Broadcast and Unknown Server BUS) u emulaciji LAN-a (LAN Emulation - LANE). SliEno kao u razagiljanju, prilikom slanja Celija na veCi broj odrediSta (multicast) jedan krajnji sustav Salje Celije svim krajnjim sustavima koji su Elanovi neke skupine. Ponekad se adresiranje za potrebe slanja na veCi broj odrediSta naziva i skupno adresiranje. Primjer slanja na veCi broj odrediSta u ATM mreii je BUS u emulaciji LAN-a (LANE) koji slanje skupini odrediSta obavlja uspostavom VC veze od toEke prema veCem broju toEaka.

6.7.5. Protokol PNNI PNNI je usmjerivatki i signalizacijski protokol. Namijenjen je ujedno i medusobnom povezivanju ATM komutatora koji podriavaju komutirane veze, a potjeEu od razliEitih proizvodaEa mreine opreme. Protokol IISP, koji je prethodio PNNI-u, bilo je moguCe primijeniti samo u malim mreiama. PNNI signalizacija podriava sve moguCnosti suEelja UNI 3.1. PNNI permanentno

6.7. Signalizacija, usmjeravanje i adresiranje

detektira stanje mreine topologije i raspoloiive mreine resurse, te Salje tu informaciju kroz cijelu mreiu mehanizmom poplavljivanja (flooding). Nadalje, PNNI automatski detektira adrese i linkove u ATM mreii. Pritom koristi unaprijed konfigurirane adrese ATM komutatora, hijerarhijsku konfiguraciju i autokonfiguraciju pomodu protokola ILMI. PNNI je dinamiEki protokol usmjeravanja u ATM mreiama (Ginsburg 119991). Pridjev dinamiEki dolazi od Einjenice da PNNI stalno uEi mreinu topologiju i informaciju o dostupnosti mreinih elemenata (reachability information), te se automatski prilagodava promjenama u mreii oglaiavanjem informacije o trenutnom stanju mreine topologije. Prilikom usmjeravanja kojeg diktira izvor, ATM komutator proracunava hijerarhijski potpune smjerove transfera informacija (route) namijenjene uspostavi veza. UsmjerivaEka informacija ugradena je u signalizacijske poruke namijenjene uspostavi poziva. PNNI odabire smjerove na temelju administrativnih teiina mreinih grana (to je za PNNI primarna metrika) i drugih QoS parametara, kao Sto su npr. CDV, maxCTD i CLR. U osnovi PNNI model mreie ima jednu razinu (flat topology), ali podriava i hijerarhijski model usmjeravanja.

6.7.6. Adresiranje u ATM mrelama U javnim ATM rnreiama koristi se plan globalne ISDN numeracije, opisan ITU-T preporukom E. 164, a kasnije doraden preporukom E. 191. Sukladno preporuci E.164, adresa mreinog uredaja u medunarodnom prometu sastoji se od najviSe 15 dekadskih znamenki (sliEno numeraciji u telefonskoj mreii). Nasuprot tome, u privatnim ATM mreiama koristi se sustav adresiranja nazvan AESA, kojeg je definirao ATM Forum. Taj se mehanizam adresiranja temelji na OSI konceptu toEke pristupa mreinim uslugama (Network Service Access Point - NSAP). NSAP je definiran preporukama OSI 8348 i ITU-T X.213. ATM NSAP razlikuje se od izvornog koncepta NSAP-a u tome Sto ATM NSAP adresa nije prava mreina adresa jer ne zavrSava na mreinom sloju modela OSI RM. NSAP adresa duljine 20 okteta sastoji se od dvaju bitno razliEitih dijelova: ATM prefiksa duljine 13 okteta kojim je odreden ATM komutator, i oznake krajnjeg sustava. ATM prefiks moie biti definiran na tri naEina: (I) nacionalno ili svjetsko administrativno tijelo dodjeljuje ga privatnoj mreii, (2) pruiatelj mreine usluge dobiva prefiks od nacionalnog ili svjetskog administrativnog tijela i dodjeljuje ga krajnjim korisnicima, i (3) mogude je koriStenje neprijavljenih prefiksa (nije ih dodijelilo nacionalno ili svjetsko administrativno tijelo), ali iskljuEivo u privatnim mreiama. Oznaku krajnjeg sustava tvore MAC (Medimu Access Control) adresa duljine 6 okteta i polje SEL (Selector), duljine jednog okteta, koje odreduje ATM uslugu (npr. LANE).

6. Asinkroni naEin transfera informacija

Struktura E. 164 adrese temelji se na globalnom planu ISDN numeracije (Handel [1998]). Prilikom povezivanja privatnih sustava s javnom mreiom samo Ce suCelja UNI koja su izravno povezana s javnom mreiom imati pridijeljene E.164 adrese. Jedan razlog tome leii u upravljanju adresama, pri Eemu velika tvrtka ieli da njeni krajnji sustavi imaju adrese dodijeljene iz jedinstvenog adresnog prostora, a drugi razlog leii u sigurnosti privatne mreie. Duljina E.164 adrese u javnom medunarodnom prometu srnije iznositi najviSe 15 dekadskih znamenki. Ako se radi o globalnoj usluzi, tada prve tri znamenke E.164 adrese predstavljaju k8d zemlje (Country Code - CC). Ako CC oznaEava neko geografsko podruEje, tada njegova duljina srnije iznositi izmedu jedne i tri znamenke. U oba se sluEaja ostatak E.164 adrese dodjeljuje na nacionalnoj razini. U njemu je sadrian nacionalni odrediSni kod (National Destination Code - NDC) i broj pretplatnika (Subscriber Number - SN). NDC u veCini sluEajeva oznaEava grad (city code) ili geografsko podruEje (area code), a SN je broj lokalne centrale (local exchange code) i krajnjeg sustava (end system identifier). Preporuka E. 191 (ITU-T, 1996.) pojaSnjava uporabu E. 164 adresa unutar ATM mreie. Ona uvodi koncept B-ISDN broja (B-ISDN Number), koji je jednak E.164 broju u javnoj mreii ili ponekad u privatnoj mreii, i B-ISDN adrese (BISDN Address), koja predstavlja kombinaciju B-IDSN broja i dodatne informacije potrebne za jednoznacno odredivanje krajnjeg sustava (Cak i ako se krajnji sustav nalazi u privatnoj mreii). Primjeri B-ISDN adrese su: (1) E.164 broj s podadresnim poljem koje sadrii AESA, ili (2) E. 164 AESA. Pretvorba adresnih formata provodi se na granici dviju mreia koje koriste razlicite mehanizme adresiranja. Na javnom suEelju UNI moraju biti podriana oba naCina adresiranja, NSAP i E. 164 (ATM Forum [1995]).

6.8. Upravljanje ATM mrelama Temeljne preporuke za upravljanje ATM mreiama su ITU-T preporuka M.3010, nazvana "NaEela telekomunikacijske upravljaEke mreie", te M.36 10 kojom je definirana primjena telekomunikacijske upravljaEke mreie (Telecommunication Management Network - TMN) u B-ISDNU-u (obje preporuke objavljene su 1996. godine) ( H i d e l [1998]). Osnovna naEela odriavanja telekomunikacijske mreie, koja su relevantna i za B-ISDN, sadriana su u ITU-T preporukama M.20 ("Filozofija odriavanja telekomunikacijskih mreia", 1992.) i M.3600 ("NaEela upravljanja ISDN mreia", 1992.). Minimalan skup funkcija potrebnih za odriavanje fiziEkog sloja i sloja ATM na suEelju korisnik-mreia opisan je ITU-T preporukom 1.610 (objavljena 1995. godine). VeCina mehanizama odriavanja definiranih za suEelje UNI koristit Ce se i na suEelju NNI. Osnovni mehanizmi koji se koriste za upravljanje ATM mreiama i za odriavanje ATM mreia su OAM funkcije i suEelje ILMI (De Pryker [1995]).

6.8. Upravljanje ATM mreiama

U dosadaSnjoj fazi razvoja ATM-a veCina standarda koje su donijele organizacije poput ITU-T i ANSI odnosila se na korisniEku i upravljaCku ravninu modela B-ISDN PRM, a procedure u ravnini upravljanja mreiom ostavljene su uglavnom za daljnji razvoj. Sukladno modelu jednostavnog protokola za upravljanje mreiom (Simple Network Management Protocol SNMP), ATM Forum je razvio privremeno suEelje lokalnog upravljanja mreiom (Interim Local Management Interface - ILMI) kao sastavni dio specifikacije UNI. Kad je razvijena poEetna specifikacija ILMI, oEekivalo se da Ce to biti samo privremeno rjeSenje mreznog upravljanja u ATM okolini. Otuda i naziv privremeno suEelje. Medutim, ATM Forum je 1996. godine odabrao to rjeSenje kao trajno i u inaEici 4.0 naziv je prornijenjen u integrirano suCelje lokalnog upravljanja mreiom (Integrated Local Management Interface - ILMI). Uzrok tome leii dijelom u Einjenici da ITU-T nije razvio vlastiti standard upravljaEkog suEelja u ATM mreiarna, a drugi je uzrok u Sirokoj rasprostranjenosti suEelja ILMI u privatnim mreiama (Pan [1998]). Osnovna svrha uvodenja ovog suEelja odredena je njegovom definicijom: suEelje ILMI treba svakom ATM uredaju (krajnji uredaji, ATM komutatori, i sl.) omoguCiti pristup do informacija o statusu i konfiguraciji koje se odnose na virtualne putove, virtualne kanale, mreine ATM prefikse, ATM adrese, usluge i mogudnosti raspoloiive na odgovarajuCim ATM suEeljima. SuEelje ILMI podjednako se primjenjuje na javnom i privatnom suEelju UNI, kao i na privatnom suEelju NNI. SuEelje ILMI, Eije se funkcije odnose na fiziEki sloj i sloj ATM odredenog ATM suEelja, u potpunosti se uklapa u cjeloviti model upravljanja ATM mreiom.

Protokol ILMl Protokol ILMI (Pan [1998]) temelji se na protokolu SNMPvl, prvoj inaEici protokola SNMP. Prilikom uspostave namjenske (dedicated) VC veze, protokol ILMI koristi osnovne vrijednosti (default) VPI:ONCI:16, a srnije koristiti i druge vrijednosti oznaka VPIIVCI (Sl. 6.32). UpravljaEke VC veze su dvosmjerne (isto kao i signalizacijske veze). SNMP AAL 5

sloj ATM (namjenski VCC - VPI:ONCI:16) fizitki

sloj

S1. 6.32 Protokolni sloiaj na suCelju ILMI Dozvoljeno je koriStenje SNMP poruka duljine do 484 okteta (o slanju duljih poruka potrebno je pregovaranje s mreiom). Brzina prijenosa ATM Celija koje

6. Asinkroni naCin transfera informaciia prenose SNMP promet trajnom VC vezom mora biti manja od jedan posto kapaciteta linka, a vrSna brzina tih Celija smije iznositi najviSe pet posto kapaciteta linka. Maksimalna veliEina snopa (Maximum Burst Size - MBS) iznosi oko 11 Celija. U barem 95 posto sluEajeva vrijeme odziva na SNMP poruku mora biti kraCe od jedne sekunde. UpravljaEka informacija koja se Salje ne smije biti starija od 30 sekundi.

6.8.2. Primjena OAM-a u ATM mrerama Djelovanje, upravljanje i odriavanje mreia (OAM) u ATM okolini definiranoje ITU-T preporukom M.60 (1993. godine): "OAM je kombinacija svih tehniEkih i odgovarajuCih administrativnih akcija, ukljuEujuCi akcije nadgledanja, Eija je namjena zadriati neki element mreie u stanju ili ga vratiti u stanje u kojem taj element moie obavljati funkciju kojoj je namijenjen." U preporuci ITU-T 1.610 definiran je odnos izmedu OAM funkcija i referentnog protokolnog modela BISDN-a. Prilikom definiranja OAM funkcija koriSten je slojeviti pristup. OAM funkcije su dodijeljene upravljanju slojevima (layer management) u ravnini upravljanja mreiom referentnog protokolnog modela B-ISDN-a (Handel [1998]). RazliEite funkcije upravljanja slojevima koreliraju s razliEitim slojevima. Sukladno ITU-T preporukama M.20 i 1.610 definirane su osnovne OAM akcije u ATM mreiarna: nadziranje mreinih performansi, otkrivanje kvarova, pruianje informacija o kvarovima i mreinim performansama, lokalizacija kvarova i zaStita sustava. Nadziranje mreinih performansi temelji se na kontinuiranom ili periodiEkom provjeravanju funkcija upravljanih mreinih entiteta. Na temelju provjere kreira se informacija o mreinim performansama. Otkrivanje pogreSnog funkcioniranja i kvarova u mreii provodi se pomoCu kontinuiranog ili periodiEkog provjeravanja mreinih entiteta. Na temelju spomenute provjere kreira se informacija o kvarovima ili se generiraju razliEiti alarmi. ZaStita sustava provodi se tako da se u sluEaju kvara upravljani entitet blokira ili se njegova funkcija prebacuje na druge entitete. IskljuEenjem neispravnog entiteta iz funkcije smanjuje se utjecaj kvara na sustav u cjelini. Informacije o kvarovima i mreZnim performansama predaju se drugim mreinim entitetima. Ako je informacija o kvaru nekog entiteta nedovoljna, provodi se lokalizacija kvara pomoCu sustava internog i eksternog testiranja entiteta u kvaru.

6.9. Medudjelovanje ATM-a s drugim mreiama i uslugama

Razine OAM-a Na svakoj razini transportne ATM mreie definirani su odgovarajuti informacijski tokovi, oznaCeni kao Fn, pri Cemu je n oznaka razine (Handel [1998]). Informacijski OAM tokovi su dvosmjemi. Ako se na fiziCkom sloju ATM mreie koristi SDH, tada se OAM tokovi F1 i F2 prenose pomoCu okteta u polju SOH STM okvira, dok se OAM tok F3 prenosi pomoCu okteta polja POH STM okvira. Medutim, ako se na fiziCkom sloju koristi prijenos slijeda Celija, tada se OAM tokovi fiziEkog sloja prenose posebnim OAM Celijama. OAM tokovi F4 i F5 uvijek se prenose posebnim Celijama. Nekom VP vezom ili VC vezom mogu se istodobno prenositi dvije vrste informacijskih tokova F4 i F5. Jednu vrstu Cine tokovi s kraja na kraj (end-to-end), namijenjeni komunikaciji koja omoguCuje funkcioniranje VPC-a, odnosno VCC-a s kraja na kraj mreie. Druga vrsta tokova F4 i F5 odnosi se na informacijske OAM tokove po segmentima veze. Segment je dio VPC-a ili VCC-a kojim obiCno upravlja jedan mreini operator. KoristeCi informacijske tokove po segmentima, mreini operator moie nadzirati i djelovati na VP i VC veze u podruCju vlastite nadleinosti.

6.9.

Medudjelovanje ATM-a s drugim mrezarna i uslugama

Definirana su dva naCina medudjelovanja ATM-a s drugim komunikacijskim sustavima (Handel [1998]): medudjelovanje mreia (network interworking), i medudjelovanje usluga (service interworking). Medudjelovanje mreia omoguCuje transparentni transport usluga koje nisu ATM tipa (non-ATM services) kroz temeljnu ATM mreiu. Medudjelovanje ATM-a i krajnjih sustava sa specifiCnom uslugom omoguCeno je primjenom funkcije medudjelovanja (Interworking Function - IWF). IWF se kao softverska aplikacija implementira u uredajima na rubu ATM mreie. U IWF-u se prilikom slanja Celija obavlja pakiranje PDU-a protokola specifitnog za odredenu vrstu usluge (Service Specific Protocol - SSP) u korisniCki sadriaj ATM Celija. Prilikom prijema Celija, IWF raspakirava korisniCki sadriaj Celija i fonnira SSP PDU. Primjeri protokola SSP su Frame Relay, X.25 i SMDS (Switched Multimegabit Data Services). Medudjelovanje usluga preslikava sve usluge koje nisu ATM tipa u ATM okolinu. Medudjelovanje usluga je znatno ~Einkovitijeod medudjelovanja mreia, iako i sloienije za realizaciju. Za razliku od medudjelovanja mreia, medudjelovanje usluga omoguCuje uspostavu veza izmedu DTE-a dizajniranih

6. Asinkroni naEin transfera informaciia

za podrSku razliEitim vrstama usluga (npr. izmedu DTE-a koji podriava Frame Relay i DTE-a koji podriava ATM).

Sukladno preporuci ITU-T 1.211, usluge u B-ISDNU-u moguCe je podijeliti u dvije osnovne skupine (Handel [1998]): interaktivne: - konverzacijske, - slanje poruka (messaging), i - usluge dohvakanja sadrzaja (retreival services), distribucijske: - usluge s moguCnoSku korisniekog upravljanja, i usluge bez moguCnosti upravljanja od strane korisnika. Medutim, od samog poEetka koriStenja ATM tehnologije korisnicima nije moguCe ponuditi puni skup B-ISDN usluga, i to iz nekoliko razloga. Prvo, veCina predvidenih usluga nije u potpunosti definirana. Drugo, potrebno je kreirati primjenjivi podskup rnreinih usluga koje su privlaCne korisnicima. Te usluge moraju u sebi sadriavati i postojeCe aplikacije. Usluge ponudene u ATM mreiama prikazane su na S1. 6.33.

IP, IPX, Apple Talk, i dr.

CLIPoA, MPOA, LANE, MPLS, PPP i dr.

v

I

t

7 F

7

AAL 314, AAL 5

l

o

j

I

t

ATM

: SDHISONET, PDH, WDM, DWDM, dark fiber, beiiini prijenos, satelitski linkovi

I

S1. 6.33 Vrste usluga u ATM mreiama

ZnaEenja skrakenica koriStenih na S1.6.33 su sljedeka: IP - Internet Protocol, IPX - Internet Packet Exchange, CLIPoA - Classical IP over ATM, MPOA Multi-Protocol over ATM, MPLS - Multiprotocol Label Switching, PPP -

6.9. Medudielovanie ATM-a s druaim mreiama i uslugama

Point-to-point Protocol, WDM - Wavelength Division Multiplexing, DWDM Dense WDM, MPEG - Motion Picture Experts Group i M-JPEG - Motion Join Photographic Experts Group.

Komutacija Celija Osnovnu uslugu ATM mreie, tj. komutaciju Celija, Eine transport i usmjeravanje Celija (Sl. 6.34). U sluEaju koriStenja ove jednostavne usluge mreia ne mora znati niSta o aplikaciji koju krajnji korisnici koriste na temelju veze uspostavljene s kraja na kraj ATM mreie. Komutaciju Celija moguCe je koristiti za transport podataka, govora, slike, videa, ili kombiniranih usluga, kao s'to je npr. multimedija (De Pryker [1995]). JoS jedna usluga koju je potrebno inicijalno ponuditi korisnicima ATM mreie je usluga zakupa kanala stalne prijenosne brzine (leased line sewice). Prijenosna brzina u takvim kanalima tipitno iznosi 1,512 ili 34/45 Mbitls, a ostvaruje se pomoCu usluge emulacije kanala (Circuit Emulation Service - CES). CES se ujedno naziva i ATM trunking, a koristi se i kao podrSka uskopojasnim uslugama (Handel [ 19981). slojevi

slojevi

S1. 6.34 Usluga komutacije Celija

Ostale usluge koje ATM mrefa prufa korisnicima Od ostalih usluga potrebno je istaknuti prvenstveno transport govora ATM mreiom. Takav se koncept naziva VoATM (Voice over ATM) i joS danas se Eesto koristi u javnim ATM mreiama (Minoli et al. [1998]). MoguCe ga je realizirati pomoCu protokola AAL1, AAL2 ili pomoCu koncepta VTOA (Voice and Telephony over ATM), koji se oslanja na koriStenje protokola AAL5. ATM se danas Eesto koristi i za transfer FR okvira, koji je moguCe realizirati pomoCu koncepta medudjelovanja ATM i FR mreie na razini mreia ili na razini usluga. BeiiEni ATM (Wireless ATM - WATM) takoder je zanimljiv koncept koji se koristi u izvornom obliku ili se kreiraju novi naEini beiiEnog transfera informacija (npr. HiperLAN) koji koriste transportne mehanizme preuzete iz ATM mreia (Ginsburg [1999]). Uporaba ATM-a je od posebnog znaEaja za realizaciju Sirokopojasne pristupne radiomreie (Broadband Radio Access Network - BRAN). ATM se danas Eesto primjenjuje i u iiEnim pristupnim mreiama. Primjer takve primjene ATM-a je prijenos informacija asimetriEnom

6. Asinkroni naEin transfera informacija

digitalnom pretplatniEkom linijom pomoCu ATM-a (ATM over Asymmetrical Digital Subscriber Line, skraCeno ATM over ADSL). U lokalnim mreiama ATM se danas sve rjede primjenjuje. Koncepti LANE i MPOA ustuknuli su u podruEju LAN-ova pred jednostavnijom i jeftinijom tehnologijom Ethernet. Nadalje, ATM LAN-ovi, iako sve manje korigteni, predstavljaju vainu primjenu ATM-a (Sackett [1997]).

Literatura [I]

[2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [lo] [ll] [12] [13] [14]

ATM FORUM.1995. ATM User-Network Interface Specification Version 3.1. Prentice Hall, Englewood Cliffs. DE PRYKER,M. 1995. Asynchronous Transfer Mode: Solutions for Broadband ISDN. 3. izdanje, Prentice Hall, Englewood Cliffs. GINSBURG, D. 1999. ATM Solutions for Enterprise Networking. 2. izdanje, Addison-Wesley, Reading. HANDEL,R, M. N. HUBER,S. SCHRODER. 1998. ATM Networks: Concepts, Protocols, Applications. 3. izdanje, Addison-Wesley, Reading. Kos, M, A. BA~ANT. 1999. Uvod u ATM. 3. izdanje, MIPRO, Opatija. LEE,B. G, M. KANG,J. LEE. 1996. Broadband Telecommunications Technology. Artech House, Boston. MC DYSAN,D. 2000. QoS & TrafJic Management in IP & ATM Networks. McGraw-Hill, New York. MINOLI,D, E. MINOLI.1998. Delivering Voice over Frame Relay and ATM. John Wiley & Sons, New York. R. 0 , R. CHERUKURI. 1997. Signaling in ATM Networks. ONVURAL, Artech House, Boston. PAN,H. 1998. SNMP-Based ATM Network Management. Artech House, Boston. SACKETT, G. C, C. Y. METZ. 1997. ATM Multiprotocol Networking. McGraw-Hill, New York. SEXTON, M, A. REID. 1997. Broadband Networking: ATM, SDH and SONET. Artech House, Boston. STALLINGS, W. 2000. Data and Computer Communications. 6. izdanje, Prentice Hall, Upper Saddle River. TANENBAUM, A. W. 1996. Computer Networks. 3. izdanje, Prenitce Hall, Upper Saddle River.

Maja MatijaSeviC, Gordan Gledec

1

' 7 . nternet '--

Internet je svjetska mreia medusobno povezanih (pod)mr$ia koja, korigtenjem internetskih protokola, omoguCuje komunikaciju i pristup raznim uslugama putem raEunala. Primjeri popularnih internetskih usluga su transfer datoteka (file transfer), pristup udaljenom raEunalu (remote login), imeniEke usluge (directory services), mreine novosti (news), elektroniEka poSta (e-mail) i World Wide Web. Najvainiji internetski protokol je Internet Protocol (IP), koji sluii kao osnovni mehanizam dostave podatkovnih jedinica za sve ostale protokole. Protokol IP pruia datagramsku, odnosno nespojnu (connectionless) mreinu uslugu. Mreina povezanost temelji se na naEelu komutacije paketa, pri Eemu se paketski komutatori u Internetu nazivaju usmjeriteljima (router). Glavni zadatak usmjeritelja je "prebacivanje" IP datagrama sljedeCem usmjeritelju na putu prema odrediStu, Sto ukljuCuje odabir sljedeCeg usmjeritelja i odlaznog suEelja po kojem Ce se datagram proslijediti.

-

Povrh osnovne mreine povezivosti temeljene na IP-u gradi se cjelokupna internetska arhitektura, na koju se Sam naziv Internet odnosi u Sirem, opCenitijem srnislu. Internetska arhitektura naziva se joS i TCP/IP arhitektura, prema dvama najvainijim protokolima, transportnom protokolu Transmission Control Protocol (TCP) i veC spomenutom IP-u.

7.l)lnternetska sloiaj

arhitektura i protokolarni I

Internetska arhitektura nasljednica je arhitekture ARPANET-a (Cerf i Kahn [ 1974]), istraiivacke mreie razvijane 1970-tih godina pod pokrovitelj stvom Ministarstva obrane SAD-a. Internetsku arhitekturu opisujemo pomoku referentnog modela. Referentni model pruia apstraktni pogled na mreinu arhitekturu, koristeki slojeviti prikaz kod kojeg svaki sloj koristi usluge niiih i pruia usluge viSim slojevima. U

7. Internet

, ranijim poglavljima opisan je sedmoslojni model Open System Interconnection Reference Model (OSIRM). Za opis internetske arhitekture, koristi se internetski (ili TCP/IP) model, koji je na S1. 7.1 pokazan u usporedbi s veC poznatim modelom OSI RM. OSI RM

aplikacijski sloj I

I

transportni sloj

sloj podatkovnog linka

1

fizi&i sloj

I I transportni sloj I I rnreini sloj I I sloj pristupa rnreii I

I 1

fiziEki sloj

I

S1. 7.1 Internetska arhitektura

Model internetske arhitekture takoder slijedi naEelo slojevitosti, ali se razlikuje po broju slojeva i, slijedom toga, po smjeStaju pojedinih funkcija po slojevima. Internetska arhitektura je podijeljena u Cetiri sloja: sloj pristupa mediju, mreini sloj, transportnisloj, aplikacijski sloj. FiziCki sloj, kao "nulti" sloj, moie se temeljiti na bilo kojem standardu; internetska arhitektura ga pretpostavlja, ali ga posebno ne obraduje. Iako internetska arhitektura pokriva iste funkcije kao OSI RM, preslikavanje funkcija po slojevima modela nije uvijek jedan-na-jedan i u literaturi se mogu naCi razne podjele. Jedna od uobiEajenih smjeSta sloj podatkovnog linka u sloj pristupa mediju u internetskoj arhitekturi, dok se treCi i Eetvrti sloj OSI RM-a pribliino poklapaju s mreinim i transportnim slojevima u internetskoj arhitekturi. Sve funkcije iznad transportnog sloja u OSI RM-u, u internetskoj arhitekturi su uglavnom u nadleinosti aplikacijskog, a manjim dijelom transportnog sloja. Najvainiji internetski protokoli, detaljnije obradeni u ovom poglavlju, te njihov smjeStaj u referentnom modelu pokazani su na S1. 7.2 (Braden [1989]). Sloj pristupa mediju nije predmet daljnjeg razmatranja u ovom poglavlju. Drugi sloj internetskog modela je -sloj, E- g e s u osnovne funkcije i ---. 7 ---. -, ---- adreu s m j e r w e . ZadaCa mreinog sloja je ostvariti nespojnu vezu izmedu mreinih m j a . Osim temeljnog mreinog protokola, IP-a, taj sloj obuhvaka kontrolne protokole i protokole usmjeravanja. Jedan od najvainijih kontrolnih protokola . 4 -

7.1. lnternetska arhitektura i protokolarni sloiaj

je Internet Control Message Protocol (ICMP), koji djeluje kada u mreii dode do neoEekivanih dogadaja, kao npr. nedohvatno ili iskljuEeno odrediSno raEunalo, pogreSno usmjeren paket i sl. Treba spomenuti i protokole koji vrSe medusobno preslikavanje izmedu P adrese i fiziEke adrese suEelja: Address Resolution Protocol (ARP) i Reverse Address Resolution Protocol (RARP). TreCi sloj internetskog modela naziva se transljortni sloj. ZadaCa mu je ostvariti potporu komunikaciji izmedu procesa, odnosno izmedu krajnjih raEunala (hostto-host), uz moguCnost otkrivanja i ispravljanja pogreSaka i upravljanja tokom, prema zahtjevima aplikacije. Najvainiji protokoli transportnog sloja su Transmission Control Protocol (TCP) i User Datagram Protocol (UDP). TCP pruia spojnu uslugu povrh nespojno orijentiranog P - a , Eime uspostavlja logii-ku vezu izmedu procesa na krajnjim raEunalima u mreii. --TCP osigurava -pouzdan transport struje okteta s kraja na kraj pomoCu mehanizama potvrde i retransmisije, uz oEuvan redoslijed datagrama i upravljanje vezom. Drugi internetski transportni protokol, UDP, ~ i nespojnu, a ~nepouzdanu transportnu - -- - .. uslugu, bez E_uv~nia_r_edoslijecJadatagrama. -___ -I

TCP

^.__

UDP

IPv4/v6

I

Ethernet, Token Ring, FDDI, ATM ...

1

~

~

p

I

S1. 7.2 Internetski protokolni sloiaj NajviSi, aplikacijski sloj internetskog modela sadrii protokole koji pruiaju uslugu korisniku. Primjeri usluga s odgovarajuCim protokolima su transfer datoteka (File Transfer Protocol), interaktivni rad na daljinu (Telnet), elektronicka poSta (Simple Mail Transfer Protocol), pregledavanje informacija (Network News Transfer Protocol, Hypertext Transfer Protocol) i upravljanje mreiom (Simple Network Management Protocol). Promatrano kroz referentni model, podaci se stvaraju na razini aplikacije i prilikom slanja i primanja prolaze kroz cijeli protokolni sloiaj. S1. 7.3 pokazuje primjer omatanja podataka i stvaranja protokolnih jedinica. Na razini aplikacije na podatke se dodaje aplikacijsko zaglavlje (APH) te se tako stvorena aplikacijska protokolna jedinica (A-PDU) predaje na obradu transportnom sloju. Na transportnom sloju dodaje se transportno zaglavlje (npr. protokola TCP), Eime se dobiva transportna protokolna jedinica (T-PDU). Na mreinom sloju

l

7. Internet

dodaje se zaglavlje protokola IP, Eime nastaje IP datagram. Na sloju pristupa mediju, datagram se smjeSta u podatkovno polje okvira sloja pristupa mediju (npr. Ethernet). Na prijamnoj strani vrSi se obrnuti postupak.

I podaci 1 APH I podaci w

A-PDU T-PDU datagram okvir

1 Ethernet

TCP

II

APH

I

I

t

podaci

' I

IP

lr

P

I TCP I APH I podaci I

I

I

1 TCP 1 APH 1 podaci

I

w

upravljaE

zzp1

S1. 7.3 Primjer omatanja podataka

Za razvoj specifikacija internetskih protokola zaduiene su radne skupine unutar tijela Internet Engineering Task Force (IETF). Sve specifikacije internetskih protokola objavljuju se u seriji dokumenata pod nazivom Requestfor Comments (RFC) i dostupne su preko Interneta. Treba napomenuti da, iako su svi internetski standardi objavljeni kao RFC dokumenti, ne vrijedi obrnuto, tj. nisu svi RFC-ovi ujedno i standardi. Oni RFC-ovi koji opisuju standarde nose i oznaku STD. Na primjer, protokol IP opisan je standardom STD 5, koji obuhvaCa RFC-ove 791, 792, 919, 922, 950 i 1112. Status pojedinog RFC dokumenta uvijek se moie naCi u v&eCem dokumentu STD 1 (Reynolds et al. [2002]).

Prije detaljnije razrade pojedinaEnih protokola, u nastavku Ce ukratko biti objaSnjeni opCi koncepti internetske arhitekture.

7.2. FiziEka i IogiEka slika lnterneta PrornatrajuCi fiziEku strukturu, Internet Cine medusobno povezane podmreie, administrativno podijeljene u autonomne sustave (Autonomous System - AS), kao na S1. 7.4. Autonomni sustav definira se kao povezani dio mreine topologije, tj. vise podmreia s jedinstvenom i jasno definiranom politikom usmjeravanja "prema van", odnosno prema ostalim autonornnim sustavima.

7.2. FiziEka i IogiEka slika lnterneta

Stoga se autonomni sustav najCeSCe nalazi pod administracijom i u vlasniStvu jednog mreinog operatora. Primjer AS-a je Hrvatska akademska i istraBivaCka mreia CARNet. U internetskoj tenninologiji, protokoli za usmjeravanje unutar AS-ova nazivaju se protokoli unutrainjeg usmjeravanja (Interior Gateway Protocol - IGP), a protokoli za usmjeravanje izmedu razliCitih AS-ova nazivaju se protokoli vanjskog usmjeravanja (Exterior Gateway Protocol - EGP).

ESI

Oznake: AS - autonomni sustav SN - podmreia IS - medusustav ES - krajnji sustav

S1. 7.4 FiziEka struktura Interneta - vise podmreia

U logiCkom smislu, unutraSnja medupovezanost mreia koje Cine Internet je nevidljiva (Sl. 7.5).

S1. 7.5 LogiEka struktura Interneta - jedna-mreia

7. Internet

Svaki krajnji sustav prikljuEen na javnu infrastrukturu Interneta moie izravno komunicirati s ostalima, tako da Internet moiemo promatrati kao jedinstvenu mreiu s velikim brojem krajnjih sustava. Moiemo primijetiti da se mreie koje saEinjavaju Internet u pravilu razlikuju po pitanjima veliEine, podruEja, namjene, kao i tehnoloSkih karakteristika medija za povezivanje krajnjih raEunala. Tako se za pristup Internetu rabe razliEiti terminali (npr. osobno raEunalo, radna stanica, pokretni telefon) i mreie (npr. LAN, beiiEni LAN, ADSL), a i unutar mreie se primjenjuju razna rjeSenja, od komutiranog telefonskog kanala do ATM-a. Dakle, iako Internet Cine mreie koje mogu biti - i u stvarnosti Eesto jesu - tehnoloSki razliEite, ono Sto Internet logiEki Eini jednom mreiom je koriitenje jedinstvenog adresnog prostora zasnovanog na IP-u. U komunikacijskom smislu, Internet stoga Eini infrastrukturu za internetske usluge, kao npr. transfer datoteka, elektroniEku poStu i World-Wide Web.

7.3. Adresiranje i usmjeravanje Adresiranje u Internetu ,specificirano je IP-om. Internetska ili IP-adresa je 32-bitni identifikator koji globalno i jednoznaEno oznacava mreino suEelje na Internetu. Tako Ce, na primjer, osobno raEunalo ili mreini uredaj s jednim rnreinim suEeljem u pravilu imati jednu IP adresu, dok Ce usmjeritelj prikljuEen na vise mreia, tj. s viSe mreinih suEelja, irnati viSe IP adresa. UobiEajeni zapis internetske adrese koristi Eetiri dekadska broja odvojena toEkama, pri Eemu svaki broj predstavlja po jedan oktet adrese (dotted decimal notation). S1. 7.6 pokazuje primjer razliEitih zapisa iste internetske adrese. binarno: dekadski:

10100001 00110101 00010011 11001001 -++-Y-Y-

161

.

53

.

19

. 201

S1.7.6 Primjer binarnog i dekadskog zapisa internetske adrese

Internetska adresa moie biti simbolieka ili numerich. Izvorno, numeriEka adresa je 32-bitna adresa u binarnom obliku koja se u veCini slueajeva predocava u dekadskom obliku (npr. 161.53.19.10), dok je simboliEka adresa uvedena kao ljudima razumljivija i lakSe pamtljiva (npr. www.camet.hr) od numeriEke. Za preslikavanje izmedu numericke i simboliEke adrese nadlezan je Domain Name System (DNS), o kojem Ce biti rijeEi neSto kasnije. Internetska adresa opCenito se dijeli u dva dijela: mreini dio adrese,

7.3. Adresiranie i usmieravanie

raEunalni dio adrese. Ovisno o broju bita odvojenih za mreini dio adrese, u ranijim danima Interneta definirano je pet klasa IP adresa: A, B, C, D i E: adrese klase A, B i C dodjeljuju se mreinim suEeljima uedaja (raEunala, usmjeritelji, ...), adrese klase D rezervirane su za viSeodrediSno razagiljanje (multicast), adrese klase E rezervirane su za buduCe potrebe. Podjela u klase IP adresa sluiila je i kao osnova za hijerarhijsko usmjeravanje u Internetu. S1.7.7 pokazuje podjelu klasa i raspone adresa.

A

< 0 NetlD 1

B

10

C

114

Klasa:

01

l6 HostlD

I

I

NetlD NetlD

I

I

31 0.0.0.0- 127.255.255.255

HostlD

128.0.0.0- 191.255.255.255

l~ostl~192.0.0.0- 223.255.255.255

1

D

224.0.0.0- 239.255.255.255

S1.7.7 Klase i rasponi IP adresa

BuduCi da adrese svih uredaja spojenih na globalni Internet moraju biti jedinstvene, dodjelu mreinog dijela adrese (NetID) nadzire Internet Assigned Numbers Authority (IANA). IANA dodjeljuje dijelove adresnog prostora regionalnim internetskim registrima (Regional Internet Registry), koji su odgovorni za dodjeljivanje adresa operatorima i korisnicima. Za regiju Europe zaduien je RCseaux IE' EuropCens Network Coordination Centre (RIPE NCC), koji povjerava Hrvatskoj akademskoj i istraiiv ckoj mreii CARNet dodjelu adresa u hrvatskoj (".hr7') internetskoj domeni.

"; I

Za razlih od mreinog dijela adrese, za dodjelt raCunalnog dijela adrese (HostID) zaduien je lokalni administrator. Treba napomenuti da su neke mreine adrese zauzete za posebne namjene (Tablica 7.1), a tri bloka adresa (Tablica 7.2) zauzeta su za privatne mreie (Reynolds [2002]). Tablica 7.1 IP adrese rezervirane za posebne namjene

Adresa

Namjena

0.0.0.x

ovo raEunalo

255.255.255.255

sva suEelja u lokalnoj mreii

127.0.0.x

lokalno suEelje (loopback)

243

7 . Internet

Tablica 7.2 IP adrese za privatne mreie

Raspon adresa

Blok adresa

10.0.0.0 - 10.255.255.255

10.0.0.018

172.16.0.0 - 172.31.255.255

172.16.0.0112

192.168.0.0 - 192.168.255.255

192.168.0.0116

Na temelju broja bita namijenjenih za identifikaciju mreie (Sl. 7.7), moie se zakljuciti da su adrese klase A prikladne za mreie s velikim brojem raEunala, dok su adrese klase C prikladne za mreie s malim brojem raEunala. Takoder, broj mreia koje se moie definirati u svakoj klasi je ograniEen - najviSe je mreia u klasi C, a najmanje u Masi A. Ta Einjenica je, kao i politika i praksa dodjele IP adresa, s vremenom stvorila probleme u administriranju IP mreia. Kao rjeSenje problem, kod promjena u lokalnoj konfiguraciji, na primjer, u sluEaju proSirenja ili reorganizacije postojeCe lokalne mreie, uvode se podmreie (subnet).

7.3.1.

Uvodenje podmrefa

Uvodenje podmreie vrSi lokalni administrator, i to tako da odredeni dio rai-unalnog dijela IP adrese prenamijeni, odnosno zauzme za identifikaciju lokalno definirane podmreie. Dio rai-unalnog dijela IP adrese koji Ce se koristiti za podmreiu odreduje se pomoCu maske podmreie (subnet mask). Na taj se naEin podjela IP adrese na mreini dio i rai-unalni dio mijenja u podjelu na tri dijela: mreini dio, podmreini dio, raEunalni dio. Na primjer, za IP adresu 161.53.19.7 i masku podmreie 255.255.255.0, primjenom logiEke operacije "i" (IP & Subnet) dobivamo adresu podmreie 161.53.19.0. Primijetimo da je uvodenje podmreia nevidljivo izvan lokalne mreie te kao takvo nema utjecaja na usmjeravanje.

7.3.2.

Besklasno usmjeravanje

Sredinom 1990-ih godina, kao pojednostavljenje usmjeravanja uvedeno je tzv. besklasno usmjeravanje, Classless Inter-Domain Routing (CIDR). CIDR

7.3. Adresiranje i usmjeravanje

mijenja stariji sustav temeljen na klasama A, B i C drugatijom interpretacijom dijelova adrese. ClDR adresa izgleda kao obiEna IF' adresa, samo Sto ima oznaku IP prefiksa, odvojenog od ostatatka adrese kosom crtom, npr. 128.211.168.0121. IP prefiks sluii kao maska za usmjeravanje, Eime se smanjuju tablice usmjeravanja i olakSava dodatna podjela adresa unutar bloka. Npr. CIDR adresa 128.211.168.0121 prilikom usmjeravanja predstavlja sve blokove adresa klase B od 128.211.168.0 do 128.211.175.255. KlasiEne klase adresa u CIDR zapisu imale bi prefikse 18 (klasa A), 116 (klasa B), I24 (klasa C). Duljina JP prefiksa odreduje koliko je jedinstvenih adresa pokriveno CIDR adresom. Na primjer, ako je IF' prefix "/12", takvom adresom moie se adresirati 212 (=4096) prijaSnjih adresa klase C.

Usmjeravanje je postupak odredivanja guta (routing) i prosljedivanja paketa (forwarding) od izvoriSnog do odrediSnog Cvora u mreii. Svaki paket (JP datagram) usmjerava se preko niza usmjeritelja i podmreia. Odluka o sljedeCem skoku donosi se na temelju odrediine ZP adrese. Ukoliko je odrediSna adresa u istoj podmreii, raEunala komuniciraju izravno (Sl. 7.9), a u suprotnom se komunikacija odvija preko usmjeritelja (Sl. 7.10). Treba napomenuti da nC mreinom sloju nema uspostave veze s kraja na kraj, tj. svaki se d a t a g r s usmjerava neovisno o ostalima.

I

Aplikacija

Ethernet

1

-!?~l-ikaGkki

f(

Apli kacija

protokol

--P!~!o~s!Ethernet

4

Ethernet

I

4

fiziEki medij

S1. 7.9 Komunikacija dvaju raEunala u istoj lokalnoj mreii

7. Internet

S1. 7.10 prikazuje usmjeravanje izmedu dviju lokalnih mreia, medusobno odvojenih usmjeriteljem.

Usmjeritelj ....................................................

----------------

---------------

Ethernet

S1.7.10 Komunikacija preko usmjeritelja

Primijetimo da krajnje mreie mogu biti tehnoloSki razliEite, kao npr. Ethernet i Token Ring. FiziEka izvedba mreie utjeEe na transport IP datagrama utoliko Sto ograniEava najveCu dopuStenu duljinu IP datagrama na duljinu podatkovnog polja okvira na sloju podatkovnog linka. Ta vrijednost naziva se Maximum Transmission Unit (MTU). Standardna vrijednost MTU-a za globalni Internet je 576 okteta, a druga Eesto koriStena vrijednost u lokalnim mreiama je 1500 okteta, prema Ethernet standardu. Vrijednost MTU-a za IEEE 802.3 mreie je 1492 okteta. Ukoliko se MTU-ovi mreia na suEeljima usmjeritelja koji ih spaja razlikuju, usmjeritelj dijeli datagram na m n j e dijelove, veliEine MTU, i svakom dodaje IP zaglavlje. Dijelovi IP datagrama nazivaju se fragmenti, a postupak se naziva fragmentacija. Dakle, da bi izvrSio svoj zadatak, usmjeritelj mora sadriavati izvedbu ne samo protokola usmjeravanja, nego i protokole fiziEkog sloja i sloja pristupa mediju za promatrane mreie. OpCenito, usmjeravanje se odvija preko niza usmjeritelja i podmreia. Svaki usmjeritelj pohranjuje podatke o topologiji i stanju puteva u mreii u tablici usmjeravanja. Tablica usmjeravanja stalno se mora osvjeiavati na osnovi trenutnog stanja u mreii. Razmjena podataka medu usmjeriteljima vrSi se preko protokola usmjeravanja. Na temelju podataka iz tablice usmjeravanja, usmjeritelj (nakon provjere ispravnosti dolaznog datagrama) upuCuje datagram prema sljedeCem usmjeritelju na putu prema odrediStu. Cilj usmjeravanja je

7.4. Internet Protocol

--

odabrati optimalan put, prema nekom od kriterija; npr. udaljenosti, kaSnjenju ili cijeni.

U nastavku su pojedinaEno obradeni najvainiji protokoli mreinog sloja, poEevSi od protokola IP.

nternet Protocol -Protokol IP pruia nepouzdanu, nespojnu (connectionless) uslugu dostave protokolnih podatkovnih jedinica mreinog sloja - datagrama, od izvora do odredis'ta. Vaino je primijetiti da se izvor i odredis'te mogu nalaziti u razliEitim mreiama te da put dostave datagrama opCenito moie prolaziti kroz vise razliEitih mreia. U tom sluEaju, IP Sam za sebe nije dovoljan za dostavu datagrama od izvora do odrediSta, vet za to treba podrSku ostalih protokola protokola usmjeravanja i kontrolnih protokola.

w-

Osim veC spomenute funkcije adresiranja, IP omoguCuje i specifikaciju vrste usluge, fragmentaciju i ponovno sastavljanje fragmenata, te specifikaciju posebnih moguCnosti (npr. izvorno usmjeravanje, sigurnost). IP ne sadrii funkcije za upravljanje tokom, odriavanje redoslijeda informacijskih jedinica i retransmisiju, koje bi poveCale pouzdanost, veC su te funkcije prepuStene viSim slojevima. Dakle, IP ne vodi raEuna je li datagram doSao na odrediSnu stranu ili ne, jesu li gatagrami doSli u ispravnom redoslijedu i je li neki datagram uviSestruEen. IP brine iskljucivo o "najboljoj moguCoj7' isporuci datagrama, a s pogres'kom. koristi zaStitni k6d samo za otkrivanje i odbacivanje- d

IP datagram (Sl. 7.11) sadrii IP zaglavlje i podatkovno polje.

-

.

-

-?

$-"cc

P

0

4

-

8

/

IHL

verzlja

\r

,

32 b~ta

24

I

TOS

\

ukupna dulj~nadatagrama zast.

identifikacija

TTL

l6

protokol

.2-

mjesto fragmenta zaititna suma

izvoriSna IP adresa odrediina IP adresa opcije (izborno)

podaci viieg sloja a

S1. 7.11 Format IP datagrama

punjenje

0

"<

\

7 . Internet

IP zaglavlje ima sljedeCa polja: verzija: inaEica P - a (u danaSnjim rnreiama P v ~ ) ,

ML, duljina zaglavlja: broj 32-bitnih rijeEi (od 5 do 15), TOS, vrsta usluge: oznaka kvalitete usluge traiene za datagram, duljina: broj okteta u datagramu, ukljuEujuCi zaglavlje (najviSe 65535), identifikacija: jedinstveni broj datagrama, isti za sve fragmente, zastavice: 3 bita rezervirana za oznake vezane uz fragmentiranje, mjesto fragmenta: ako se radi o fragmentu, oznaka za izracunavanje njegovog smjeStaja u fragmentiranom datagramu, TTL, vrijeme iivota: najveCi dopuSteni broj usmjeritelja kroz koje datagram moie proCi prije nego Sto bude odbaEen (na svakom usmjeritelju TTL se umanjuje za jedan), protokol: oznaka protokola viSeg sloja Eije podatke IP nosi (npr. TCP, UDP), .\,' LC 0C

zaStitna surna zaglavlja: zaStitni k6d za otkrivanje pogreSakaL , :2 ; < \ . '--LC 5 izvoriSna IP adresa: IP adresa s koje se odaSilje datagaram,

L~JJ

06

r..

"

<

9- 7 a

o

odrediSna adresa: IP adresa na koju se Salje datagram, opcije: posebne izborne moguCnosti, npr. za izvorno odredivanje puta i sigurnost, punjenje: popunjavanje zaglavlja nulama do viSekratnika od 32 bita. Nakon zaglavlja slijede podaci viSeg (transportnog) sloja.

U nastavku su ukratko obradeni kontrolni protokoli i protokoli usmjeravanja.

7.5. Ostali protokoli mrernog sloja Kontrolni protokoli Internet Control---- Message -NIP) i Lntemet Gr~upMana-geme&-&r~tocol (IGMK) smatraju se sastavnim d G l o v i m IP-a, iako koriste P kao dostavni mehanizam. ICMP sluii za dojavu pogreSaka prilikom usmjeravanja i dostave datagrama, upravljanje tokom i neke druge funkcije nadgledanja i upravljanja, dok IGMP sluii za prijavu i odjavu suCelja krajnjeg uredaja u skupinu primtelja kod viSeodrediSnog razaSiljanja. -

-

C

:

7.6. Transportni sloj

7

g Protokol razluEivanja adrese) ,,*. :,

, ,

I

-.

Protokol Address _______ Resoluti~n_P~atocol _ --(ARP) je mreino-specifiEni standardni internetski protokol koji je odgovoran za pridruiivanje fiziEke adrese odabranoj IP adresi. Primjena ARP-a je u odrediSnoj rnreii, gdje odrediSnoj IP adresi treba pridruiiti odgovarajuku fiziEku (MAC) adresu suEelja radi adresiranja, odnosno isporuke okvira. S1. 7.12 ilustrira primjenu ARP-a u lokalnoj mreii. RaEunalo A Salje datagram raEunalu D u istoj mreii. IP adresa raEunala D je 151.13.15.151. RaEunalo A u svojem ARP spremniku (cache) provjerava je li mu za odrediSno raEunalo vek upisana fiziEka adresa. Ako nije, ratunalo A poSalje opCi upit (broadcast) u lokalnoj mreii, koristeki ARP zahtjev na koji se odaziva raEunalo D s podatkom o svojoj MAC adresi.

Koje rat unalo ima lP adresu 151.13.15.151?

00: I O:5A:E lrEBrA2

S1.7.12 Primjena ARP-a

RaEunalo A zatim koristi dobivenu MAC adresu za adresiranje okvira sloja pristupa mediju i sprema je u spremnik za eventualnu buduCu uporabu unutar propisanog vremena u kojem se adresa mora osvjeziti.

7.59

Protokoli usmjeravanja

U uvodnom dijelu na poEetku ovog poglavlja spomenuta je podjela protokola usmjeravanja na protokole unutraSnjeg usmjeravanja i protokole vanjskog usmjeravanja. Protokoli unutragnjeg usmjeravanja najEeSCe u uporabi u Internetu su Routing Information Protocol (RIPv2) i Open Shortest Path First (OSPF), dok je de facto standard za vanjsko usmjeravanje Border Gateway Protocol (BGPv4). BGP koristi besldasno usmjeravanje.

7.6. Transportni sloj NajvaZniji internetski protokoli koji djeluju na transportnom sloju su Transmission Control Protocol (TCP) i User Datagram Protocol (UDP).

249

7. Internet

Transportni sloj ostvaruje potporu komunikaciji izmedu procesa, odnosno izmedu krajnjih racunala (host-to-host). Transportni protokoli opkenito imaju razliEita svojstva po pitanjima pouzdanosti, upravljanja tokom, oEuvanja redoslijeda paketa, itd., tako da izbor transportnog protokola za svaki pojedini sluEaj ovisi o potrebama aplikacije. 7

,'

1.6.1.

Transmission Control Protocol

Transmission Control Protocol pruia spojnu uslugu transporta struje okteta povrh nespojno orijentiranog IP-a, Eime uspostavlja logiEku vezu izmedu procesa na krajnjim racunalirna. TCP osigurava pouzdan transport s kraja na kraj pomoCu mehanizama potvrde i retransrnisije, uz oCuvani redoslijed struje vezom. ,., 1 . L ,, okteta i upravljanje transportnom -----=. G LogiEka veza izmedu procesa definirana je parom 16-bitnih transportnih adresa, koje se u internetskoj terminologiji nazivaju vrata (port). Na razini cijelog Interneta unaprijed su definirani brojevi tzv. dobro znanih vrata (well-known ports) za standardne internetske usluge (Reynolds [2002]). Brojevi vrata dijele se u tri skupine:

-+,, $,

I

dobro znana vrata (raspon 0-1023), registrirana vrata (raspon 1024- 4915 I), dinarniEki dodijeljena i privatna vrata (49151-65535). Dobro znana vrata koriste se za standardne internetske aplikacijske protokole, npr. vrata 25 za SMTP, vrata 21 za FTP, vrata 80 za HTTP, itd. Za dodjelu dobro znanih vrata nadleina je organizacija Internet Assigned Numbers Authority (IANA). TCP sadrii sljedeke funkcije: --

-,

4

3

A

osnovni transport podataka: dvosmjerni transport kontinuiranog niza podataka pakiranjem okteta podataka u segmente koje potom predaje protokolu rnreinog sloja; adresiranje i multipleksiranje: vise procesa na istom raEunalu moie simultano koristiti TCP uporabom dodatne adresne informacije, odnosno broja vrata (port number), koji jednoznacno odreduje IP korisnika; pouzdanost: TCP ima sposobnost oporavka od gubitaka, udvostruEenja, pogreSnog redoslijeda i pogreSke u struji okteta, jer dodjeljuje broj u nizu (sequence number) svakom oktetu koji predaje i traii da prijamna strana potvrdi ispravan prijam. PogreSna informacija mora se ponovno prenijeti;

i

7.6. Transportni sloi

upravljanje tokom: mehanizam koji onemoguCuje briem poSiljatelju "preplavljivanje" sporijeg primatelj a oktetima koje ovaj ne bi stigao obraditi; svaka potvrda popraCena je informacijom o veliCini prozora (window) koji oznaCuje koliko okteta poSiljatelj smije oda~1.11 i prije prijama * potvrde od primatelja; upravljanje vezom: logiCka veza izmedu procesa uspostavlja se uporabom posebnih statusnih podataka prije, i raskida se po obavljenoj komunikaciji; prioritet i sigumost: posebni zahtjevi koje specificiraju procesi, i to po potrebi i za pojedinaCnu vezu.

U internetskoj terminologiji TCP paket naziva se TCP segment. NajveCa dopus'tena veliEina segmenta naziva se Maximum Segment Size (MSS) i ovisi o fizickoj izvedbi rnreie, odnosno MTU umanjenoj za duljinu TCP i IP zaglavlja. Npr., za standardnu veliEinu MTU=576 okteta, MSS=576-20-20=536 okteta. TCP segment sadrii zaglavlje (Sl. 7.13) i podatke viSeg (aplikacijskog) sloja. 0

4

8

I

I

I

1zvorlSna vrata

odredlSna vrata

16

32 bita

24

Z

1

broj paketa I

broj potvrde duljlna

rezerv

upravljadk~bitow

vellElna prozora I

pokaz~vai:hitnosti

zaStltna surna zaglavlja

/

opclje (pro~zvoljno)

punjenje

podaci viSeg sloja

I

S1. 7.13 Format TCP segmenta

TCP zaglavlje sadrii sljedeCa polja: izvoriSna vrata: broj vrata procesa pos'iljatelja na izvoriSnoj strani, odrediSna vrata: broj vrata procesa prirnatelja na odredis'noj strani, broj paketa: redni broj okteta koji je prvi u promatranom paketu, broj potvrde: broj sljedeCeg okteta kojeg prirnatelj treba prirniti, duljina zaglavlja: broj 32-bitnih rijeEi sadrianih u zaglavlju, rezerv.: bitovi rezervirani za buduCe potrebe, ne koriste se,

L

7. Internet

upravljaEki bitovi: bitovi za potvrdu i upravljanje transportnom vezom, velicina prozora: najveki dopuSteni broj okteta koje predajnik smije poslati prije prijama potvrde, zaStitna suma zaglavlja: zaStitni kod za otkrivanje pogreSaka u zaglavlju, pokazivaE hitnosti: pokazivaE na poEetak hitnih podataka (urgent data) za koje se traii hitna, odnosno prioritetna obrada (npr. korisniEki prekid kod interaktivnog rada (Ctrl+C)), opcije: posebne moguCnosti, punjenje: popunjavanje zaglavlja nulama do viSekratnika od 32 bita. Nakon TCP zaglavlja slijede podaci aplikacijskog sloja. S1. 7.14 prikazuje primjer uspostave logiEke TCP veze izmedu procesa A i B, pokrenutim na raEunalima X i Y. Treba napomenuti da logiCka veza izmedu procesa nije istozna~nauspostavljenom putu. PojedinaEni paketi u istoj logiEkoj vezi mogu prolaziti kroz rnreiu razliEitim putevima buduCi da se usmjeravanje provodi preko nespojnog protokola IP.

asocijacija

priklju~niLe TCP

TCP veza

TCP

datagrami S1.7.14 Uspostava TCP veze medu procesima

Na istom raEunalu moie se pokrenuti viSe procesa, buduCi da je svaki proces jednoznacno definiran dodatnom adresnom informacijom, odnosno brojem vrata. Krajnje toeke komunikacije izmedu procesa nazivaju se prikljutnicama (socket), a veza ostvarena putem dviju prikljuEnica naziva se asocijacija. PrikljuEnica je definirana trima parametrima:

7.6. Transportni sloj

transportni protokol (npr. TCP),

IP adresa (npr. 161.53.19.10), broj vrata (npr. 80 za HTTP). S1. 7.15 prikazuje primjer s trima raEunalima, oznaEenim s A, B i C. RaEunalo A, s adresom 152.22.41.55, ima pokrenuta dva klijentska procesa. Jedan proces je Web preglednik (klijent) koji preko vrata 33553 komunicira s Web posluiiteljem na dobro znanim vratima 80 na raEunalu B (adresa 195.53.11.5). Drugi proces je transfer datoteka pokrenut na vratima broj 33522 koji vrSi slanje podataka s raCunala B na dobro znanim vratima 21. Protokoli HTTP (za Web) i FTP (za transfer datoteka) koriste TCP kao transportni protokol. Prema tome, otvorene su dvije asocijacije, definirane dvama parovima prikljuEnica: asocijacija 1: (tcp, 152.22.4.1.55, 33553) - (tcp, 195.53.11.5, 80) asocijacija 2: (tcp, 152.22.4.1.55,33522) - (tcp, 195.53.11.5, 21). raEunalo A (klijent) 152.22.41.55

S1. 7.15 Primjer s prikljuenicama

Treba napomenuti da posluiitelji asocijaciju uvijek otvaraju na istim, dobro znanim vratima, dok Mijenti za svaki proces koriste novu asocijaciju, odnosno vrata. Npr, raEunalo C otvara transfer datoteka s raEunala B na vratima 21 koristeCi asocijaciju 3: asocijacija 3: (tcp, 3.5.23.2, 22112) - (tcp, 195.53.11.5, 21).

User Datagram Protocol User Datagram Protocol (UDP) je jednostavni protokol koji pruia nespojnu, nepouzdanu uslugu transporta UDP paketa povrh IP-a. BuduCi da UDP daje

7.7. lnternetske u s l u ~ e

U izvedbi internetskih usluga se osim samog aplikacijskog protokola, koji definira sintaksu poruke i naEin razmjene poruka, koriste i odgovarajuki model usluge,format podataka, i transportni protokol (TCP ili UDP). Tablica 7.3 Internetske usluge i aplikacijski protokoli

Usluga

Aplikacijski protokol

transfer datoteka

FTP

pristup udaljenom raEunalu

Telnet

mreine novosti

NNTP

elektroniEka poSta

SMTP, POP, IMAP

globalni informacijski sustav

HTTP

imeniEka usluga

LDAP

viSekorisniEka tekstualna konverzacija

IRC

NajEeSCi model usluge je model klijent-posluiitelj. Ostali modeli, koji neCe biti detaljnije obradivani u ovom poglavlju su, na primjer, model s ravnopravnim (peer-to-peer)entitetima, model pokretnog k6da, agentski modeli, itd. /--

7.7.1.

Model klijenf$osluiitelj

U modelu klijent-posluiitelj, izvedba usluge podijeljena je izmedu procesa klijenta i posluiitelja. Komunikacija se temelji na nizu zahtjeva i odgovora, pri Eemu klijent, slanjem zahtjeva poslu3itelju, traii uslugu, a posluiitelj obraduje zahtjev i Salje rezultate obrade kao odgovor klijentu (Sl. 7.17). Vaino je primijetiti da, kako bi komunikacija u0pd.e bila moguka, klijent i posluiitelj moraju "govoriti istim jezikom", tj. koristiti standardni format podataka i komunikacijski protokol. zahtjev b

klijent

posluiitelj

4

odgovor

obrada zahtjeva

S1. 7.17 Model klijent-posluiitelj

Pojmovi klijenta i posluiitelja, kako su gore opisani, odnose se na procese, dakle, primjerke program u izvodenju. Procesi se mogu izvoditi na istom ili na odvojenim raEunalima, pri Eemu je glavna prednost upravo u mreinom radu, gdje jedan posluiitelj moie posluiivati viSe udaljenih klijenata.

7. Internet

Razlikujemo pojmove klijentskog, odnosno posluiiteljskog procesa, programa i ratunala. Program klijenta je softver koji raEunalu omoguduje da djeluje kao klijent. Proces izvodenja klijentskog programa najEeSCe pokrede korisnik. Osnovni zadaci programa klijenta su: pruia korisniEko suEelje za slanje zahtjeva posluiitelju, formatira zahtjev kako bi ga posluiitelj mogao razumjeti, formatira posluiiteljev odgovor kako bi ga korisnik mogao razumjeti. Program posluiitelj a je softver koji raEunalu omoguCuje da djeluj e kao posluiitelj . Proces izvodenja posluiitelj skog programa najEeSde se pokrede prilikom pokretanja operacijskog sustava, te se zato u internetskoj terrninologiji joS naziva i "demon" (daemon). Osnovni zadaci programa posluiitelja su: osluSkuje i prihvada zahtjev klijenta, obraduje zahtjev, odgovara na zahtjev Saljudi rezultat obrade natrag klijentu. Spomenimo joS nekoliko pojmova vezanih uz posluiitelja. Prema naEinu obrade zahtjeva, posluiitelj moie biti iterativan ili konkurentan. Iterativni posluiitelj ima samo jedan posluiiteljski proces, koji sdm redom obraduje klijentske zahtjeve, i ialje odgovore klijentima. Konkurentni posluiitelj, za razliku od iterativnog, sadrii jedan prijamni posluiiteljski proces koji prihvaCa zahtjeve i rasporeduje posao, i viSe obractujuCihposluiiteljskih procesa na koje se zahtjevi rasporeduju. Prema stanju veze, posluiitelj koji pohranjuje, odnosno ypamti" stanje veze, naziva se postojanim posluiiteljem (stateful), a u suprotnom se naziva nepostojanim (stateless).

U komunikaciji izmedu procesa klijenta i posluiitelja, logiEko pridruiivanje odredeno je asocijacijom, odnosno prikljuEnicama na strani klijenta i posluiitelja (Sl. 7.18). klijentsko raEunalo A IP adresa: 161.53.19.221

posluiiteljsko raEunalo B IP adresa: 132.153.1 1.56

klijent 5alje zahtjeve i prima odgovore

S1. 7.18 Asocijacija klijenta i posluiitelja

7.7. lnternetske usluge

UoEimo da klijent mora unaprijed znati adresu posluiiteljskog procesa (IP adresu i vrata), buduCi da je on pokretaz komunikacije. Posluiitelj ne mora unaprijed znati adresu klijenta jer Ce je saznati iz zahtjeva. Ukoliko klijent traii uslugu za koju ne postoje dobro znana vrata, klijent mora saznati broj vrata na koja treba poslati zahtjev nekako drugaEije (npr. putem registracijske usluge portmap, imeniCke usluge ili neke druge usluge koja sama znana vrata).

kqrrsndabro /

1 7.7.2. I I \

Sustav imenovanja domena

_S w raEunalo (odnosno, mreino suEelje) u javnom Internetu ima svoju jedinstvenu IP adresu. Kako je numeriEka adresa nespretna za pamkenje, numeriEkoj adresi se moie pridijeliti odgovarajuka simboliEka adresa, odnosno ime raCunala (sucelja). Imena se pridjeljuju po hijerarhijskoj shemi i prema odredenim pravilima, tako da se iz samog imena moie vidjeti kojem logiCkom skupu i administrativnoj jedinici pripada odredeno raEunalo. LogiEki skup raCunala grupiranih unutar iste administrativne jedinice naziva se domena. Ime koje jednoznaEno odreduje raEunalo u Internetu naziva se Fully Qualified Domain Name (FQDN). FQDN ima hijerarhijsku shemu: pri Eemu moie postojati viSe razina poddomena. Citano s desna na lijevo, poddomene su sve uieg i uieg opsega. Na primjer (Sl. 7.19), za raEunalo s FQDN-om www.tel.fer. hr se moie zakljutiti da ono pripada vrSnoj domeni hr, dakle Hrvatskoj, organizacijskoj poddomeni fer (Fakultet elektrotehnike i raEunarstva), sljedeCoj poddomeni tel, odnosno Zavodu za telekomunikacije, i da je ime raEunala www. Domene prve hijerarhijske razine nazivaju se v r h e ili primame domene (Top Level Domain, TLD). VrSna domena dalje se grana u poddomene. NajEeSCe se radi o oznaci tvrtke ili organizacije. Analogno tome, svaka poddomena moie imati svoje poddomene, sve do oznake samog raEunala u poddomeni. Razlikujemo dvije vrste vrSnih domena - generiEke domene (Generic TLD, gTLD) i driavne domene (Country Code TLD, ccTLD). VrSne genericke domene su: com - komercijalne tvrtke, edu - obrazovne institucije, gov - vladine institucije,

7. Internet

net - organizacije vezane uz internetske operatore, org - druge organizacije. Krajem 2000. godine kao nova podjela unutar domene .org definirano je joS sedam vrSnih generiEkih domena: .aero, .biz, .coop, .info, .museum, .name i .pro. Registraciju unutar generiEkih domena provode tvrtke akreditirane od strane Internet Corporation for Assigned Names and Numbers (ICANN). Te tvrtke djeluju kao biljeinici (registrars) registriranih imena. Popis akreditiranih biljeinika moie se naCi na Web sjediStu InterNIC-a. VrSne driavne domene su dobile nazive prema standardnim medunarodnm dvoslovnim kraticama driava u popisu IS0 3166-1. VrSna driavna domena za Hrvatsku je .hr, a njena organizacija i razvoj su povjereni Hrvatskoj akademskoj i istraiivaEkoj rnreii CARNet. n

poddomene

--_____------- --

---____---

raEunala mail tel.fer.hr pop'tel'fer'hr

www ips tel.fer.hr

S1. 7.19 Hijerarhijski organiziran sustav imenovanja raCunala

Domain Name System (DNS) vrSi medusobno pridruiivanje simboliEkih adresa raEunala, odnosno FQDN-ova, i numeriEkih IP adresa. Osnova DNS-a je hijerarhijski organizirana baza podataka raspodijeljena po posluiiteljirna na Internetu. Korijen je na vrhu hijerarhije, a izveden je u nekoliko repliciranih posluiitelja, vetinom smjeStenih u SAD-u. Postupak prevodenja simboliEke u numerich adresu unutar DNS-a naziva se razluci'vanje adrese (address resolution). S1. 7.20 pokazuje naCin rada DNS-a na primjeru zahtjeva za razluCivanje simboliEke adrese www.te1.fer. hr. Vaino je uoCiti da se razlutivanje simboliEke adrese provodi prilikom svakog poziva internetske usluge (npr. elektroniEke poSte ili WWW-a) kod kojeg korisnik u klijentskom programu rabi ime posluiitelja, a ne njegovu numerich IP adresu.

7.7. lnternetske usluae

128.9.0.107

www.tel.fer.hr? 161.53.3.7

DNS za tel.fer.hr

I

161.53.72.21

I

Upit: IP adresa za www.tel.fer.hr? Odgovor: 161.53.19.291

S1.7.20 NaEin rada DNS-a

Klijent prije uspostave komunikacije s posluiiteljem treba saznati njegovu numeriEku IP adresu. Klijent stoga prvo Salje upit lokalnom DNS posluiitelju koji provjerava ima li informaciju o traienoj IP adresi. Ako je posluiitelj ima, Salje je klijentu, koji tada moie uspostaviti komunikaciju s posluiiteljem. U suprotnom, lokalni DNS posluBitelj Salje upit dalje, vrSnom (root) posluiitelju koji mu vraka traienu IP adresu, ako je ima, ili pak IP adresu DNS posluiitelja koji je, prema njegovim podacima, nadleian za traienu adresu. Nakon poslanog upita navedenom DNS posluiitelju, ovaj mu moie opet vratiti traienu IP adresu ili IP adresu sljedekeg nadleinog DNS posluiitelja, i tako redom, dok se ne pronade traiena IP adresa (ili dok se ne iscrpe sve moguhosti, kao npr. u sluEaju nepostojeke adrese). Krajnji DNS posluiitelj Salje traienu IP adresu klijentu od kojeg krenuo zahtjev za razluEivanjem.

7.7.3.

Usluga pristupa udaljenom raCunalu

Usluga pristupa udaljenom raEunalu je standardna internetska usluga koja korisniku omogukuje interaktivni rad preko rnreie i pun0 koriStenje resursa na (udaljenom) posluiitelju u obliku kakvog bi imao kada bi koristio izravno spojeni (lokalni) terminal. Ideju ove usluge prikazuje S1. 7.21. Osnovni zahtjevi usluge pristupa udaljenom raEunalu su: transparentni pristup aplikacijama i podacima na udaljenom raEunalu, moguknost interaktivnog rada,

7. Internet a

zaStita od neovlaStenog pristupa, zaStita od prisluSkivanja ili naruSavanja komunikacije.

Kao dodatni zahtjev moie se navesti i moguC pristup drugim uslugama na udaljenom raEunalu (npr. pretraiivanje podataka, knjiinicki katalozi, e-mail i drugo). udaljeni terminali sredignje raCunalo

lokalni terminali S1. 7.21 Ideja usluge pristupa udaljenom raCunalu

Kako bi se odgovorilo na gomje zahtjeve, standardom prvenstveno treba rijeSiti prilagodbu svojstava terminala. Nuinost prilagodbe svojstava terminala proizlazi iz raznolikosti rnreine opreme. BuduCi da lokalni i udaljeni sustav mogu biti razliEiti u pogledu operacijskog sustava, datotecnog sustava i drugo, kao rjeSenje se nameCe specifikacija "standardnog tenninala", s definiranim skupom svojstava, koja Ce biti prilagodljiva vedini stvarnih terminala. Postavljanjem standardnih svojstava terminala stei-en je osnovni preduvjet za interaktivni rad. Treba, medutim, primijetiti da u interaktivnom radu mogu nastupiti drugi problerni koji ga mogu onemoguCiti (na primjer, prekid veze ili veliko kaSnjenje), a nisu rjeSivi na razini aplikacije. ZaStita od neovlaStenog pristupa, kao sljedeCi poznati problem, najEeSCe se rjeSava uvodenjem mehanizama provjere autentiEnosti korisnika, recimo, putem upisivanja korisniEkog imena i lozinke, te primjene pravila pristupa za zadanog korisnika. ZaStita od prislugkivanja ili naruSavanja komunikacije je najteii problem. ObiEno se rjeSava kriptografskom zaStitom podataka, bilo na razini aplikacije, transporta (Secure Socket Layer - SSL, Transport Layer Security - TLS), ili na mreinom sloju (sigurnom intemetskom arhitekturom, IPsec). Izvedbu usluge pristupa udaljenom rai-unalu razmotrit demo na primjeru internetskog protokola koji osigurava tu uslugu, protokola telnet. Protokol telnet propisuje standardno suEelje pomoCu kojeg klijentski program na jednom raEunalu moie pristupiti resursima drugog rai-unala - posluiitelja kao da je klijent lokalno spojen na posluiitelja. Pritom veza moie biti lokalna, putem LAN-a, ili putem WAN-a. Telnet veza se najEeSde koristi za interaktivni

7.7. lnternetske usluae

rad na udaljenom raEunalu, no moie se koristiti i za pristup drugim uslugama (npr. za pristup elektronickoj pos'ti, knjiinickim katalozima i bazama podataka), i to koris'tenjem vlastitih ili gostujukih korisniekih raEuna, s autorizacijom ili bez nje.

telnet kliient

D-

telnet posluiitelj

korisnikov term~nal

TCP veza

S1. 7.22 Ostvarivanje usluge pristupa udaljenom raEunalu telnet-om

Protokol telnet temelji se na t r i m osnovnim zamislima: 1.

umreieni virtualni terminal (Network Virtual Terminal, NVT),

2.

pregovaranje o izbornim svojstvima terminala,

3.

ravnopravnost klijenta i posluiitelja kod predlaganja izbornih svojstava.

NVT je zarnis'ljeni uredaj s osnovnom strukturom koja je zajedniEka velikom broju stvarnih terminala, i kod koje su osnovna svojstva propisana, a izborna svojstva stvar su naknadnog dogovora klijenta i posluiitelja. Prilikom uspostave veze, izmedu telnet klijenta i posluiitelja koristi se osnovni zajedniEki format, tj. format NVT-a. Naime, klijent "zna" svojstva lokalnog terminala, ali ne i udaljenog terminala. Klijent stoga pretvara svoje terminalne karakteristike u one univerzalnog "virtualnog terminala", a posluiitelj pretvara svojstva virtualnog terminala u ona kakva bi koristio lokalni terminal. Osnovna svojstva mogu se dopuniti izbornima u naknadnom procesu pregovaranja. Protokol telnet definira naEin pregovaranja o izbornim svojstvima terminala za vezu u tijeku, kao i skup standardnih izbornih svojstava. I klijent i posluiitelj mogu predloiiti koriStenje izbornih svojstava. Za transport podataka, telnet se oslanja na TCP vezu. Korisniku je postupak prilagodbe terminala nevidljiv. Korisnik pokreke klijentski program na lokalnom raEunalu, koji koris'tenjem protokola telnet omogukuje prilagodbu lokalnih svojstava na virtualni terminal i uspostavu dvosmjerne veze s udaljenim raEunalom. Nakon uspostave veze, sve naredbe koje izda korisnik izvode se na udaljenom raEunalu, a rezultati njihova izvodenja prikazuju se na lokalnom raEunalu.

7. Internet

Kod primjene protokola telnet treba spomenuti i program rlogin, izvedbu posebno prilagodenu za operacijski sustav Unix, utoliko Sto "razumije" Unixove pojmove standardnog ulaza, standardnog izlaza i standardne greSke.

7.7.4.

Transfer datoteka

Usluga transfera datoteka je standardna internetska usluga koja korisniku omogukuje postavljanje datoteke s lokalnog na udaljeno raEunalo, odnosno dohvakanje datoteke s udaljenog na lokalno raEunalo. Osnovni zahtjevi usluge transfera datoteka su: transparentni pristup datoteEnom sustavu na udaljenom raEunalu, oEuvana cjelovitost datoteke prilikom transfera, prilagodba formata datoteke lokalnom datoteEnom zapisu (po potrebi), zaStita datoteEnog sustava posluiitelja od neovlaStenog pristupa, zaStita od prislugkivanja ili naruSavanja komunikacije. Kao dodatni zahtjevi mogu se navesti i: moguCnost interaktivnog rada, javni, anonirnni datoteEni posluiitelji. Izvedbu usluge transfera datoteka razmotrit Cemo na primjeru internetskog protokola koji osigurava tu uslugu, protokola File Transfer Protocol (FTP). FTP omogukuje transfer datoteka s jednog raEunala na drugo putem rnreie. Kako bi se odgovorilo na navedene zahtjeve usluge, FTP otvara dvije TCP veze, upravljaEku i podatkovnu (Sl. 7.23). Podatkovna veza sluii za sam transport podataka iz datoteke. Dva osnovna naEina transporta podataka su ASCII i binarni. UpravljaEka veza sluii za transport korisnikovih naredbi u interaktivnom naEinu rada, uskladivanje dinamiEki odredenih vrata za podatkovnu vezu izmedu klijenta i posluiitelja te za pokretanje procesa koji vrSi transport podataka preko podatkovne veze. U interaktivnom radu, FTP koristi osnovni telnet NVT format (bez izbornih svojstava) za slanje korisnikovih naredbi preko upravljacke veze. Kako bi dohvatio datoteku s udaljenog posluiitelja, klijent prvo uspostavlja upravljaEku vezu s udaljenim posluiiteljem (dobro znana vrata 21), a potom otvara podatkovnu vezu za transfer datoteke. Nakon uspjeSne prijave na FTP posruiitelja, korisnik se moie "kretati" datoteEnim sustavom kako bi naSao traienu datoteku te postavljati i podeSavati parametre podatkovne veze. Za podatkovnu vezu klijent koristi svoja slobodno odabrana lokalna vrata, a

7.7. lnternetske usluae

posluiitelj koristi dobro znana vrata 20. Na korisnikov zahtjev za dohvatanjem datoteke, posluiitelj otvara podatkovnu vezu sa svoje strane te pokrete slanje traiene datoteke.

Ld korisnikov terminal

D

korisnikov datoteEni sustav

FTP posluiitelj upravljaEka TCP veza podatkovna TCP veza

datoteEni sustav

S1. 7.23 Ostvarivanje usluge transfers datoteka FTP-om

ZaStita od neovlaStenog pristupa najEeSCe se rjeSava uvodenjem mehanizama provjere autentiEnosti korisnika, putem upisivanja korisnickog imena i lozinke, te primjene sustava dozvola za pristup datotekama za tog korisnika. ZaStita od prisluSkivanja ili naruSavanja komunikacije je, kao i u sluEaju telnet-a, problem koji se rjeSava kriptografskom zagtitom podataka. Nadalje, kao dodatna moguknost, postoje i javni FTP posluiitelji. Korisnik moie pristupiti posluiitelju s pozitivnom identifikacijom ili bez nje, ovisno o tome podrBava li posluiitelj anonimni pristup ili ne. U sluCaju anonimnog pristupa, korisniEko ime najEeSke je ftp ili anonymous, dok se kao lozinka koristi e-mail adresa korisnika.

ElektroniEka poSta (e-mail) je usluga koja omogukuje korisnicima slanje i primanje poruka i podataka preko Interneta koriStenjem osobnih elektronickih poStanskih adresa. ElektroniEka poSta je jedna od najstarijih internetskih usluga - u uporabi je joS od 1973. godine.

U izvedbi usluge elektroniEke poSte sudjeluju klijenti na strani krajnjih korisnika (prirnatelja i pogiljatelja) i posluiitelji koji Eine sustav za dostavu elektroniEke poSte izmedu njih. Korisnik u postupcima slanja i primanja elektroniEke poSte koristi program Mijenta za Eitanje, pisanje i slanje elektroniEke poSte. Krajnji posluiitelj prihvaCa dolaznu elektroniEku poStu za lokalne korisnike od drugih posluiitelja i prosljeduje odlaznu elektronieku poStu

7. Internet

prema odgovarajuCim posluiiteljima prirnatelja. S1. 7.24 pokazuje komponente sustava elektroniEke poSte. Program Mijenta naziva se Message User Agent (MUA), a program posluiitelja Message Transfer Agent (MTA). Svaki MTA Eeka na dolaznu poStu, koja moie doCi bilo od lokalnih korisnika, bilo od udaljenih MTA. Za svaku prirnljenu poruku, MTA pregledava odrediSnu adresu. Ukoliko je poruka narnijenjena lokalnom korisniku, bit Ce pohranjena u poStanski pretinac lokalnog korisnika (mailbox, mail spool) kako bi je korisnik mogao pregledati. U suprotnom, dakle ako je poruka namijenjena udaljenom korisniku, lokalni MTA Ce je proslijediti sljedetem MTA-u na putu prema odrediStu. U dostavu jedne poruke moie biti ukljuEeno vise MTA-ova. Svi posluiitelji kojima poruke prolaze na putu od izvoriSta do odrediSta, nazivaju se prijenosnicima elektroniEke poSte (mail relay).

MTA

posluiiteljski MUA (popd, imapd)

primanje

,

paste spremigte (disk)

posiljatelj slmje

posluiiteljski MUA

MTA (

~

imm) 9

rimmje '@te

,[y] p

~ ~ mreii

~

~

j

spremigte (disk)

S1. 7.24 Komponente sustava elektroniCke poSte Uz slanje i primanje elektroniEke poSte vezani su sljedeCi standardni internetski protokoli: protokol Simple Mail Transfer Protocol (SMTP), koji sluii za slanje poruka elektronicke poSte izmedu MTA i MTA ili MUA i MTA. protokoli Post Ofjce Protocol 3 (POP3) i Internet Message Access Protocol - Version 4revl (IMAPv4) koji sluie za komunikaciju izmedu MUA i MTA putem koje korisnik pristupa porukama elektroniCke poSte na udaljenom posluiitelju. Uz protokole za slanje i primanje pos'te, propisani su i oblik e-mail adrese i format e-mail poruke.

E-mail adresa OpCeniti format e-mail adrese je korisniEko-ime@domena, npr. ivica @ tvrtka. hr

u

7.7. lnternetske usluae

Znak @ najCeSCe se izgovara se kao engleska rijei: "at", u znaEenju "na [adresi]", ili kao engleska rijei: "monkeytail" ili "monkey", odnosno podomakeno - "majmun". Znak @ odvaja lokalni dio, ime korisnika, od naziva e-mail domene korisnika. Domena izravno ili posredno identificira posluiitelja koji je zaduien za prihvakanje e-mail poruke. Na tom posluiitelju pokrenut je MTA koji Ce, nakon Sto dobije poruku, analizom lokalnog dijela adrese odluEiti kojem korisniku mora dostaviti poruku. Taj lokalni dio moie biti korisnicko ime lokalnog korisnika, ali moie biti i zamjensko ime, alias, koji moie biti lakSe pamtljiv od korisnickog imena. Podatke o aliasima i korisniEkim raEunima vodi administrator posluiitelja elektroniEke poSte. Primjer aliasa je: [email protected]. Alias se moie odnositi na viSe stvarnih korisnika, npr. [email protected] bi mogao biti alias preko kojeg se adresiraju svi Elanovi marketinSkog tima tvrtke.

Format poruke Da bi poruka elektroniEke poSte mogla biti ispravno prenesena i isporuEena korisniku, mora biti propisno formatirana. Poruka se sastoji od zaglavlja i tijela poruke. Zaglavlje poruke je niz redaka oblika polje: vrijednostqolja. Tijelo poruke sadrii Sam tekst poruke, kako ga je unio korisnik, i izborno, jedan ili vise privitaka (attachment). NajEeSCe koriStena polja zaglavlja su: To: e-mail adresa primatelja, Cc: e-mail adresa dodatnog primatelja kojem se Salje kopija poruke,

Bcc: e-mail adresa skrivenog primatelja, From: e-mail adresa poSiljatelja, Reply-To: e-mail adresa na koju se oEekuje odgovor, Received: popis MTA po putu kojim je poruka proSla do odrediSnog NITA; Subject: predmet dopisivanja, Date: datum i vrijeme slanja poruke. Osnovni format poruke pokriva iskljuEivo tekstualne poruke, i to samo koriStenjem slova i znakova engleske abecede, odnosno 7-bitnih ASCII znakova. ProSirenje standarda, pod nazivom Multimedia Internet Mail Extensions (MIME), omoguCuje koriStenje Sireg skupa znakova u tekstualnim porukama (npr. koriStenje standardnih slova hrvatske abecede), kao i ukljuEivanje binarnih datoteka, na primjer dokumenata, slikovnih, zvuEnih i video datoteka u tijelu poruke. Standard MIME omogutuje ukljuEivanje viSe raznovrsnih privitaka u jednoj poruci i propisuje oznake za poznate vrste

7. Internet

podataka, odnosno datoteka (zip, gif, jpeg, au, ...), a otvoren je i prema proSirenjima za nove vrste formata. Standardom MIME definirana su sljedeCa nova polja u zaglavlju e-mail poruke: MIME-Version: odreduje inaEicu MIME standarda kojoj odgovara poruka (u prosincu 2002, to je inaCica 1.0); Content-Type: definira vrstu privitka u poruci; .Content-Transfer-Encoding:definira naEin kodiranja podataka u privitku; Content-ID: brojEani identifikator privitka; Content-Description: dodatni tekstualni opis vrste privitka. Za pravilno forrnatiranje e-mail poruke u pravilu brine klijentski program, tako da korisnik ne mora poznavati sintaksu zaglavlja.

Dostava elektronieke poSte Dostava elektronieke poSte najCeSCe Ce obuhvaCati nekoliko koraka (Sl. 7.25). Korisnik koji Salje poStu pokreCe svoj klijentski program (MUA), koji je podeSen tako da poStu Salje preko odlaznog e-mail posluiitelja (MTA) na kojem je pokrenut prikladni program za obradu zahtjeva. Nakon Sto korisnik napiSe poruku, klijent de u poruku ukljuEiti sva potrebna zaglavlja, na temelju podataka iz poruke (primatelj, predmet poruke) i konfiguracije MUA i poslati je odlaznom posluiitelju (MTA). Odlazni posluiitelj prihvaCa poruku i analizira zaglavlje kako bi odredio adresu odrediSnog posluiitelja, pomoCu upita na DNS. DNS pruia moguCnost identifikacije MTA putem posebnog zapisa (mail exchanger, MX), tako da se poruke adresirane na adresu domene (npr. tel.fer.hr) mogu isporuEiti odgovarajuCem MTA za tu domenu. Nakon dobivenog odgovora od DNS posluiitelja, odlazni MTA uspostavlja vezu s odrediSnim MTA, putem protokola SMTP, i prosljeduje mu e-mail poruku. Ukoliko se odlazna poruka u tom trenutku ne moie proslijediti, odlazni MTA je pohranjuje u svoj rep Eekanja (mail spool), odakle Ce je pokuSati proslijediti kasnije. Ovisno o konfiguraciji, odlazni MTA moie, ali ne mora izvijestiti korisnika o privremenoj neisporutivosti poruke. Ukoliko se pak poruka uopCe ne moie isporuEiti, npr. zbog pogreSne ili nepostojeCe adrese, ili pak nedostupnosti odrediSnog MTA u nekom vremenskom razdoblju (npr. tri dana), korisnik Ce o tome u pravilu biti obavijeSten. Na dolaznoj strani, odrediSni posluiitelj (odrediSni MTA) Ce pregledati dospjelu poruku kako bi izdvojio lokalni dio e-mail adrese iz zaglavlja poruke, te Ce prema tome spremiti poruku u poStanski pretinac korisnika - primatelja poruke. Prirnatelj moie proEitati dolaznu poStu bilo koriStenjem svog klijenta (MUA),

7.7. lnternetske usluae

nakon autorizacije preko odgovarajukeg protokola (POP3, IMAP), bilo izravno iz poStanskog pretinca, preko interaktivne veze s posluiiteljem (telnet, ssh).

klijent poSiljatelja

M_ (odlazni)

klijent primatelja

S1. 7.25 Mehanizam slanja elektroniEke poSte

Simple Mail Transfer Protocol Protokol Simple Mail Transfer Protocol (SMTP) specificira naEin slanja poSte izmedu MUA i MTA, te izmedu razliEitih MTA. S1. 7.26 pokazuje poruke u komunikaciji izmedu MUA i MTA prilikom slanja e-mail poruke. klijentsko raCunalo pc0.tel.fer.hr

I

-

posluliteljsko raCunalo mail.tel.fer.hr

220 mail.tel.fer.hr ESMTP Postfix HELO pc0.tel.fer.hr

I I I4 I I I

I N

250 mail.tel.fer.hr MAIL FROM: korisnikQtel.fer.hr 250 Ok

P

1

RCPT TO: [email protected]

I

250 Ok

I I

J

I I J I I I

14 I I

Id I

I l4 I

I I+

DATA 354 End data with .

)I

I I

Tekst elektronieke poruke ... . 250 Ok: queued as 595384756 QUIT

I I

3 -

221 Bye

I

I

S1. 7.26 Primjer komunikacije MUA-MTA putem SMTP-a

7. Internet

Kao rezultat zahtjeva klijenta upukenog na dobro znana vrata 25 posluiitelja elektroniEke poSte, uspostavlja se dvosmjerni komunikacijski kana], odnosno TCP veza izmedu klijenta i posluiitelja. Napomenimo da "posluiitelj" moie biti bilo odrediSni posluiite?j, bilo prijenosnik elektroniEke poSte (relay), koji Ce poruku proslijediti prema odrediSnom posluiitelju. RaEunalo koje Salje poStu preko protokola SMTP Euvat Ce poStu lokalno dok ne dobije potvrdu da je poruka uspjeSno prirnljena na drugoj strani. MUA i MTA komuniciraju SMTP naredbama i odgovorima. SMTP naredbe su pisane 7-bitnim ASCII skupom znakova, a sastavljene su od kljuEnih rijeEi nakon kojih slijedi niz definiranih parametara. Naredbe koje u ovom primjeru Salje klijent ispisane su veiikim slovima: HELO, MAIL FROM, RCPT TO, DATA, QUIT. Odgovori posluiitelja na zahtjeve klijenta imaju statusni k8d i zatim kratak opis; npr. "250 Ok". Svi odgovori koji poEinju s 2xx znaEe uspjeSno ostvarenje zahtjeva.

Post Office Protocol Protokol Post Ofice Protocol 3 (POP3) je protokol koji sluii za dohvaCanje i rukovanje porukama na posluBitelju elektroniEke poSte. POP3 posluiitelj najEeSCe je pokrenut na dobro znanim vratima 110. Razdoblje komunikacije POP3 klijenta i posluiitelja tijekom kojeg korisnik dohvaCa i obraduje svoje poruke na posluiitelju zvat Cemo sjednicom. UobiEajena sjednica prolazi kroz tri stanja (S1. 7.27), a u svakom stanju dozvoljen je i prihvatljiv samo odredeni podskup moguCih naredbi. pozdravna poruka

;

transakcija (rukovanje porukama u pretincu)

I----------'-----

kraj sjednice, raskid veze s posluiiteljem I-------,--------

aiuriranje (brisanje oznaEenih poruka)

S1. 7.27 Stanja sjednice kod protokola POP3

I

7.7. lnternetske usluae

Stanja POP3 sjednice su: autorizacija (Authorization): obuhvaka postupak prijavljivanja korisnika (upisivanje korisniEkog imena i lozinke) i odjavljivanja korisnika (zahtjev za prekidom komunikacije); transakcija (Transaction): obuhvaka sve radnje koje ukljuCuju rukovanje porukama u poStanskom pretincu (npr. ispis, brisanje); aiuriranje (Update): obuhvaka brisanje svih oznaEenih poruka; najEeSCe proEitanih poruka, bilo odmah nakon Sto su proEitane, bilo nakon Sto neko vrijeme stoje na posluiitelju. U ovo stanje ulazi se prilikom odjave sa sustava. Prilikom autorizacije u POP3 sjednici, lozinka se prenosi preko (javne) mreie u neSifriranom obliku. Kako bi se smanjila opasnost od krade lozinke, koristi se protokol Authenticated POP (APOP) koji Sifrira dio komunikacije u kojem se prenosi korisniEko ime i lozinka. APOP ne Sifrira daljnju komunikaciju, odnosno poruke povuEene s posluiitelja na lokalno raCunalo i dalje se prenose u neSifriranom obliku.

Internet Message Access Protocol Protokol Internet Message Access Protocol v4 (IMAPv4) omogukuje klijentima pristup i sloienije (u odnosu na POP3) rukovanje porukama elektroniEke poSte na posluiitelju. Protokol IMAP omogukuje stvaranje vise odvojenih poStanskih pretinaca (folder, mailbox) za istog korisnika na udaljenom posluiitelju, pohranjivanje e-mail poruka u pretince, rukovanje pohranjenim porukama (pretraiivanje, brisanje, uredivanje) i premjeStanje poruka iz jednog pretinca u drugi. Poruke se mogu pretraiivati prema definiranim kriterijima izravno na udaljenom posluiitelju, bez dohvakanja na lokalni disk. SliEno kao i kod protokola POP3, postoje Eetiri stanja M A P sjednice (Sl. 7.28). Stanja IMAP sjednice su: neprijavljeno stanje (Non-Authenticated): obuhvaka poeetno stanje u kojem je klijent spojen na posluiitelja, ali prije pozitivne provjere autenticnosti korisnika na posluiitelju; prijavljeno stanje (Authenticated): obuhvaka stanje nakon uspjeSno provedene prijave korisnika; za nastavak korisnik mora odabrati pretinac Eijim porukama ieli rukovati; odabrani pretinac (Selected): obuhvaka stanje u kojem je prijavljeni korisnik odabrao pretinac i moie rukovati porukama (npr. ispis, brisanje); odjava (Logout): kraj sjednice i raskid veze s posluiiteljem.

7 . Internet I

pozdravna poruka

I I--,---------------

I----------

stanje prijavljeno (operacije vezane uz poStanske pretince)

*

I

I odabrane poruke I

I

I I

f

f

(operacije vezane uz poruke)

f odjava

S1. 7.28 Stanja sjednice kod protokola IMAPv4

U svakom stanju dozvoljen je i prihvatljiv samo odredeni podskup moguCih IMAP naredbi.

Napomenimo jog jednom da protokoli IMAP i POP ne sluie za slanje elektroniEke poSte izmedu krajnjih korisnika, nego za pristup posluiitelju. VeCina klijenata elektroniCke poSte (MUA) ima ugradenu podrSku za oba protokola te korisnik samo mora postaviti parametre posluiitelja prema uputama svog pruiatelja usluge elektroniEke poSte.

7.7.6.

Mrerne novosti

Mreine novosti su distribuirani informacijski sustav koji omoguCuje javno objavljivanje poruka zvanih "Clanaka" (news article) na Internetu, Cime one postaju dostupne svakome tko ih ima ielju i moguCnost Eitati. Mreine novosti nisu novosti u srnislu vijesti, veC djeluju kao javne diskusijske skupine s pun0 (potencijalnih) korisnika, nefonnalno okupljenih oko zajedniCke teme. Tematski organizirane skupine Clanaka nazivaju se novinske grupe (newsgroups). Novinske grupe su organizirane ternatski i hijerarhijski, sliEno hijerarhiji imenovanja raEunala. Najpoznatije vrSne novinske grupe su:

7.7. lnternetske usluqe

humanities.*,

VrSna novinska grupa alt.* uvedena je za "alternativne" rasprave o temama iz ostalih tematskih skupina, kao i za neke teme koje se ne daju svrstati u neku od gornjih kategorija. Novinske grupe u kojima se rasprave odvijaju na domadem jeziku organizirane su prema internetskim driavnim domenama. Hrvatske novinske grupe poEinju oznakom hr, npr: hr. org.fer, hr. rec.music, hr. comp, hr.misc i sliEne. Na hrvatskim posluiiteljima mreinih novosti je sredinom 2002. godine bilo aktivno preko 6500 novinskih grupa (posluiitelji news.camet.hr, news.hinet.hr), od toga oko 150 hrvatskih grupa. Sustav mreinih novosti izveden je pomoCu raspodijeljenih posluiitelja. Svaki posluiitelj mreinih novosti dio je internetske infrastrukture i povezan je s ostalim takvim posluiiteljima (SI. 7.29). Jedan od najpoznatijih sustava mreinih novosti na Internetu je Usenet. Kad korisnik napiSe "novinski Clanak" (news article) koji ieli podijeliti s ostalim korisnicima Useneta, poSalje ga news posluiitelju, koji Ce kopiju Elanka distribuirati svim susjednim posluiiteljima (news feed). Kako bi se sustav zaStitio od viSestruke distribucije istog Elanka, prvi posluiitelj u nizu Ce svakom primljenom Elanku dodijeliti jedinstveni identifikacijski broj (message id), na temelju kojeg svaki sljedeCi posluiitelj moie prepoznati i odbaciti veC videni Elanak. U uobiEajenim prilikama Elanak se distribuira na sve news posluiitelje u mreii unutar jednog dana. 2. objava Elanka (broj Elanka, id poruke)

1. slanje E S

Went mreinih novosti

I

NNTP posluiitelj

NNTP posluiitelj

posluiitelj posluiitelji mYreinihnovosti

S1. 7.29 Mehanizam distribucije rnreinih novosti

--+-

I

7 . Internet

Za komunikaciju izmedu posluiitelja mreinih novosti koristi se Network News Transfer Protocol (NNTP). Na strani posluiitelja pokrenut je program posluiitelja, na dobro znanim vratima 119, dok se na strani klijenta najCeSCe koristi posebni klijents.ki program, ci'tac' novosti (news reader), ili Web preglednik koji ima ugradenu funkcionalnost news klijenta.

7.7.7.

World Wide Web

World Wide Web je globalni hipemedijski informacijski sustav za objavljivanje i pristup raznovrsnim informacijama na Internetu (tekst, slika, podaci, dokumenti, video, audio, ...). PoEeci WWW-a, ranih 1990-tih godina, veiu se uz Svicarski CERN, istraiivaEki centar za nuklearnu fiziku (Berners-Lee [1994]). WWW je znatno doprinio razvoju Interneta i njegovoj primjeni u poslovne svrhe. Svi dokumenti vezani uz WWW izdaju se pod okriljem organizacije World Wide Web Consortium (W3C). Usluga se temelji na jeziku za opis hipermedijskih dokumenata HyperText Markup Language (HTML), protokolu Hypertext Transfer Protocol (HTTP) te infrastrukturi Interneta. WWW se temelji na modelu klijent-posluiitelj. Na strani posluiitelja pokrenut je program koji odgovara na zahtjeve korisnika (http daemon, WWW server) na dobro znanim vratima 80. Klijent, zvan preglednik (Web browser), sluii kao korisniEko suCelje za slanje zahtjeva posluiitelju i prikaz primljenih podataka u obliku Web stranice. Preglednik Eesto sadrii i pomoCne aplikacije (helper applications, plug-ins) za prikaz fonnata koje preglednik izvorno ne podriava (najEeSCe najnoviji, nestandardni ili vlasniEki formati). S obzirom da moie sluiiti i kao klijent za e-mail, FTP i Usenet news, preglednik se jog naziva i univerzalnim klijentom.

HyperText Transfer Protocol HyperText Transfer Protocol (HTTP) je platformski neovisan aplikacijski protokol, temeljen na modelu klijent-posluiitelj. Protokol HTTP moie biti izveden na bilo kojoj mreii temeljenoj na internetskim protokolirna i moie prenositi razliEite vrste podataka, a proSiriv je u smislu da Ce se njime moCi prenositi i vrste podataka koje Ce tek biti specificirane.

HTTP je jednostavan protokol koji u komunikaciji klijenta i posluiitelja podriava samo zahtjev i odgovor. Ne postoji stanje veze, pa se takav naEin komunikacije naziva stateless. U studenom 2002. g., vaieCa inaEica HTTP-a je inaEica 1.1 koja je ugradena u veCinu postojeCih preglednika.

7.7. lnternetske usluae

Uniform Resource Identifier Uniform Resource Identij?er (URI) je niz znakova koji jednoznaEno identificira stvarni ili apstraktni resurs u mreii i zapravo predstavlja njegovu adresu. Pod pojmom resursa ovdje smatramo bilo kakav izvor informacije ili usluge, dostupan putem Interneta. LRI se sastoji od nekoliko dijelova: sa sljedekim znaEenjima: shema: odreduje protokol za pristup i transport sadriaja; protokol moie biti primjerice telnet, ftp, http, gopher, news; rac'unalo: ime raEunala na kojem se nalazi resurs (najEeSke poEinje s www); vrata: najEeSCe se koriste dobro znana vrata 80 i tada se broj vrata ne mora navoditi. Ukoliko se koristi neki drugi broj vrata (Eesto 8001 ili 8080), tada se taj broj mora navesti kao dio URI-a; staza: virtualna staza do datoteke na d i s h posluiitelja, poEevSi od korijenskog direktorija posluiitelja; datoteka: naziv datoteke na disku posluiitelja; sidro: posebno definirano mjesto unutar datoteke, koje se koristi za izravno pozicioniranje unutar datoteke (npr. poglavlje, slika i sl.) Uz pojam URI-a, pojavljuje se i pojam Uniform Resource Locator (URL), podvrste URI-a kod koje se resurs prvenstveno identificira naEinom pristupa, tj. poloiajem u mreii (npr. http, ftp, ...), a ne imenom ili nekim drugim atributom.

HyperText Markup Language Jezik HyperText Markup Language sluii za opis sadriaja Web stranice. U svom izvornom obliku HTML je obiljeiavajuki (markup) jezik, tj. jezik za opisivanje. Osnovni elementi HTNIL-a nazivaju se oznakama (tag). Oznake su posebne kljuEne rijeEi okruiene znakovima "<" i ">", npr. , a sluie kao uputa pregledniku kako treba prikazati sadriaj koji se nalazi unutar oznaka.

HTML je izveden iz jezika Standard Generalized Markup Language (SGML), ali je ubrzo odstupio od tog standarda zahvaljujuki nestandardnim proSirenjima koja su uvodile tvrtke Netscape i Microsoft. Prva inai-ica jezika HTML podriavala je iskljuEivo tekstualnu prezentaciju, Eak su se i slike koje su bile ukljuEene u stranicu prikazivale u posebnom prozoru. Druga inatica uvodi moguknost korisnii-ke interakcije s podacirna na Web posluiitelju i kreiranje dinamiEkih stranica putem formulara, te dodaje nove moguknosti formatiranja dokumenta, koriStenjem brojEanih i nebrojEanih lista. Nakon druge inaEice

7. Internet

poEinje brzo rastuCa popularnost Weba i tvrtke koje izraduju preglednike poEinju ugradivati u HTML svoja vlastita, nestandardizirana proSirenja, u Eemu prednjaEi Netscape, koji ima i najpopularniji preglednik. TreCa inaEica u tablice uvodi i tehnologije temeljene na programskom jeziku Java. Cetvrta inaCica uvodi okvire, napredne moguCnosti formatiranja teksta (Cascading Style Sheets) i druga proSirenja. Novi zahtjevi krajem devedesetih godina dovode do uvodenja jezika Extensible Markup Language (XML) u Web, pa se tako i HTML 4.1 zapisuje pomoCu XML-a, Eime se 2000. godine dobiva inaEica Extensible HyperText Markup Language 1.0 (XHTh4L). Tijekom 2002. godine razvija se inaEica XHTML 2.0.

Ostale tehnologije vezane uz Web Ubrzo nakon nastanka jezika HTML, pojavila se potreba za veCom korisniEkom interakcijom i pristupom dinamiEkim, promjenjivim podacima kao Sto su primjerice baze podataka. Ved 1993. godine u protokol HTTP dodana je moguCnost interakcije kroz podrSku za Common Gateway Integace (CGI), gdje se CGI program izvodi u stvarnom vremenu, te korisniku daje dinamiEku informaciju. Obrasci su u HTML uvedeni u inaCici 2.0 tijekom 1994. godine i donijeli su znaEajan napredak u moguCnostima interakcije s korisnikom. Obrasci sadrie elemente grafiEkog suEelja sliEno kao i aplikacije s grafiEkim suEeljem (padajuCi izbornici, polja za upis podataka, polja za odabir i sl.). Osim toga, da bi se proSirile moguCnosti preglednika, uvedene su pomoCne, tzv. helper aplikacije koje su sluiile za prikaz onih vrsta podataka koje preglednici nisu izravno podriavali. Plug-in tehnologija povedala je viSemedijske mogudnosti preglednika izbjegavajuti lose strane pomoCnih aplikacija. Plug-in programi usko su vezani uz preglednik i formate datoteka za koje su projektirani, a pokredu se unutar prozora preglednika. Uporabom plug-in tehnologija dobilo se na poboljSanoj brzini prikaza, jer se vise ne troSi vrijeme na pokretanje posebnih aplikacija. Od novijih tehnologija treba spomenuti aplikacije u skriptnim jezicima koji se izvode na posluiitelju, izvrSive sadriaje, dodatke na posluiiteljskoj strani (Server Side Includes), dinamiEki HTML, pullpush tehnologije i tehnologiju kolaEiCa (cookies). Sve veCu vainost pri poboljSanju pretraiivosti Weba ima primjena metapodataka (izvorno, metadata), odnosno "podataka o podacima".

7.8. Nova generacija lnterneta Nova inaEica protokola IP, IPv6, osmiSljena je kao nasljednica sadaSnje inaCice IPv4. Iako je razvoj protokola IPv6 u poCetku bio potaknut problemima mogudeg iscrpljivanja adresnog prostora i rasta tablica usmjeravanja kao posljedice rasta Interneta, IPv6 uz prilagodljivost veliEini (scalability) pruia

7.8. Nova generacija lnterneta

osnovu i za rjeSenja drugih problema, a posebno sigurnosti, pokretljivosti i kvalitete usluge (Huitema [1998]). OgraniEenja protokola IPv4 potjeEu od njegove prvotne namjene i dizajna za jednostavne aplikacije poput transfera datoteka, elektronicke poSte i rada na udaljenom raEunalu preko internetskih protokola. U meduvremenu, Internet je postao okolina bogata aplikacijama i uslugama. Trendovi obuhvadaju viSeodrediSnu komunikaciju te viSekorisniEke i viSemedijske aplikacije (npr. viSemedijska konferencija, interaktivne viSemedijske aplikacije, IP telefonija), kao i integraciju s pokretnim mreiama trede generacije. Protokol IPv6 predviden je kao osnova za takve i budude primjene. Najvainije promjene u odnosu na IPv4 su: vedi adresni prostor, a

poj ednostavljenje formata zaglavlja, proSirivost osnovnog zaglavlja novim vrstama zaglavlja, pojednostavljeno usmjeravanje, kvaliteta usluge, sigurnosni mehanizmi na mreinom sloju.

Glede adresiranja, IPv6 adresa koristi 128-bita umjesto 32-bita u IPv4. Zatim, duljina osnovnog zaglavlja je smanjena i sad ima fiksnu duljinu od 40 okteta. IzbaEeno je izraEunavanje zaStitne sume zaglavlja, Eime je omogudena bria obrada paketa u usmjeriteljima, a dodana su posebna proSirena zaglavlja kako bi se unaprijedilo usmjeravanje. Postoji mogudnost oznaEavanja tokova datagrama i postavljanja klase kvalitete usluge, Eime je olakSano postavljanje zahtjeva na kvalitetu usluge koji posebno dolaze do izraiaja kod transporta vremenski osjetljivih podataka (npr. audio, video). Fragmentacija se moie vrSiti iskljuEivo na izvoriSnom Evoru. Sto se tiCe sigurnosti, preko dodatnih zaglavlja uvedeni su mehanizmi zaStite podataka u vidu vjerodostojnosti, cjelovitosti i povjerljivosti sadriaja datagrama.

7.8.1.

Prijelaz s IPv4 Iia IPv6

Iako protokoli IPv4 i IPv6 zauzimaju isto mjesto u protokolnom sloiaju, prijelaz s IPv4 na IPv6 nije jednostavan jer protokoli nisu medusobno kompatibilni. Prijelaz s jedne inaEice na drugu obavlja se postupno, pri Eemu prednjaEe Japan i Europska unija, gdje su na razini vlada driava donesene odluke o prelasku na Pv6. U akademskoj i istraiivaEkoj zajednici od druge polovice 1990-ih godina postoje eksperimentalne mreie, npr. 6BONE, i kasnije, 6NET. U globalnom Internetu se u prijelaznom razdoblju mogu ocekivati mreie

7. Internet

koje istovremeno koriste obje inaEice IF'-a, za koje Ce se morati osigurati medusobna komunikacija, kao i prijelaz na IPv6 uz potpunu transparentnost za krajnjeg korisnika. Definirana su Eetiri osnovna prijelazna mehanizma (Gilligan [2000]): dvostruki sloiaj, tj. IP izveden u obje inaEice, IPv4 i IPv6, konfigurirano tuneliranje IPv6 preko IPv4, IPv6 adrese kompatibilne s IPv4, automatsko tuneliranje IPv6 preko IPv4. Kod dvostrukog sloiaja, sve stanice s izvedenim IP slojem s inaEicom IPv6 istovremeno podriavaju i IPv4, tj. postoje dvije inaEice cijelog mreinog sloja, po jedna za svaku inaCicu. Ovisno o podacima s DNS posluiitelja, koristi se odgovarajudi sloiaj. Za povezivanje izdvojenih mreia temeljenih na protokolu IPv6 ("IPv6 otoka") preko infrastrukture temeljene na protokolu IPv4 koristi se tuneliranje. Tuneliranje je postupak kojim se IPv6 datagrami dostavljaju preko mreBe "omotani" u IPv4 pakete, tj. IPv6 datagram prenosi se kao teret unutar podatkovnog polja IPv4 datagrarna (Sl. 7.30). Tunelirani datagrami se usmjeravaju se do druge IPv6 mreie koristeki standardne protokole usmjeravanja u IPv4 mreii. Pritom je unutamja struktura datagrama nevidljiva za sve podmreie i usmjeritelje kroz koje se tunelirani datagram usmjerava. Na krajnjoj toEki tunela, koja moie biti bilo na suEelju usmjeritelja, bilo na suEelju odrediSnog raEunala, skida se IPv4 zaglavlje i paket se dalje isporuEuje u izvornom, IPv6 obliku. omatanje IPv6 datagrama

odmatanje IPv6

(na izvoriSnoj strani tunela)

(na odrediBnoj strani tunela) IPv6 datagram

I I

I I

I

I I l-------------------------------------------------------~

dostava IPv4 datagrama kroz IPv4 infrastrukturu S1. 7.30 Omatanje datagrama prilikom tuneliranja

S obzirom na konfiguraciju tunela, razlikujemo viSe moguCnosti: tuneliranje izmedu krajnjih odrediSta (host-to-host),

C

7.8. Nova aeneraciia lnterneta

tuneliranje od krajnjeg ratunala do usmjeritelja (host-to-router), tj. na potetnom segmentu staze kojom prolazi datagram, tuneliranje od usmjeritelja do krajnjeg ratunala (router-to-host), tj. na krajnjem segmentu staze kojom prolazi datagram, tuneliranje izmedu usmjeritelja (router-to-router). S1. 7.31 prikazuje tuneliranje IPv6 paketa kroz IPv4 mreiu, u natinu tuneliranja izmedu usmjeritelja. Primjer eksperimentalne rnreie koja koristi ovakvo tuneliranje je 6BONE.

S1. 7.31 Primjer tuneliranja izmedu dvaju usmjeritelja s dvostrukim sloiajem

U ovom primjeru koristi se tuneliranje izmedu usmjeritelja, tj. usmjeritelji s dvostrukim IP slojem (IPv4IIPv6). Izmedu njih se nalazi IPv4 infrastruktura preko koje se konfigurira tunel. Usmjeritelji dodaju IPv4 zaglavlje na odlazne tunelirane datagrame i skidaju ga s dolaznih IPv4 datagrama. Tune1 se nalazi na nekom unutarnjem segmentu staze kojom prolazi datagram.

Literatura

[I]

BERNERS-LEE, T., R. CALLIEU, A. LUOTONEN, H. F. NIELSEN,A. SECRET.1994. The World-Wide Web, Communications of the ACM, 37, 8, 76-82.

[2]

R. (ur.), 1989. Requirements for Internet Hosts BRADEN, Communication Layers, Internet RFC 1122.

[3]

R. (ur.), 1989. Requirements for Internet Hosts - Application BRADEN, and Support, Internet RFC 1123.

7. Internet

CERF,V.G., KAHN,R.E. 1974. A Protocol for Packet Network Intercommunication, ZEEE Transactions on Communications, 22,5,637 - 648 COMER,D. E. 2000. Internetworking with TCP/IP, 4. izdanje, Prentice Hall, Upper Sadd.le River, NJ, USA 2000. Transition Mechanisms for IPv6 GILLIGAN, R., E. NORDMARK, Hosts and Routers, Internet RFC 2893. HUITEMA, C. 1998. ZPv6: The New Internet Protocol, 2. izdanje, Prentice Hall PTR, Upper Saddle River, NJ, USA IANA, 2002. Special-Use IPv4 Addresses, Internet RFC 3330. REYNOLDS, J. 2002. Assigned Numbers: RFC 1700 is Replaced by an On-line Database, Internet RFC 3232. [http://www.iana.org/numbers.html] REYNOLDS, J., R. BRADEN,S. GINOZA,A. DE LA CRUZ,2002. Internet Oficial Protocol Standards, Internet RFC 3300 (STD 1). [http://www.rfc-editor.org/rfc/std/stdl .txt] TANENBAUM A. 1996. Computer Networks, 3. izdanje, Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ, USA.

Ignac Lovrek, Maja MatijaSevid, Gordan JeiiC

8. Pokretljivost u mrerama

8.1. Model mrere i model pokretljivosti Cilj je razvoja telekomunikacija postizanje govorne, podatkovne i viSemedijske komunikacije za stacionarne i pokretne korisnike bez vremenskih i prostornih ograniEenja uporabom jedne adrese, odnosno jednog pozivnog broja. Da bi se to postiglo, potrebno je rijeSiti pokretljivost terminala i osoba te ostvariti pokretljivost, prenosivost i transparentnost usluga. Svaku mreiu obiljeiavaju naEin transporta informacije komunikacijskim kanalom ili informacijskim paketom, koji se ostvaruje komutiranjem ili usmjeravanjem u Evorovima mreie, te inteligencija mreie koja odreduje mogudnosti i naEin obrade poziva i usluga. Poziv uMjuEuje uspostavljanje, odvijanje i prekidanje veze izmedu korisnika ili korisnika i mreie, a usluge opisuju posebne i dodatne mogudnosti komuniciranja. Prenosivost opisuje zahtjev da se ista usluga mora modi ostvariti u razlititim mreiama, odnosno usluga izvedena u jednoj uvoditi u druge mreie, a transparentnost da se jedna usluga ostvaruje djelovanjem vise razlicitih mreia. Model mreie predoEen je S1. 8.1 Korisnik ostvaruje komunikaciju uporabom terminala stacionarno ili u pokretu, iiEnim ili beiiEnim pristupom. Pokretnom rnreiom (Mobile Network) naziva se javna mreia u kojoj se pristup zasniva na radijskoj komunikaciji koja omoguduje pokretljivost terminala na podrutj u pokrivanja radijskim signalom. Za ostvarivanje pokretljivosti u javnoj mreii najvainiji su danaSnji globalni sustav pokretnih komunikacija (GSM - Global System for Mobile communications), njegovo proSirenje opCim paketskim radijskim uslugama (GPRS - General Packet Radio Services) te opdi pokretni telekomunikacijski sustav (UMTS - Universal Mobile Telecommunication System) kao predstavnik nove generacije pokretnih mreia. S motriSta mreinih protokola posebno je vaian protokol IP (Internet Protocol), njegovo proSirenje pokretni IP (Mobile IP) te nova inaEica IPv6 (Internet Protocol version 6).Posebna rjeSenja nude beiitni aplikacijski protokol (WAP Wireless Application Protocol) i ad hoc mreie ostvarene u IP rnreii i konceptom Bluetooth.

8. Pokretljivost u mreiama

PRENOSIVOST TRANSPARENTNOST

poziv/usluga govorlpodatak ...../multimedij

komutiranjelusmjeravanje

transport

+g

@

terminal korisnik

S1. 8.1 Model ~ e i e Model pokretljivosti u mreii opisan je primjerom na Sl. 8.2. Korisnik se krede sa svojim terminalom i pritom prolazi razliEita podrueja. Podrurija mogu biti odredena prostorno ili zernljopisno (npr. pokrivanje radijskim signalom) te administrativno (npr. internetska domena). ukljutivanje registriranje lokacije

poziv komunikacija

promjena lokacije

prekid poziva kraj komunikacije

nastavljanje pozivaJkomunikacije

S1. 8.2 Model pokretljivosti Prigodom ukljueivanja terminala mreia treba registrirati njegovu lokaciju i poCeti pratiti kretanje (podruCje i). Kad korisnik prijede granicu izmedu dvaju podrueja, treba ustanoviti promjenu lokacije (podrueje j). U nekom trenutku

8.2. Arhitektura mreie

pokreCe se poziv i ostvaruje komunikacija, a korisnik nastavlja kretanje. Pri prijelazu u novo podruEje treba nastaviti poziv odnosno odriati neprehnutu komunikaciju (podruEje k). ObiEno se kretanje prati preciznije tijekom komunikacije nego kada je terminal ukljuEen, ali ne sluii za komunikaciju. Po zavrSetku komunikacije terminal ostaje ukljuEen te se nastavlja s praCenjem kretanja. Registriranje lokacije ukljuEenog terminala olakSava uspostavljanje poziva, jer time podruEje u koje treba uputiti poziv postaje unaprijed poznato. Komunikacija u pokretu zahtijeva funkcije upravljanja pokretljivoSCu (Mobility Management). One iziskuju dodatnu upravljatku informaciju odnosno signalizaciju izmedu terminala i mreie koja se izmjenjuje i kad terminal nije aktivan. Podsjetimo da se u fiksnoj mreii signalizacija izmjenjuje samo tijekom poziva, odnosno kad je terminal aktivan. Osnovne pretpostavke za pokretljivost terminala (Terminal Mobility) su prenosivi terminal, beiiEni pristup te inteligencija mreie koja omoguCuje odredivanje lokacije terminala i praCenje njegovog kretanja. Sve danaSnje javne pokretne mreie rijeSile su pokretljivost terminala. Pokretljivost osoba (Personal Mobility) je sloieniji zahtjev. Inteligencija mreie treba omoguCiti pristup osobi (korisniku, pretplatniku) na 8iCnoj ili beiiEnoj pristupnoj toEki fiksne ili pokretne mreie, uz prethodnu identifikaciju. RjeSenja osobne pokretljivosti oEekuju se s novom generacijom mreia, poEevs'i s UMTS-om.

8.2. Arhitektura mrere GeneriEka arhitektura mreie (Sl. 8.3) sadrii sljedede dijelove: jezgrena mreia (Core Network), zajednicka za razliEite mreie, koja je izvedena jedinstvenom mreSnom okosnicom (Backbone), razliEite iiEne (Wireline) i beiiEne (Wireless) pristupne mreie (Access Network), privremene mreie (Ad-hoc Network) povezane preko iiCnih ili beiiEnih pristupnih toEaka te medijski prilaz (Media Gateway). Jezgrena mreia izvodi se kao fiksna mreia kojom se povezuju prostorno raspodijeljeni dijelovi pristupne mreie, ostvamju kontrolne i upravljacke funkcije te osiguravaju usluge posluiiteljskim sustavima u samoj mreii ili povezivanjem takvih sustava vanjskih davatelja usluga. Medijski prilaz prilagodava korisnieku informaciju generiranu na tenninalu na jezgrenu mreiu, razdvaja funkcije kontrole poziva (Call Control) od kontrole veze (Connection Control) te omoguduje strujanje medija (Media Streaming). S korisniEkog motriSta, treba teiiti istim moguCnostima komuniciranja i istom skupu usluga na prikljuEku (pristupnoj toEki) fiksne i pokretne mreie, a po mogudnosti i

8. Pokretljivost u mreiama

prigodom ad hoc umreiavanja prijenosnih naprava oko prikljuEka fiksne i pokretne mreie.

pril

I

3

pokretni terminal

beiiEni terminal

iiEni terminal

S1. 8.3 Arhitektura mreie

Funkcionalnost ovakvog modela mreie opisana je troslojnim prikazom (Sl. 8.4) koji sadrii sloj povezivosti (Connectivity Layer), kontrolni sloj (Control Layer) te sloj primjena i usluga (Application and Service Layer). Upravljanje (Management) se definira izvan pojedinih slojeva. Prospojni sloj ostvaruje protok korisniEke informacije izmedu korisnika prikljuEenih preko jedne ili viSe pristupnih mreia te prema korisnicima koji su spojeni na druge mreie, kao Sto su javna komutirana telefonska mreia (PSTN Public Switched Telephony Network), digitalna mreia integriranih usluga (ISDN - Integrated Services Digital Network), Internet ili neki intranet. Povezivanje se ostvaruje sustavima koji komutiraju i usmjeravaju korisnitku informaciju. Kontrolni sloj odreduje naEin povezivanja sukladno zahtjevima poziva, usluga i aplikacija. Kontrolni sloj utvrduje sudionike u komunikaciji, njihovu lokaciju, vrstu informacija koju razmjenjuju i druge kontrolne parametre potrebne za upravljanje komunikacijom. Sustavi kontrolnog sloja izmjenjuju upravljaEku informaciju (signalizaciju) medusobno i sa sustavima drugih dvaju slojeva. Sloj primjena i usluga sadrii posluiiteljske sustave potpore primjenama i uslugama na raspolaganju korisnicima. U tom sloju smjeSteni su i sadriaji potrebni za ostvarivanje informacijskih usluga. Troslojna mreina arhitektura primjer je horizontalne arhitekture koja uvodi zajedniEke elemente za vise mreia i viSe usluga, za razliku od vertikalnih arhitektura kod kojih svaka mreia ili vrsta usluge raspolaie vlastitim sredstvima za povezivanje, kontrolu, primjene i usluge (npr. telefonska mreia).

8.3. Sustavi ~okretnihtelekomunikaciia

primjene

usluge

-u---.-ntrola

/ Internet

S1. 8.4 Troslojna rnreina arhitektura

8.3. Sustavi pokretnih telekomunikacija Prvu generaciju sustava pokretnih telekomunikacija Cine analogni sustavi s viSestrukim pristupom u frekvencijskoj podjeli (FDMA - Frequency Division Multiple Access). U njima se komunikacijski kanali u radijskoj pristupnoj mreii (RAN - Radio Access Network) ostvaruju frekvencijskom podjelom, tj. dodjelom posebne frekvencije svakom komunikacijskom kanalu. Korisnici, da bi ostvarili komunikaciju, moraju pristupiti takvom slobodnom kanalu. RazliCiti frekvencijski pojasevi dodjeljuju se za komunikaciju od mreie prema terminalu (downlink) i komunikaciju od terminals prema rnreii (uplink). Frekvencijska modulacija rabi se za prijenos govora i signalizaciju. NajznaCajniji sustavi 1. generacije su NMT (Nordic Mobile Telephony) u Europi i AMPS (Advanced Mobile Phone Service) u SAD-u. Njihova osnovna obiljezja sadrBana su u Tablica 8.1. Treba uoCiti da americki sustav u odnosu na europski radi na viSim frekvencijama i s bitno vedim brojem kanala. Drugu generaciju predstavljaju digitalni sustavi s viSestrukim pristupom u vremenskoj podjeli (TDMA - Time Division Multiple Access). ViSestruki pristup

8. Pokretliivost u mreiama

u vremenskoj podjeli omoguCuje da se na svakoj prijenosnoj frekvenciji izvede vise kanala u vremenskoj podjeli, tako da ukupan broj kanala odgovara urnnoSku broja frekvencija i broja vremenskih kanala. Govor i signalizacija prenose se digitalno. Frekvencija Razmak Broj kanala Standard kanala (MHz) - (kHz) NMT 453-457,5 25 180 450

463-467,5

AMPS

824-849 869-894

30

832

Tablica 8.1 Prva generacija - analogni sustavi

U Europi i veCem dijelu svijeta najrasprostranjeniji sustav 2. generacije je GSM (Global System for Mobile communications), dok u SAD-u prevladava DAMPS (Digital AMPS), s novim nazivom TDMA 136. Kapacitet GSM sustava proSiruje se u podruCju 1800 MHz sustavom DCS (Digital Communication System) izvedenim na istim naCelima kao GSM. Karakteristike ovih sustava opisane su u Tablica 8.2. Standard

Frekvencija Razmak Broj kanala kanala (MHz) (kHz) 890-915 200 992 935-960 1710-1785 200 2992 1805-1880

GSM 900 DCS 1800 (TDMA) D-AMPS

.

824-849 869-894

30

832

CTDMA) Tablica 8.2 Druga generacija - digitalni sustavi

Digitalnom izvedbom sustava pokretnih komunikacija i u Europi se prelazi na viSe frekvencije te poveCava broj kanala. U uporabi su dva sustava, GSM i DCS. AmeriCki digitalni sustav radi u istom frekvencijskom podrutiju i s istim brojem kanala kao i analogni (digitalizirani analogni kanali). Prve dvije generacije izvedene su za govornu komunikaciju kao osnovnu uslugu. Novi sustavi razmatraju se pod zajednitikim nazivom <
8.3. Sustavi ~okretnihtelekomunikaciia

Telecommunication Systems), a treda generacija kao medunarodne pokretne telekomunikacije 2000 (IMT-2000 International Mobile Telecommunications 2000). U Europi se taj sustav naziva <> (UMTS - Universal Mobile Telecommunications System). FPLMTS i IMT-2000 su nazivi u uporabi u Medunarodnoj telekomunikacijskoj uniji (ITU International Telecommunication Union). U tredoj generaciji traie se rjeSenja za potpunu pokretljivost, tj. osobnu i terminalsku pokretljivost glede pokrivenosti, gustoCe korisnika, brzine kretanja, medija i usluga. Prelazi se na sustave s viSestrukim pristupom u kodnoj podjeli (CDMA - Code Division Multiple Access) kod koje se svakom korisniku za komunikaciju pridjeljuje drukciji kod, a ne posebna frekvencija i vremenski odsjeEak. U standardizaciji 3. generacije uz ITU sudjeluju ETSI (European Telecommunications Standard Institute), UMTS Forum kao udruga operatora, proizvodaEa i regulacijskih tijela, 3GPP (3. Generation Partnership Project), koji objedinjava standardizacijska tijela i neprofitne udruge te OHG (Operators Harmonisation Group). Nekoliko zemalja povjerilo je te poslove nacionalnim organizacijama. U SAD-u je ta zadada povjerena tijelima TIA (Telecommunication Industry Association) i ANSI (American National Standard Institute), u Japanu djeluju ARIB (Association of Radio Industries and Broadcasting) i TTC (Telecommunication Technology Committee), u Kini CATT (China Academy of Telecommunications Technology), a Juinoj Koreji TTA (Telecommunication Technology Association) i ETRI (Electronics and Telecommunications Research Institute).

8.3.1. Evolucija mreZe Evolucija mreie s ishodiStem u GSM-u predoEena je na S1. 8.5. GSM, namijenjen govornoj komunikaciji i zasnovan na komutaciji kanala, omoguduje uslugu kratkih poruka (SMS - Short Message Service) i prijenos podataka brzinama do X k b i t J s . Brii prijenos podataka postiie se kanalskom komutacijom podatza velikom brzinom (HSCSD - High Speed Circuit Switched Data). Pritom se rabi isti modulacijski postupak kao za GSM, Sto omoguduje zadriavanje nepromijenjenog radijskog dijela, a primjenjuje se drukEije kodiranje, Cime se podiie brzina prijenosa podataka na 14,4 kbit/s po kanalu. Kako je omogudena istodobna uporaba Eetiri kanala, HSCSD raspolaie kapacitetom od 57,6 kbitJs. GPRS je proSirenje GSM-a zasnovano na komutaciji paketa koje, ovisno o broju dodijeljenih kanala, omoguduje brzine prijenosa od 115,2 kbit/s, a s novim kodnim shemama i vise. Kao i u HSCSD-u, modulacijski postupak se ne rnijenja, tako da uvodenje GPRS-a ne zahtijeva vede zahvate u pristupnoj mreii.

8. Pokretliivost u mreiama

Sustav poboljsanih brzina prijenosa podataka (EDGE - Enhanced Data rates for Global Evolution) uvodi brzine prijenosa do 384 kbitfs, ali zbog promjene modulacijskog postupka zahtijeva zamjenu radijskog dijela pristupne opreme. GPRS i EDGE Eesto se nazivaju rjesenjima prema tredoj generaciji, odnosno 2,5G.

1

funkcionalnost

GPRS 57.6 kbitls

i M 9.6 kbitls

vrijeme

Sl. 8.5 Evolucija mreie

Osim povekanja brzine prijenosa, evolucija mreie obuhvada i proSirenja koja izravno utjeEu na povedanje usluinih mogudnosti. U tom smislu vaian je skup protokola za izvedbu usluga inteligentne mreie u GSM-u koji sadrii korisniku prilagodenu primjenu za unaprijedenu logiku pokretljivosti (CAMEL Customized Application for Mobile Enhanced Logic) i napredna rjegenja govornog poziva (ASCI - Advanced Speech Call Items) koja se izvode prvenstveno za potrebe specijaliziranog pokretnog radija (SMR - Specialised Mobile Radio) i privatnog pokretnog radija (PMR - Private Mobile Radio).

8.3.2. Nova generacija mreza U novoj generaciji mreia nastoji se objediniti razliEite mreie i usluge. Integracija mreia podrazumijeva zajedniEku infrastrukturu, kontrolne funkcije i protokole, dok se integracijom usluga postiiu zajedniEke usluge za fiksne i pokretne mreie te zajedniEko korisniEko suEelje. Na S1. 8.6 predoEena je ta zarnisao. ZajedniEka je mreina okosnica za razlicita rjegenja iiCnog pristupa, npr. kroz javnu komutiranu telefonsku mreiu, digitalnu mreiu integriranih usluga ili Internet kojem se prilazi kroz lokalne mreie, te beiiCnog pristupa (GSM, GPRS, UMTS). Na primjeru je pokazana koegzistencija GSM rnreie proSirene GPRS-om i UMTS-a s javnom telefonskom mreiom, digitalnom mreiom integriranih usluga i Internetom.

8.3. Sustavi pokretnih telekomunikacija

GSMIUMTS jezgrena mreia

mreina okosn~ca

UMTS radio pristup

GSMIGPRS radio pristup

medljski prilaz

GSM

GSMIUMTS

UMTS

GPRS

S1. 8.6 N o v a generacija rnreia

Nova generacija pokretnih terminala moie obavljati obradne funkcije i komunikacijske funkcije. Obradne funkcije obavljaju raEunala razlicite izvedbe i kapaciteta kao Sto su npr. prijenosno raEunalo (laptop), ruEno raEunalo (handheld computer) i osobni digitalni asistent (PDA - Personal Digital Assistant), ili su ugradene u pokretne telefone. Komunikacijskim funkcijama ostvaruje se pristup javnoj pokretnoj mreii, prilaz drugoj mreii kroz javnu mreiu te privremeno povezivanje drugih naprava s tenninalom. Privremeno povezanim napravarna terminal omogukuje pristup javnoj mreii i prilaz drugoj mreii. Primjer moie biti pokretni telefon izveden za jedno ili vise frekvencijskih podrucja (multiband) preko kojega putem Bluetooth privremene veze prijenosno raEunalo pristupa Internetu (Sl. 8.7). < Ad hoc povezivanje drugih naprava Bluetooth

<

multrP 0 K R E

T E R M i

I L

pristup GSM GPRS UMTS

<

> prilaz drugoj mreii (usluge) internet

>

S1. 8.7 Nova generacija terminala

ViSemedijska komunikacija bitna je pretpostavka nove generacije pokretnih terminala. TriiSna uspjeSnost usluge kratkih poruka (SMS u GSM-u), koja

8. Pokretljivost u mreiama

omoguCuje razmjenu teksta, potaknula je razvoj usluge izmjene visemedijskih poruka (MMS - Multimedia Messaging Service). Za razliku od elektronieke poSte, SMS ne zahtijeva korisnieki postanski sanduCiC, jer se izmjena poruka rjeSava posebnim centrom koji ih prima i prosljeduje odrediSnom korisniku, uz najavu. Takav pristup prikladan je kako za interaktivnu komunikaciju, tako i za prijam obavijesti.

8.4. Globalni sustav pokretnih komunikacija Globalni sustav pokretnih komunikacija, GSM, je digitalni sustav s vizestrukim pristupom u vremenskoj podjeli. ViSestruki pristup u vremenskoj podjeli rijeSen je tako da se na svakoj od 124 prijenosne frekvencije izvodi 8 kanala u vremenskoj podjeli. Stoga ukupan broj kanala kojima raspolaie GSM iznosi 992. Govor i signalizacija u GSM-u prenose se digitalno. KorisniEka informacija prenosi se prometnim kanalima (TrafSic Channel), a upravljaeka informacija posebnim kontrolnim kanalima (Control Channel), Eime je postignuto odvajanje korisniEke i upravljaeke informacije. GSM mreia pokriva podrucje radijskim signalom na Celijskom naEelu. delijom (cell) se naziva podruEje pokriveno jednim radijskim primopredajnim sustavom. delijska struktura omoguCuje dobru iskoristivost raspoloiivih frekvencija, jgr se u susjednim Celijama rabe razliEite, a u udaljenim Celijama iste frekvencije. Tako se moie postiCi optimum pokrivenosti i iskoristivosti frekvencijskog spektra koji je ograniEeni resurs.

8.4.1. Arhitektura GSM mrere GSM mreia (Sl. 8.8) sadrii prilazni pokretni komutacijski centar GMSC (Gateway Mobile Switching Centre) preko kojeg se povezuje s drugim mreiama i preko kojeg se pristupa GSM mreii, te pokretne komutacijske centre MSC (Mobile Switching Centre). Oni povezuju GMSC i sustave baznih postaja BSS (Base Station System). BSS se sastoji od dva dijela, kontrolnog, BSC (Base Station Controller) i primopredajnog, BTS (Base Transceiver Station). Jedan BSC upravlja s viSe BTS-ova koji sadrie antenske sustave, a podruEje pokrivanja radijskim signalom jednog BTS-a naziva se Celija. Skup Celija koje pripadaju jednom MSC-u naziva se lokacijsko podrurije (LA - Location Area). KorisniEki terminal (npr. pokretni telefon) naziva se opCenito pokretnom postajom MS (Mobile Station). Upravljanje pokretljivoSCu zasniva se na dvama lokacijskim registrima, odnosno lokacijskim bazama podataka. DomaCi lokacijski registar (HLR Home Location Register) sadrii sve podatke o vlastitim (domakim) pretplatnicima i uslugama koje oni koriste, te o njihovoj trenutnoj lokaciji.

8.4. Globalni sustav pokretnih komunikacija

Svaka GSM mreia ima svoj HLR s trajnim zapisom pretplatniekih podataka i zapisom trenutne lokacije pretplatnika ukoliko je ista poznata. signalizacija govorlpodaci

S1. 8.8 Arhitektura GSM mreie

GostujuCi lokacijski registar ili lokacijski registar posjetitelja (VLR - Visitor Location Register) pridruiuje se svakom MSC-u. VLR sadrii podatke o pretplatnicima vlastite mreie i pretplatnicima drugih mreia koji su trenutno u lokacijskom podruCju dotiCnog MSC-a. Taj zapis pretplatniekih podataka je privremen i traje za vrijeme boravka pretplatnika u lokacijskom podruCju. Podatke o trenutnoj lokaciji VLR dojavljuje HLR-u pretplatnikove domake mreie, tj. vlastitom HLR-u za pretplatnike svoje mreie, a HLR-ovima drugih mreia za njihove pretplatnike koji su preSli u lokacijsko podruCje koje kontrolira dotiEni MSC, odnosno VLR. Lokacijske baze podataka trebaju biti izvedene na naEelu tolerancije kvarova kako bi se omoguCio potpuni i brzi oporavak nakon kvara. PrekoraEenje kapaciteta baze podataka korisnika posjetitelja (VLR over-ow) otituje se kao nemoguCnost registriranja novih korisnika. Ono se moie rijeSiti posebnim postupcima odabira i brisanja postojedih VLR zapisa neaktivnih korisnika. Centar za provjeru autentienosti (AUC - Authentication Centre) sadrii autentifikacijski kljue kojim se provjerava autentienost pretplatnika pri svakom pozivu. Registar identifikacije opreme (EIR - Equipment Identification Register) sadrii serijski broj pokretne postaje kojim se moie provjeriti je li ista u vlasniStvu pretplatnika. EIR je dodatna mogudnost GSM-a, tako da se provjera ne mora obvezno provoditi. Prigodom zasnivanja pretplatniekog odnosa u HLR se zapisujil medunarodna identifikacija pokretnog pretplatnika (IMSI - International Mobile Subscriber

8. Pokretljivost u mreiama

Identification), pozivni broj pokretne postaje (MSISDN - Mobile Station ISDN), autentifikacijski MjuE (Ki - Authentication Key) te popis usluga i moguCnosti kojima raspolaie pretplatnik, tj. njegov usluini profil. IMSI jednoznacno odreduje GSM mreiu i pretplatnika, a koristi se za sistemske operacije u mreii i izmedu razlititih GSM mreia. MSISDN je pretplatnikov pozivni broj, npr. 385 91 xxx xx xx ili 385 98 xx xx xx. Ki je jednoznatni autentifikacijski kljuE zapisan u MS, HLR i AUC koji omoguCuje provjeru pretplatnika prije poEetka poziva. Ukoliko se kljuEevi ne podudaraju, poziv se odbacuje. U pokretnu postaju umeCe se modul pretplatnickog identiteta (SIM - Subscriber Identity Module) koji sadrii IMSI i Ki. MS je zaStiCen osobnim identifikacijskim brojem (PIN - Personal Identification Number) kojim se ukljuEuje. Odblokiranje S M - a nakon tri pogreSna unosa PIN-a provodi se s kljuEem za odblokiranje (PUK - PIN Unblocking Key).

8.4.2. Komunikacijske procedure u GSM mreri W pravljanje pokretljivoScu Kao Sto je reEeno, osnovno rjeSenje koje se primjenjuje u sustavima 2. generacije zasniva se na dvjema lokacijskim bazama podataka, HLR i VLR. U HLR-u mora biti zapisana trenutna lokacija korisnika, tj. adresa VLR-a Eije je podruEje korisnik posjetio, dok u VLR moraju biti prebaEeni pretplatniEki podaci o korisniku iz HLR-a. Mreia nadzire ukljuEivanje (Attachment) i iskljucivanje (Deatachment) MS-a tako da prati njegovo stanje. Nakon ukljuEivanja, MS se otkriva u Celiji u kojoj se trenutno nalazi, provjerava se autentiEnost i identitet opreme te u VLR-u registrira lokacijska informacija. Nakon toga VLR obavjeStava pretplatnikov HLR o njegovoj lokaciji. Tako se mreia unaprijed priprema za pozive, jer Ce znati odakle moie krenuti odlazni poziv, odnosno karno treba usmjeriti dolazni poziv. Registracija (Registration) se obnavlja periodiEki te kod promjene lokacije, tako da se uvijek raspolaie novom lokacijskom infonnacijom zapisanom u VLR i HLR. Kod promjene lokacijskog podruEja, lokacijska informacija se u dotadagnjem VLR-u briSe, a upisuje u novi VLR. IskljuEivanjem MS-a gubi se lokacijska infonnacija i MS prestaje biti dostupan. Prigodom svake prve registracije i svake promjene lokacije mora se provesti registracijska procedura izmedu MS-a, VLR-a i HLR-a. Registracija u vlastitoj mreii (Sl. 8.9) sadrii sljedeCu signalizaciju unutar domaCe mreie: 1. zahtjev za registracijom; 2. registracijska poruka; 3. pretplatnicki podaci;

8.4. Globalni sustav pokretnih komunikacija

4. uspjes'na registracija.

S1. 8.9 Registracija u vlastitoj rnreii

Kod promjene lokacije u vlastitoj mreii signalizacijska procedura je sljededa: 1. zahtjev za registracijom; 2. registracijska poruka; 3. pretplatnicki podaci; 4. uspjes'na registracija; 5. deregistracijska poruka; 6. potvrda deregistracije. Ovakav naCin registracije ne zahtijeva da MS pri promjeni lokacije zna adresu VLR-a kod kojeg je bio prethodno registriran (Sl. -8.10). Sva signalizacija ._ obavlja se unutar domate rnreie. Drugi naCin registracije moguC je kad MS zna adresu VLR-a kod kojeg je bio prethodno registriran (Sl. 8.11). Signalizacija je sljededa: 1. zahtjev za registracijom; 2. zahtjev za HLR adresom; 3. HLR adresa; 4. registracijska poruka; 5. pretplatniCki podaci; 6. uspjes'na registracija; 7. deregistracijska poruka; 8. potvrda deregistracije. \

_\

8. Pokretljivost u mreiama

lrik22"-

S1. 8.10 Registracija)-

8

3

MS

^thajt 1

MS

S1. 8.11 Registracija (F stari VLR)

MS se registrira i moie ostvariti komunikaciju u drugim mreiama s kojima je operator njegove mreie sklopio ugovor o prelaienju (Roaming).Registracija u posjekenoj mreii je slo8enija, jer izaziva signalizaciju izmedu VLR-a posjeCene mreie i HLR-a domake mreie (Sl. 8.12). Svaka promjena lokacije u posjekenoj mreii izaziva signalizaciju izmedu novog VLR-a i starog VLR-a u posjeCenoj mreii s HLR-om u domaCoj mreii.

posjeCena mreia s ugovorom o prelaienju

domaCa rnreia

S1. 8.12 Registracija u posjekenoj mreii s ugovorom o prelaienju Promjena lokacije provodi se postupkom lociranja (Locating) kojim se utvrduje potreba za prebacivanjem ukljuEene MS iz jedne Celije u drugu na temelju procjene kvalitete signala, tj. odnosa signaVSum. Te dvije Celije mogu biti unutar istog lokacijskog podrucja, iste mreie ili razliEitih mreia. Ukoliko je

8.4. Globalni sustav ~okretnihkomunikaciia

neko podruEje pokriveno s viSe GSM mreia, gostujuCi MS Ce odabrati onu s najboljom kvalitetom signala, ukoliko odabir nije ograniEen odlukom korisnika. Stoga je tehniEko rjeSenje sustava baznih postaja vaino za "privlaEenje" gostujuCih pretplatnika. Svaki zapoEeti poziv mora se nastaviti pri promjeni Celije, odnosno kanala, Sto se ostvaruje prebacivanjem poziva (Handover) u kanal nove Celije.

Poziv Odlazni poziv u drugu, fiksnu ili pokretnu mreiu, odvija se ovako: 1. MS traii slobodni prometni kanal do BTS-a. Ukoliko su svi kanali zauzeti, poziv se odbacuje. 2. Kontrolnim kanalima MS se povezuje s AUC i EIR kako bi se provjerila autentiEnost i identitet opreme. Ukoliko nije utvrdena autenticnost, poziv se odbacuje. 3. Signalizacijom na relaciji MS - BTS - BSC - MSC - GMSC - druga mreia dostupa se drugom korisniku. Ukoliko pozvani korisnik nije slobodan, ne javlja se ili mreia nema slobodnih resursa za uspostavljanje poziva, poziv se odbacuje. 4. Nakon javljanja pozvanog korisnika, uspostavlja se komunikacija prethodno dodijeljenim kanalom, uz kriptografsku zaStitu (Ciphering). Dolazni poziv je sloieniji, jer, za razliku od fiksne mreie, lokacija pozvanog pretplatnika nije unaprijed poznata, te se odvija ovako: 1. GMSC od HLR-a traii lokacijsku informaciju za pozvani MS. Ukoliko lokacijska informacija nije poznata (npr. MS iskljuten), poziv se odbacuje. 2. Poziv se usmjerava prema MSC-u u Eijem se lokacijskom podruEju pretplatnik nalazi. Ukoliko MS nije slobodan, poziv se odbacuje. 3. MSC prenosi BSC-u zahtjev za pozivanjem MS-a. Ukoliko nema slobodnih prometnih kanala ili se pretplatnik ne javlja, poziv se odbacuje. 4. Provjerava se autentiEnost i identitet opreme. 5. Uspostavlja se komunikacija prethodno dodijeljenim prometnim kanalom, uz kriptografsku zaStitu. Mreia traii MS pozivanjem (Pugging) i Eekanjem odziva iz Celije u kojoj se trenutno nalazi.

8.4.3. GSM protokoli GSM protokoli u signalizacijskoj ravnini na relaciji MS - BSS - MSC prikazani su na S1. 8.13. Protokole odreduju radijsko ili zraEno suEelje izmedu MS i BSS (Radio/Air Interface), te suEelje A izmedu BSS-a i MSC-a (A Inte$ace). Prvi

8. Pokretljivost u mreiama

sloj (Layer I) odnosi se na fizikalni kanal, drugi (Layer 2) na podatkovni link, a sloj poruka (Message Layer) na funkcije viSe razine. signalizacija

suEelje A

BSS

-

MSC

--------

. . . -. . -.. -. -. . . . .. . -.

sloj poruka Message Layer

-BSSMAY - -.procesi: ..- .I L-)TAP Management (MM)

/

i----l

.-----------.----------..-------------------------"""8

J---

1

-- - - - - -- - - - - - - - - - -

-.

sloj 2 Layer 2

LAPDm

Message Transfer

sloj 1 Layer 1

Korisnieka informacija MS - BSS: TDMA kanal BSS - MSC - GMSC: govorni kanal kapaciteta 64 kbitls

S1. 8.13 GSM protokoli Na drugim signalizacijskim relacijama izmedu MSC, GMSC, HLR, VLR, AUC i EIR primjenjuje se sustav signalizacije zajedniekim kanalom, s posebnim rjeSenjima samo za aplikacijski dio (MAP - Mobile Application Part).

Fizikalni kanal Fizikalni kanali u GSM rnreii ostvaruju se vremenskom podjelom kojom se formira okvir (frame) s osam vremenskih kanala na svakoj od dodijeljenih frekvencija koje su medusobno razmaknute za 200 kHz (SI. 8.14). Frekvencijski pojas 890-915 MHz rabi se za kanale koji se koriste za prijenos od MS-a prema BSS-u, a 935-960 MHz za kanale u suprotnom smjeru. Vremenski okvir trajanja je 4,615 ms. Fizikalni kanal odgovara jednom odsjecku (slot) trajanja 0,577 ms kojim se prenosi snop bita (burst) trajanja 0,546 ms. Snop sadrii 114 Sifriranih (sigurnosno zaStiCenih) korisnickih bita i 48 dodatnih bita. Fizikalni kanali sluie za prijenos korisnieke informacije, tj. kao prometni kanali. Govor se prenosi digitalno, s kodiranjem govornih blokova kojim se postiie brzina prijenosa 13 kbitls. Rabi se modulacijski postupak GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying). Uz fizikalne kanale formiraju se i IogiCki kanali, tako da se stvaraju multiokviri (multiframe) od 26 ili 51 okvira, trajanja 120 ili 236 ms. LogiEki kanali slu3e za prijenos kontrolne informacije i formiranje kontrolnih kanala.

8.4. Globalni sustav pokretnih komunikacija frekvencijski pojas +MS

935 200 kHz tMS

fizikalni kanal

<

>

vremenski odsjeEak (Slot) 0,577 ms snop (Burst)

S1. 8.14 Fizikalni kanal u GSM rnreii

Podatkovr~ilink Protokol sloja veze LAPDm (Link Access Protocol Data mobile) izveden je iz istovrsnog ISDN protokola. Za razliku od ISDN-a, u kojem se izmjenjuju protokolne jedinice podataka razliEite duljine koje su oznaEene zastavicom 01 11 1110 na poEetku i kraju, u GSM-u se radi s protokolnom jedinicom podataka fiksne duljine. To je prikladno za radijski prijenos, jer fiksna duljina protokolne jedinice podataka omogukuje razgranitavanje okvirom (Sl. 8.15). adresno polje kontrolno polje polje indikatora duljine (LI) informacijsko polje .........................................................

punjenje (do 23 okteta)

S1. 8.15 Jedinica podataka GSM protokola sloja veze

Blok sadrii adresno polje (Address Field), kontrolno polje (Control Field), polje indikatora duljine LI (Length Indicator Field) i informacijsko polje (Information Field), sva duljine 8 bita. Polje indikatora duljine oznaEava duljinu

8. Pokretliivost u mreiama

informacijskog polja. Da bi se postigla fiksna duljina bloka, informacijsko polje se uvijek nadopunjava na 23 okteta, odnosno 184 bita. Sifriranje povedava broj bita sa 184 na 456, koji se smjeStaju u Eetiri snopa.

Sloj poruka Sloj poruka na zraEnom suCelju dijeli se na tri podsloja sa sljededim zadadama: podsloj upravljanja radijskim resursima (RR - Radio Resource Management Sublayer) kojim se uspostavlja fizikalna veza preko radijskog kanala za prijenos signalizacije izmedu MS-a i BSS-a; podsloj upravljanja pokretljivoSCu (MM - Mobility Management Sublayer) koji uspostavlja, odriava i prekida vezu te provodi postupke ukljuEivanja, lociranja i iskljuEivanja izmedu MS-a i MSC-a; podsloj upravljanja vezom (CM - Connection Management Sublayer) za dodatne usluge i SMS izmedu MS-a i MSC-a. Podsloj RR zavrSava u baznoj postaji, a podriava ga BSS upravljaCki aplikacijski proces (BSSMAP - BSS Management Application Process) za sve procedure izmedu BSS-a i MSC-a koje zahtijevaju interpretaciju i obradu informacija vezanih uz poziv te upravljanje radijskim resursima. Drugi BSS proces, aplikacijski proces za izravni transfer informacija (DTAP Direct Transfer Application Process), osigurava transparentni prijenos informacija izmedu MS i MSC za upravljanje pokretljivoSCu i vezom, bez ikakve obrade u baznoj postaji.

Protokoli suCelja A Na suEelju A prelazi se na sustav signalizacije zajedniCkim kanalom br. 7 (Common Channel Signalling System No. 7 ) s posebnim rjeSenjem aplikacijskog dijela, kako slijedi: BSS aplikacijski dio (BSSAP - BSSApplication Part) za GSM, kontrolni dio za signalizacijsku vezu (SCCP - Signalling Connection Control Part) i dio za prijenos poruka (MTP - Message Transfer Part). KorisniEka informacija na tom suEelju prenosi se standardnim digitalnim kanalom kapaciteta 64 kbitls.

8.4.4. Pristup lnternetu iz GSM mreZe GSM rnreiom mogu se prenositi podaci u govornom kanalu brzinom do 9,6 kbitls, Sto je rjeSenje ekvivalentno onome koje se primjenjuje u telefonskoj mreii. Stoga se GSM moie rabiti za pristup Internetu malim brzinama. Pristup Internetu iz GSM mreie vaian je za tzv. pokretni Internet (Mobile Internet)

8.4. Globalni sustav pokretnih komunikacija

kojim se oznatava pristup i rad u Internetu preko pokretnog telefona i drugih pokretnih terminala koristeCi podatkovnu komunikaciju preko beiiEnog pristupa. Ukoliko GSM operator nije ujedno i davatelj internetske usluge (ZSP - Internet Sewice Provider), moguCe je rjeSenje sa skupom modema na izlazu iz GSM mreie koji se dodjeljuju podatkovnom pozivu preko kojih se kroz telefonsku mreiu pristupa Internetu (Sl. 8.16). Loge strane ovakvog rjeSenja su dugotrajno uspostavljanje veze (20 s), dodatni troSkovi telefonske veze te nemoguknost uvodenja usluga s dodatnom vrijednosti (Value Added Sewice).

MS

Dodatna mogucnost

skup modema (Modem Pool)

Internet: e-mail

-+ GSM: SMS

S1. 8.16 Povezivanje GSM - Internet

Za GSM operatora koji je ujedno ISP povoljnije je rjeSenje s pristupni posluiitelj (Access Sewer) na kojem zavrSavaju podatkovni pozivi, a koji omoguCuje izravni pristup Internetu, uz digitalnu prospojenost s kraja na kraj. Veza se uspostavlja za manje od 10 s, a otvorena je mogudnost uvodenja usluga s dodatnom vrijednosti. Prosljedivanje elektroniEke poSte kratkom porukom i obratno dodatna je mogudnost povezivanja GSM mreie i Interneta. Pristup intranetu iz GSM mreie odvija se u koracima kojima se postupno gradi pristupna veza na temelju protokola PPP (Point to Point Protocol), kao Sto je prikazano na S1. 8.17. Tako se moie ostvariti virtualna privatna mreia (VPN - Virtual Private Network) koja rabi Internet kao transportnu mreiu kroz koju se tuneliraju paketi izmedu GSM mreie i intraneta.

8. Pokretljivost u mreiama pristupni posluiitelj (Access Server)

lntecnet ,

1. Biranje pristupnog posluiitelja 2. Uspostavljanje PPP linka

3. Provjera pristupa lntranetu

\

i

4. Uspostavljanje tunela

5. Provjera autentienosti korisnika

6. PPP link korisnik - intranet, dodjela IP adrese 7. lzrnjena podataka (virtualni kanal)

S1. 8.17 Pristup intranetu iz GSM rnreie

8.5. Opce paketske radijske usluge Pokretni Internet obuhvaCa rjeSenja za pristup i rad u Internetu preko pokretnog telefona i drugih pokretnih tenninala. Kako je u tom slui-aju rijeE o komunikaciji podacima preko beiiEnog pristupa, odnosno o usnopljenom prometu, potrebno je omoguCiti prijenos podataka komutacijom paketa. OpCe paketske radijske usluge, GPRS, uvode komutaciju paketa unutar postojeCe GSM mreie, dakle rijei: je o proSirenju GSM arhitekture sa sljedeCim znai-ajkama za operatora: bolje karakteristike beiii-nog prijenosa podataka, bolja iskoristivost kanala u odnosu na prijenos podataka komutacijom kanala, brzo i jednostavno dodavanje Evorova koji omoguCuju komutaciju paketa u postojeCu GSM infrastrukturu, korak bliie treCoj generaciji mreia i usluga. S glediSta krajnjeg korisnika GPRS omogukuje: povezanost s Internetom ili intranetom preko pokretnog tenninala, stalnu vezu s Internetom, povekanje brzine komuniciranja, brii pristup mreii, naplatu prema primljenom, odnosno poslanom volumenu podataka, a ne prema trajanju komunikacije.

8.5. OpCe paketske radijske usluge

8.5.1. GPRS arhitektura GPRS uvodi u GSM mreiu paketski prijenos uz rninimalne promjene (Sl. 8.18) postojeke opreme. UpravljaE bazne postaje proSiruje se paketskom kontrolnom jedinicom (PCU - Packet Control Unit) koja se povezuje s paketskim dijelom rnreie kojem Cvorovi medusobno komuniciraju protokolom IP. Novi Evorovi su usluini GPRS potporni Evor (SGSN - Sewing GPRS Support Node) i prilazni GPRS potporni Evor (GGSN - Gateway GPRS Support Node). SGSN posluiuje korisnika, odnosno rukuje prometom korisnikovih paketiziranih podataka unutar zernljopisnog podruEja pokrivenog baznom postaj om. PodruEje mreie koje pokriva jedan SGSN naziva se podruEjem usmjeravanja (RA - Routing Area). GGSN prosljeduje podatke, odnosno povezuje korisnika s drugim podatkovnim mreiama. Funkcija SGSN-a ekvivalentna je onoj koju imaju MSCIVLR entiteti u GSM-u, a GGSN-a onoj koju ima GMSC.

S1. 8.18 GPRS arhitektura

Cvorovi SGSN i GGSN medusobno su povezani mreinim protokolom IP, a za prijenos se najEeSCe rabi komutacija okvira (Frame relay) ili ATM (Asynchronous Transfer Mode). SGSN obavlja sljedeCe zadake: usmjeravanje paketa izlu RA odlprema MS-u, kriptografska zaStita podataka i provjera autentiEnosti korisnika, upravljanje sjednicom, upravljanje pokretljivoSCu, upravljanje logiCkom vezom prema MS-u, prikupljanje podataka za naplatu,

.

8. Pokretliivost u mreiama

suradnja s HLR-om, MSC-om, BSC-om, GMSC-om i GGSN-om. SGSN je odgovoran za usmjeravanje paketa od pokretnih postaja i prema pokretnim postajama unutar svojeg podruiija pokrivanja. On posluiuje sve GPRS korisnike unutar njegovog podrueja usmjeravanja. GPRS korisnik moie biti posluien od strane bilo kojeg SGSN-a u mreii, ovisno o lokaciji. Podaci se usmjeravaju od SGSN-a prema BSC-u i preko BTS-a do pokretne postaje MS. Predvidena su sljededa tri naEina rada tenninala: istodobna komutacija kanala i paketa (razred A), komutacija kanala i paketa s automatskim prebacivanjem, ali ne istodobno (razred B), komutacija kanala ili paketa s manualnim prebacivanjem ili samo komutacija paketa (razred C). SuEelje izmedu MSC-a i SGSN-a odgovorno je za koordinaciju signalizacije za terminale koji imaju moguCnost komutacije kanala i komutacije paketa. HLR sadrii podatke o GPRS pretplatnicima i informacije o usmjeravanju. GGSN sluii za povezivanje s drugim GPRS mreiama i prema vanjskim IP mreiama. Kako bi omoguCio komunikaciju s razliEitim mreiama, GGSN vrs'i pretvorbu formata podataka, signalizacijskih protokola i adresne informacije. On usmjerava promet odredenom SGSN Evoru i po potrebi vrs'i pretvorbu protokola, a moie sadriavati DNS (Domain Name Sewer) i DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) funkcije. GGSN ujedno radi sljedede: upravljanje GPRS sjednicom i uspostavljanje komunikacije prema vanjskim mreiama, pridruiivanje korisnika pravom SGSN-u, upravljanje pokretljivoSdu, upravljanje logiEkom vezom prema MS-u, prikupljanje podataka za naplatu, suradnja s SGSN-om.

8.5.2. GPRS protokoli Kontrolna ravnina U kontrolnoj ili signalizacijskoj ravnini prenosi se upravljaEka informacija (signalizacija) kojom se omoguduje paketska komunikacija. GPRS suCelja nazivaju se G suEelja. Na S1. 8.19 prikazani su protokoli u MS-u, BSS-PCU-u, SGSN-u i GGSN-u, odnosno zraEna, suEelja Gb i Gn, dok su na S1. 8.20 prikazani protokoli i suEelja za komunikaciju SGSN-a s dijelovima GSM mreie.

. Radio Interface

MS

8.5. Opce paketske radijske usluge

BSS-PCU

Gb ~nterface

Gi

SGSN

interface

GGSN

S1. 8.19 Protokoli u MS-u, BSS-PCU-u, SGSN-u i GGSN-u u kontrolnoj/signalizacijskojravnini

SSGN

BSSAP

Gr, Gf

HLR, EIR

BSSAP

SCCP

MTP SCCP BSSAP

SSGN

(G)MSC, VLR

Message Transfer Part Signalling Connection Control Part BSS Application Part

Signalizacijski

SCCP

1

SCCP

MTPJ

MTPZ

TCAP MAP

~~ ~

Transaction Capabilty Application Part Mobile Application Part

Sl. 8.20 Protokoli i suEelja izmedu SGSN i GSM entiteta

Prvi sloj na zraEnom suEelju predoEen je fizikalnim kanalom GSM-a koji se naziva paketski podatkovni kanal (PDCH - Packet Data Channel). PDCH zauzima jedan vremenski odsjetak, kao i GSM kanal. Svaki PDCH mogu rabiti svi korisnici u Celiji, a jedan korisnik moie rabiti vise PDCH-a. U svakoj se Celiji broj PDCH kanala, odnosno omjer GSM i GPRS fizikalnih kanala odreduje na temelju ocekivanog prometa. Broj PDCH-a moBe biti fiksan ili se dinamiEki prilagodavati prometu. U tom slutaju mogu se postaviti graniEne vrijednosti broja PDCH kanala. Kako je broj kanala u Celiji konstantan, poveCanje GPRS kanala srnanjuje broj raspoloBivih GSM kanala i obratno. Ovisno o primijenjenoj kodnoj shemi, postiiu se brzine prijenosa proporcionalne broju dodijeljenih kanala. Npr., uz brzinu od 14,4 kbitts po

8. Pokretliivost u mreiama

kanalu i svih 8 kanala za paketski prijenos to je brzina od 115,2 kbit/s. Kao i kod GSM-a, uz fizikalne kanale postoje i logiEki kanali za kontrolne funkcije koji se temelje na multiokviru od 52 okvira trajanja 240 ms. Protokoli kontrole veze i pristupa mediju obvezni su u svim situacijama kad viSe korisnika (ratunala) pristupa zajedniEkom mediju. Takvo je rjeSenje poznato u lokalnim rnreiama, a primijenjeno je i u GPRS-u. Naime, svakom PDCH-u moie pristupiti bilo koji korisnik, a u jednom trenutku viSe korisnika moie zahtijevati pristup. U GPRS-u te funkcije obavljaju protokoli za kontrolu pristupa mediju (MAC - Medium Access Control), kontrolu radijske veze (RLC Radio Link Control) i kontrolu logiEke veze (LLC - Logical Link Control) ,prikazani na S1. 8.21. Logical Link Control (LLC) do 1500 okteta

1

I

LL PDU (Protocol Data Unit)

Radio Link gontrol (RLC)?: Medium Acjess Control ( 9 C )

1

1

Radio

at ; : ;4

PDCV" fizikhlni kanal Snop

Snop

Snop

Snop

S1. 8.21 Kontrola i pristup mediju

ZadaCa MAC protokola je upravo rasporedivanje zahtjeva za kanal. Uz to, on multipleksira promet prema razliEitim terrninalima i brine se o prioritetima. ZadaCa RLC protokola je kontrola pristupa kanalu, a LLC sluii ostvarivanju logiEkog linka izmedu komunicirajuCih strana (MS i SGSN). Kad MS prima podatke, provode se sljedeCe operacije tog sloja: prima se protokolska jedinica podataka logiEkog linka (LL PDU) veliEine do 1500 okteta, LL PDU se u segmentima od 20-50 okteta dostavlja do RLC-a, MAC fonnira radijske blokove od 456 bita koji se ubacuju u PDCH (4 snopa za svaki blok).

8.5. Owce waketske radiiske usluae

ViSi slojevi ne obraduju se u baznoj postaji, vet se transparentno prenose do SGSN-a. Tako su uz LLC rijeSene funkcije GPRS upravljanja pokretljivoSCu (GMM - GPRS Mobility Management) i upravljanja sjednicom (SM - Session Management). Na suEelju Gb izmedu BSS-PCU-a i SGSN-a donja dva sloja L l i L2 mogu se rijeSiti na razliEite naEine, dok je treCi namijenjen za protokol BSSGP (BSS GPRS Protocol) kojim se izmjenjuju informacije o usmjeravanju i kvaliteti usluge. Izmedu SGSN-a i GSGN-a komunicira se mreinim protokolom IP i transportnim protokolima TCP ili UDP. Paketi koji idu iz vanjske rnreie ili u nju tuneliraju se protokolom GTP (GPRS Tunneling Protocol). SGSN je s GMSC-om, MSC-om i VLR-om povezan sustavom signalizacije br. 7, s aplikacijskim dijelom BSSAP na suEelju Gs, a s HLR-om i EIR-om rabi se MAP na suceljima Gr i Gf. Ta su rjes'enja preuzeta iz GSM-a.

KorisniCka ravnina KorisniEka ili transrnisjjska ravnina kojom se prenose podaci izmedu MS-a i Interneta temelji se na istim protokolima niiih slojeva kao i kontrolna ravnina (LLC, K C , MAC i fizikalni kana1 na zraEnom suEelju, BSSGP, L2 i L1 na suEelju Gb), te protokolima Interneta na viSim slojevima (aplikacijski, TCPIUDP, IP). Paketi se tuneliraju izmedu SSGN-a i GGSN-a, za Sto sluii GTP, kao i u kontrolnoj ravnini. Pritom se rabi transportni protokol UDP (Sl. 8.22).

I

cq

BSS

1

SGSN

GGSN

S1. 8.22 Protokoli u korisniCkoj1transmisijskoj ravnini

Osnovna je zarnisao "privesti" internetske protokole do pokretne postaje. Izmedu IP-a i najviSeg GPRS protokola (LLC) na MS-u nalazi se SNDCP (Sub Network Dependency Control Protocol) kojim se IP prilagodava radu u GPRS-u na relaciji MS - SGSN.

8. Pokretljivost u mreiama

S motriSta korisnika, svi slojevi i protokoli ispod IP-a izmedu radijskog i suEelja Gi sluie kao prijenosni sloj (bearer) kojim se korisnicki terminal beiitno, u pokretu, povezuje s Internetom. Treba uoEiti da se protokol IP javlja na dvjema razinama i s dvjema zadaiama; sistemskom i korisniEkom. To je prva takva primjena protokola IP u pokretnoj rnreii.

8.5.3. Upravljanje pokretlj ivoScu Paketska komunikacija u pokretu zahtijeva posebna rjeSenja, razliEita od onih koja se primjenjuju u kanalskoj komunikaciji. KljuEna je razlika da treba upravljati sjednicom, tj. sudionicima u komunikaciji, a ne samo vezom. To omoguCuju sljededi podaci (Sl. 8.23): zapis o kretanju (MM Context- Mobility Management Context), kojim se MS pridruiuje SGSN-u u Eijem se podrutju nalazi i tako definira lokacijska informacija; ovaj zapis odriavaju MS i SGSN, zapis o paketskom protokolu (PDP Context - Packet Data Protocol Context),koji opisuje karakteristike veze, a koriste ga MS, PCU, SGSN i GGSN, te podatak o privremeno dodijeljenom fizikalnom kanalu kojim se prenose paketi na radijskom suEelju (Temporary Block File), a odriavaju ga MS i PCU.

TBF (Temporary

MM Context

I PDP Context (Packet Data Protocol) 1 S1. 8.23 Podaci koji omoguCuju upravljanje pokretljivoSCu

Pohranjenost informacija po pojedinim Evorovima je sljedeCa: HLR - stalna infonnacija o pretplatniku, SGSN - trenutna informacija o pretplatniku koja obuhvaCa aktivni PDP zapis dobiven od nadleznog GGSN-a i lokaciju MS-a,

8.5. Opce paketske radijske usluge

GGSN - aktivni PDP zapis i lokacija MS-a dobivena od nadleinog SGSN, MS - aktivni PDP zapis i vlastita lokacija. Upravljanje pokretljivoSCu (MM - Mobility Management) ukljutuje sljedede aktivnosti: ukljutivanje (attach), iskljucivanje (detach) i aiuriranje lokacije (location update). Lkljutivanje podrazumijeva pridruiivanje sustavu, iskljutivanje izlazak iz sustava, a aiuriranje lokacije podrazumijeva aiuriranje Celije i aiuriranje podruiija usmjeravanja. Podrutje usmjeravanja pokriveno je jednom ili vedim brojem Celija, a obuhvaCa cijelo ili dio lokacijskog podrutja.U GPRS mreii pokretna stanica moie zauzeti tri stanja (Sl. 8.24).

ukljutivanje vrernenska kontrola

iskljutivanje

pripravan vrernenska

prijenos paketa

(Standby)

S1. 8.24 Stanja MS

U stanju slobodan (idle) pokretna postaja je fizitki ukljuEena (MS ON), ali nije pridruiena GPRS-u. U stanju pripravnosti (ready) omoguCen je prijenos paketa i provodi se aiuriranje Celije pri kretanju. U priEuvnom stanju (standby) MS je ukljuten u GPRS, ali ne izmjenjuje pakete. U tom se stanju pri kretanju aiurira samo podruEje usmjeravanja. Vremenske kontrole (timeout) ograniEavaju zadriavanje u stanjima pripravnosti i priEuve za neaktivne postaje. Mogudi sluEajevi prilikom ukljuEivanja u GPRS mreiu su sljedeCi: prvo ukljucivanje, ponovno ukljuEivanje unutar istog SGSN-a, odnosno podruEja usmjeravanja, ponovno ukljuEivanje unutar razliEitog SGSN-a, odnosno podruEja usmjeravanja, ponovno ukljuEivanje uz obrisani zapis u SGSN. Iskljutivanje moie biti inicirano od strane MS-a ili same rnreie. Prvi primjer razlikuje dva sluEaja, ako se MS fiziEki iskljuEi (MS OFF) ili ne. U drugom

8. Pokretliivost u mreiama

mreia moie iskljuEiti MS sa zahtjevom za ponovnim ukljutivanjem (reattach request) ili bez tog zahtjeva. Razlog iskljuEivanja MS-a od strane rnreie moie biti zaguSenje rnreie, neispravnost MS-a, neplaCeni raEuni i sl. Postupak ukljuEivanja pokretne postaje (Sl. 8.25) za primjer ponovnog ukljuEivanje unutar razliEitog SGSN-a je sljededi: MS Salje zahtjev SGSN-u (Attach Request), provjerava se identitet opreme (ER) i autentitnost (AUC) (Identity Request, Authentication), unosi se nova lokacijska informacija u HLR i novi SGSN, a briSe iz starog SGSN-a (Update Location, Cancel Location), novi SGSN preuzima pretplatnicke podatke iz HLR-a (Subscription Data), SGSN vraCa potvrdu o ukljuEivanju, stvoren je MM zapis u MS-u i SGSNu i pokrenuto upravljanje pokretljivoSdu (Attach Accept). Stari

SGSN

H Attach Req.

Identity Req

Update

cation I

Attach Acce S1. 8.25 UkljuEivanje MS unutar novog RA

Prilikom kretanja MS-a mijenja se podrutje usmjeravanja i tada je potrebno aiurirati lokaciju. Promjena podrutja usmjeravanja provodi se tako da MS Salje SGSN-u zahtjev za aiuriranjem lokacije (RA update request) koji sadrii oznaku Celije i oznaku prethodne lokacije, odnosno starog RA. Ovdje su moguCa dva sluEaja: nova Celija pripada drugom SGSN-a, nova Celija nalazi se unutar istog SGSN-a. Ako nova Celija pripada drugom SGSN, tj. nalazi se unutar novog RA (Sl. 8.26), u postupak aiuriranja ukljuEuje se i GGSN. Novi SGSN Salje zahtjev za SGSN zapisom (SGSN Context Request) starom SGSN-u. SGSN zapis sadrii MM zapis i PDP zapis. Nakon toga stari SGSN bris'e sve informacije o dotitinom MS-u. Osim toga, stari SGSN mora poslati sve neisporutene podatke prema novom SGSN-u (Forward Packets). Aiurira se lokacija u HLR-u i

8.5. OpCe paketske radijske usluge

prebacuju informacije o pretplatniku novom SGSN-u. 0 promjeni moraju biti obavijeSteni svi GGSN-ovi (Update PDP Context). Nakon toga MS dobiva potvrdu o prihvakanju nove lokacije. Treba napomenuti da MS ne dobiva nikakvu informaciju o promjeni RA, odnosno SGSN-a.

I SGSN cojtext Req. ppdate

PC/P

Context

S1. 8.26 Aiuriranje lokacije prilikom promjene RA

U sluEaju da se nova Celija nalazi pod istim SGSN-om, lokacija se aiurira, a MS prima potvrdu. U tom je sluEaju postupak aiuriranja jednostavan i nije potrebno infonnirati GGSN. MS Salje svoju oznaku (MS Identity) nadleznom SGSN-u i to je jedina akcija koja se u ovom sluEaju provodi (Sl. 8.27).

I

MS ldentityj

S1. 8.27 Aiuriranje lokacije prilikom promjene Celije

8.5.4. Paketska komunikacija Komunikacija, odnosno slanje i primanje paketa, omoguCena je kad se MS nalazi u stanju pripravnosti. Kod odaSiljanja paketa prema mreii MS zahtijeva pristupni kana1 BTS - BSC te, ako ga dobije, odaSilje pakete prema SGSN-u. U sluCaju da MS ima dolazni poziv, SGSN Salje pozivni (pugging) signal kojim ga obavjeStava o pozivu, MS kao potvrdu vraCa bilo kakav LL PDU i, ako se nalazi u priEuvnom stanju, prelazi u stanje pripravnosti. Dakle, paketi koji dodu do SGSN-a Eekaju dok MS ne ude u stanje pripravnosti. KljuEna razlika GPRS-a u odnosu na GSM je upravljanje sjednicom. Da bi se mogla ostvariti komunikacija, mora se kreirati PDP zapis na relaciji MS GGSN koji sadrii karakteristike veze i odreduje komunikaciju izmedu MS-a i

8. Pokretliivost u mreiama

GGSN-a. PDP zapis sadrii podatke o vrsti mreie, adresi pristupne toEke, mreinom protokolu, zahtijevanoj kvaliteti usluge (QoS), i druge parametre. Neke vrijednosti mogu se dogovoriti pregovaranjem ili mogu biti postavljene unaprijed, ovisno o pretplatniku. QoS parametar koji se definira PDP zapisom ukljuCuje sljedeCe razrede: Razred vainosti (Precedence class): vainost paketa s obzirom na odbacivanje. Postoje tri razine prioriteta, tako da se prilikom zaguSenja mreie paketi s najniiim prioritetom odbacuju. Razred kaSnjenja (Delay class): vrijeme pristupa radijskom kanalu. Postoje Eetiri razine kaSnjenja (a) kaSnjenje manje od 0.5 s, (b) 5 s, (c) 50 s i (d) najmanje trenutno moguCe kaSnjenje koje mreia moie ponuditi. Razred pouzdanosti (Reliability class): pouzdanost isporuke paketa i otkrivanja pogreSaka. Postoji pet razina pouzdanosti. Razina 1 podriava potvrdu paketa i zaStitu LLC okvira, dok kod razine 5 nema niti potvrde niti zaStite. Razred vrSne propusnosti (Peak throughput class): definira maksimalnu dopuStenu propusnost podataka u 9 razina. Razred prosjecne propusnosti (Mean throughput class): definira prosjetnu propusnost podataka u 19 razina. Svaki korisnik moie imati nekoliko razliEitih PDP zapisa i aktivirati ih i deaktivirati ovisno o ieljenoj usluzi. U sluEaju da PDP zapis nije aktiviran iz bilo kojeg razloga, mreia nadolazeke pakete odbacuje. PDP zapis moie poprimiti jedno od dva stanja: aktivno ili neaktivno. MS u stanju pripravnosti ili priEuve moie aktivirati PDP zapis koji tada prelazi iz neaktivnog u aktivno stanje. PDP zapis prelazi iz aktivnog u neaktivno stanje kada MS prijede u slobodno stanje. MS mora aktivirati PDP zapis kada ieli odaSiljati ili primati podatke. U tom sluEaju Salje zahtjev sa ieljenim parametrima prema SGSN-u, koji takav zahtjev provjerava. Provjeren i eventualno nadopunjen ili popravljen zahtjev SGSN prosljeduje odgovarajuCem GGSN. SGSN i GGSN mogu promijeniti parametre zahtijevane od strane MS-a, odnosno degradirati ih. Proces aktiviranja PDP zapisa je zavrSen kada MS primi potvrdu. Prilikom kretanja, odnosno pri svakoj promjeni SGSN-a, novi SGSN preuzima PDP zapis od starog i provodi promjenu u GGSN-u. Prilikom prijenosa podataka, osim zapisa o karakteristikama veze (PDP zapis), potrebno je definirati i komunikaciju na radijskom suEelju. U tu svrhu, svakoj komunikaciji dodjeljuje se TBF (Temporary Block Flow) kojim je definiran jedan ili viSe PDCH kanala za komunikaciju izmedu MS-a i BSS-a. Komunikaciju opisuju samo dva stanja: prijenos paketa (Packet Transfer) i i stanje bez paketa (Packet Idle). U stanjima pokretne postaje <<slobodan>> > komunikacija je u stanju bez paketa, dok se u stanju pripravnosti

8.5. OpCe paketske radijske usluge

izmjenjuju stanja prijenosa paketa i stanja bez paketa, ovisno o prometu. TBF se dodjeljuje u stanju pripravnosti pokretne postaje i stanju prijenosa paketa. Rasporedivanje prometa razliEitim tenninalima vrSi se pomoCu TBF-a i na taj se naCin svakom tenninalu dodjeljuje fiziEka veza. Svaki TBF ima svoj identifikacijski broj, odnosno TFI (Temporary Flow Identity) i tako je jedinstveno oznaEena prijarnna strana. Za TFI se moie reCi da je "adresa" radijskog bloka, odnosno svaki radijski blok mora imati TFI koji identificira odrediSni MS. Ako se prijenos podataka vrSi u oba smjera, jedan TFI moie se dodijeliti za oba smjera. Prijenos paketa od MS-a prema BSS-PCU odvija se ovako: MS u stanju pripravnosti inicira prijenos, Salje zahtjev za paketskim kanalom (Packet Channel Request) do BSS-PCU-a u dodijeljenom fizikalnom kanalu, PCU odgovara s porukom o dodjeli paketske uzlazne veze (Packet Uplink Assignment) do MS-a koja sadrii popis fizikalnih kanala i TFI, Eime joj dodjeljuje TBF. Prijenos paketa od BSS-PCU-a prema MS-u teEe ovako: SGSN Salje pozivni zahtjev (BSSGP Paging Request) do PCU-a koji poziva MS u fizikalnom kanalu koji MS osluSkuje u priEuvnom stanju, MS odgovara pozivnim odgovorom (Paging Response) i prelazi u stanje pripravnosti, a ta poruka transparentno prolazi kroz BSS do SSGN-a, PCU Salje poruku dodjele silaznog paketskog kanala (Packet Downlink Assignment) do MS-a, s popisom PDCH i TFI, Eime joj dodjeljuje TBF. Moie se uoEiti da u oba slueaja PCU dodjeljuje TBF.

8.5.5. Pristup lnternetu iz GPRS mrele MS pristupa Internetu ovako (Sl. 8.28): 1. MS zahtijeva od SGSN-a aktiviranje PDP zapisa. 2. SGSN provjerava zahtjev na temelju pretplatnieke informacije u HLR-u. 3. DNS u SGSN-u traii IP adresu GGSN-a. 4. Stvara se logiEka veza SSGN - GGSN (tunel). 5. GGSN dodjeljuje dinarniEku IP adresu MS i omogutuje pristup Internetu. Kod pristupa Internetu, paketi od SSGN-a prema GGSN-u i obratno se tuneliraju, za Sto je odgovoran protokol GTP. Dakle, paket od MS-a dolazi do SGSN-a, gdje se smjeSta u podatkovno polje drugog IP paketa i takav se propuSta prema GGSN-u i dalje prema Internetu. Na izlazu GGSN-a prelazi se na internetski protokolni sloiaj. U prijamu, odrediSni SGSN razvija pakete dobivene od GGSN-a i s'alje ih odrediSnom MS-u.

8. Pokretliivost u mreiama

5 Internet

S1. 8.28 Pristup Internetu

Dodjela IP adrese pokretnoj postaji pretpostavka je za rad u Internetu. Zbog adresnih ograniEenja protokola IPv4, rabi se dinamiEko adresiranje. Kako bi se omoguCilo spajanje na Internet pri prelaienju u drugu GPRS mreiu, potrebno je pridijeliti jedinstvene IP adrese GPRS mreinoj infrastrukturi. Korisnik se pri prelasku nalazi u "stranoj" mreii, tako da je potrebno povezati SGSN u mreii u kojoj se nalazi s GGSN-om njegove domaCe mreie. Prema tome, za ostvarivanje opCe pokretljivosti u GPRS mreiarna razlieitih operatora, glavna pitanja odnose se na IP adresiranje GPRS mreine okosnice unutar i izmedu operatora. Veza izmedu razliEitih GPRS mreia ostvaruje se izravno ili preko tzv. inter-PLMN mreine okosnice.

8.6. Opci pokretni telekomunikacijski sustav Kao Sto je reEeno, cilj je razvoja telekomunikacija govorna, podatkovna i viSemedijska komunikacija za stacionarne i pokretne korisnike bez vremenskih i prostornih ograniEenja, uporabom jedne adrese, odnosno jednog pozivnog broja. OpCi pokretni telekomunikacijski sustav (UMTS) prvi je sustav kojim se uz pokretljivost terminals rjeSavaju i osobna pokretljivost te pokretljivost, prenosivost i transparentnost usluga. Zahtjevi postavljeni na UMTS kao sustav treCe generacije, prvenstveno motivirani novim, na Internetu zasnovanim uslugarna, su sljededi: osobna pokretljivost uz prijenos govora, podataka i multimedije, brzina prijenosa do 144 kbit/s u svim uvjetima, do 384 kbit/s na otvorenom prostoru, a do 2 Mbit/s u zatvorenom prostoru, komutacija kanala i paketa,

8.6. O ~ c Dokretni i telekomunikaciiski sustav

simetriEni i asimetricni prijenos, kvaliteta govora usporediva s onom u fiksnoj mreii, podrSka uslugama od uskopojasnih do Sirokopojasnih,uz mogudnost podrSke viSe usluga istodobno, integracija s fiksnom mreiom i koegzistencija s drugom generacijom, te brzi pristup Internetu u pokretu. U Celijsku strukturu uvodi se hijerarhija s obzirom na brzinu prijenosa, zone pokrivanja, gustodu korisnika i brzinu kretanja, kako slijedi: svjetska delija: do 144 kbit/s, udaljeni krajevi, slaba naseljenost, brzina kretanja do 1000 km/h, makro delija: 144 - 384 kbit/s, prigradska podruEja, srednja naseljenost, brzina kretanja 120 - 500 km/h, rnikro Celija: 384 - 2048 kbitls, gradsko podrucje, velika naseljenost, brzina kretanja do 120 km/h i piko delija: 2048 kbit/s, zatvoreni prostor, vrlo velika gustoda korisnika, mirovanje ili hodanje.

8.6.1. Arhitektura UMTS-a UMTS arhitektura fonnalno je definirana domenama (Domain) i stratumima (Stratum), pri Cemu domene predoCuju skup funkcija, a stratumi predoEuju funkcijsku komunikaciju izmedu domena.

Domene i stratumi Domene su medusobno odvojene referentnim toEkama (Reference Point). Osnovna je podjela na dvije domene: korisnicka oprema (UE Domain - User Equipment Domain) i mreina infrastruktura (Infrastructure Domain), kao Sto je predoEeno na S1. 8.29. KorisniEka oprema obuhvaCa sve Eime raspolaie korisnik, a ukljuEuje sljedede domene: UMTS korisniEki identifikacijski modul (USIM Domain - UMTS Subscriber Identity Module Domain) s podacima i procedurama za nedvosmislenu i sigurnu identifikaciju pametnom karticom (Smart Card), pokretna oprema (ME Domain - Mobile Equipment Domain) s radiokomunikacijskim dijelom kao pokretnim zakljutenjem (MT - Mobile Termination) i samom tenninalnom opremom (TE - Terminal Equipment). U odnosu na koncept pokretne postaje u GSM-u, bitne su novosti osobna identifikacija te komponentni model korisniEke opreme koji dopuSta razliEite izvedbe, kao i povezivanje korisniCke komunikacijske i racunalne opreme.

8. Pokretliivost u mreiama

Definirane su dvije referetne toEke; Cu izmedu USIM-a i pokretne opreme, te Uu izmedu korisniCke opreme i pristupne mreie. dornaca mreia

[Zul Cu

Iu

Uu

[Yul

-

4

v h

usluina mreia 4

L A r7

L r A

UMTS kor. ident. rnodul

pokretna oprema

4

b

tranzitna rnreia

hA T

b

v

pristupna rnreia L A

korisniEka oprema

A 7

jezgrena mreia b

mreina infrastruktura S1.8.29 UMTS domene

Mreina infrastruktura sadrf pristupnu mreiu (AN Domain - Access Network Domain) s fizikalnim entitetima za pristup korisnika jezgrenoj mreii, te jezgrenu mreiu (CN Domain - Core Network Domain), koja obavlja transfer korisniCke i upravljaCke informacije, upravljanje pokretljivos'du, pozivima i uslugama. Izmedu njih je referentna toEka Iu. Referentne toCke Cu, Uu i Iu medunarodno su normirane. Jezgrena mreia dijeli se na sljedede domene: usluina mreia (SN Domain - Sewing Network Domain), koja osigurava funkcionalnost za posluiivanje korisnika na korisniekoj pristupnoj toCki; upravlja pokretljivoSCu te usmjerava poziv i informacije od korisnika i prema njemu, domaCa mreia (HN Domain - Home Network Domain), Cije su funkcije povezane sa stalnom lokacijom korisnika (domaCom), neovisnom o trenutnoj korisniekoj pristupnoj toCki (pretplatnicke moguCnosti sukladno USIM-u, podaci o uslugama ovisnim o korisniku), tranzitna mreia (TN Domain - Transit Network Domain), koja ostvaruje komunikacijski put izmedu usluine mreie i korisnika u dmgoj mreii. SuCelja unutar jezgrene mreie, Zu i Yu, nisu standardizirana. Definirani su sljedeCi UMTS stratumi, s funkcijskim tokovima prikazanim na S1. 8.30:

8.6. O ~ c pokretni i telekomunikaciiski sustav

transportni stratum (Transport Stratum) za transport korisnicluh podataka i mreine signalizacije izmedu drugih stratuma. On odreduje fizikalni format prijenosa i prilagodenje podataka tom formatu, te Sifriranje podataka na radijskom suEelju i unutar infrastrukture (ukoliko se zahtijeva);

USlM

MT/ME

AN

SN

HN

S1. 8.30 UMTS straturni

pristupni stratum (Access Stratum) je dio transportnog stratuma na pristupu za prijenos podataka na radijskom suEelju i upravljanje radijskog suEelja. Sadrii protokole za informacije pridruiene radijskom prijenosu i koordinaciju uporabe radij skih resursa izmedu pokretnog terminala i pristupne mreie (MT - AN), te protokole za pristup resursima koje osigurava pristupna mreia, neovisne o rjeSenju radijskog prijenosa, izmedu pristupne i usluine mreie (AN - SN); usluini stratum (Sewing Stratum) s funkcijama pridruienim uslugama i protokolima za usmjeravanje i prijenos informacija generiranih od korisnika ili mreie od izvora do odrediSta. To su protokol za potporu pristupa korisnicki specifiEnim informacijama u UE domeni (USIM - MT), te protokol za pristup uslugama koje osigurava usluina domena (MT SN); domaCi stratum (Home Stratum) s protokolima i funkcijama za pretplatnicke podatke i usluge. To su protokol za uskladivanje korisniEki specifiEnih infonnacija (USIM - HN), protokol za pristup korisniEki specifienim podacima i resursima na zahtjev HN domene (USIM - MT), protokol za izmjenu korisnicki specifiEnih podataka (MT - SN) i protokol

8. Pokretliivost u mreiama

za pristup HN-u i resursima potrebnim za SN akcije na zahtjev HN-a (potpora komunikaciji, uslugama i drugim moguCnostima (SN - HN)); aplikacijski stratum (Application Stratum), koji sadrii aplikacijske procese za krajnje korisnike te protokole i funkcije za uporabu moguCnosti koje osiguravaju ostali straturni i infrastruktura za potporu usluga. Ovi protokoli i funkcije mogu biti izvan standarda UMTS. ObuhvaCa protokole i funkcije od pokretne opreme (ME Domain), preko pristupne, usluine i tranzitne mreie do krajnjeg udaljenog korisnika (Remote party).

UMTS zemaljska radijska pristupna mrela UMTS zemaljski radijski pristupp (UTRA - UMTS Terrestrial Radio Access) zasniva se na Sirokopojasnom viSestrukom pristupu u kodnoj podjeli (WCDMA - Wideband Code Division Multiple Access) koji je namijenjen za otvoreni prostor, Siroko podrucje pokrivanja i javnu mreiu. Dodijeljeno je frekvencijsko podruEje 1920 -1980 MHz (uzlazno) i 21 10 - 2170 MHz (silazno), tako da je svakom smjeru komunikacije dodijeljeno drugo frekvencijsko podruEje (FDD - Frequency Division Duplex). Razlozi za uvodenje WCDMA su sljedeCi: veCi kapacitet i bolja pokrivenost od TDMA i drugih CDMA rjes'enja, moguCnost varijabilne i visoke brzine prijenosa, prikladnost za paketski i kanalski prijenos, omogukene viSestruke istodobne usluge u jednom terminalu, hijerarhijsko strukturiranje Celija. Za zatvoreni prostor, uie podruEje pokrivanja i privatne mreie predvidena je moguknost uporabe viSestrukog pristupa s vremenskom i kodnom podjelom (TD-CDMA - Time Division Code Division Multiple Access). Frekvencijsko podruEje 1900 - 1920 MHz i 2010 - 2025 MHz rabi se na naEelu vremenskog odvajanja smjerova (TDD - Time Division Duplex). UMTS zemaljska radijska pristupna mreia (UTRAN - UMTS Terrestrial Radio Access Network) odgovara A N domeni sa suEeljima Uu prema UE domeni i Iu prema CN domeni. UTRAN funkcije su sljedeie: sustavna kontrola pristupa, sigurnost i privatnost, upravljanje i kontrola radij skih resursa, kontrola radijskog prijenosa i veze izmedu korisniEke opreme i mreie, prijenos korisniEkih podataka izmedu korisniEke opreme i mreie. UTRAN protokoli prikazani su na S1. 8.3 1. Protokoli na suEeljima Uu i Iu dijele se na protokole korisniEke ravnine (User Plane) i protokole kontrolne ili signalizacijske ravnine (Control/Signalling Plane).

8.6. O ~ c~okretni i telekomunikaciiski sustav

KorisniEka ravnina (User Plane)

Kontolna/signalizacijska ravnina (Controi/Signalling Plane) I

I

nepristupni stratum

CMIMMISM

CMIMMISM

A

I

1

UE

I

1

pristupni stratum

Uu protokoli '

A

I

protokoli

I

i Uu

lu protokoli

protokoli

UTRAN

Iu

/

CN

S1. 8.31 UTRAN protokoli

Protokoli korisniEke ravnine izvode prijenos korisniEkih podataka radijskim pristupom kroz pristupni stratum. Protokoli kontrolne ravnine kontroliraju radijski pristup i vezu korisniEke opreme s mreiom. Upravljanje vezom (CM Connection Management), sjednicom (SM - Session Management) i pokretljivoSCu (MM - Mobility Management) podriano je izvan pristupnog stratuma. Arhitektura pristupne mreie prikazana je na S1. 8.32. Radijski mreini podsustav (RNS - Radio Network Subsystem) osnovni je element UTRAN arhitekture. RNS je ekvivalentan podsustavu bazne postaje u GSM-u. RNS je spojen na jezgrenu mreiu preko suEelja Iu. RNS sadrii upravljac radijske mreie (RNC Radio Network Controler) te jedan ili viSe Evorova B s radijskim primopredajnim dijelom (Node B) koji podriava naEin rada FDD ili TDD ili oba u istoj Celiji. RNC odgovara BSC-u, a Evor B BTS-u, pri Eemu jedan Evor B moie sadriavati viSe radijskih primopredajnih postaja. RNC i Evor B spojeni su preko suEelja Iub. Svaki RNS posluiuje svoj skup kelija. Dva RNS-a mogu se povezati preko suEelja Iur izmedu RNC-a.

8. Pokretliivost u mreiama

jezgrena mreia

--

-- Iu

lu

RNC upravljat radijske mreie

t 2

lur I

-

RNC upravljaE radijske mreie

t

lub

lub

'

RNS radijsk;i mreini 1podsustav S1. 8.32 Pristupna UMTS rnreia

Jezgrena LlMTS mre2a U jezgrenoj mreii razlikuju se dva dijela: dio s komutacijom kanala (CS Circuit Switched) i dio s komutacijom paketa (Packet Switched), koji su preko suCelja Iu povezani s pristupnom mreiom (IuCS, IuPS). Kanalski dio jezgrene mreie za pocetnu strukturu jezgrene mreie izveden je iz rjeSenja za GSM, a paketslu dio iz GPRS-a. Jezgrena mreia ovisi o naEinu uvodenja UMTS-a (potpuno nova mreia uz postojeCi GSM i sl.), tako da se mogu razlikovati i poEetna i ciljna rjeSenja. S motriSta prijenosa, odnosno transportne mreie, rjeSenja ovise o poEetnom stanju (npr. STM, ATM, FR) i ieljenom ciljnom rjeSenju za odredeno razdoblje (npr. ATM, IPIATM, IP/SDH, IP/WDM), s razlieitim troSkovima izvedbe, kvalitetom usluge te prilagodenosti vrsti informacija i infonnacijskom prometu u mreii.

8.6.2. Strategije uvodenja UMTS-a Razvojni scenariji Strategije uvodenja UMTS-a razraduju se za razliEite uvjete u postojekoj mreii, evolucijske scenarije i vlasniEke odnose. Uvodenjem UMTS-a uz neku pokretnu mreiu javljaju se dvije pristupne mreie; UTRAN i radijska pristupna mreia (RAN - Radio Access Network) postojeCe rnreie (npr. GSM, GSM s GPRS ili GSM s EDGE-om), te postojeCa jezgrena mreia s kanalskim i paketskim dijelom. To se smatra poEetnim scenarijem prikazanim na Sl. 8.33, koji je razradila udruga 3GPP pod nazivom R99.

8.6. Opci pokretni telekomunikacijski sustav

j komutacija paketa .............................................

S1. 8.33 UMTS razvojni scenarij prema 3GPP R99

UEinkovito je rjegenje ono koje omoguCuje prelazak korisnika iz jedne mreie u drugu i maksimizira zajedniEku uporabu rnreinih sredstava. Prelazak korisnika izmedu GSM-a i UMTS-a zahtijeva medudjelovanje dviju mreia na razini pristupa. Treba omoguCiti prebacivanje radijskog pristupa iz jednog sustava u drugi (inter-system handover), u ovom sluEaju iz GSM-a u UMTS i obratno. To se postiie distribucijom informacije o UMTS pristupu kroz RAN pristup u smjeru prema pokretnoj postaji (MS), odnosno informacije o RAN pristupu kroz UMTS pristup u smjeru prema korisniEkoj opremi (UE). Medudjelovanje na razini jezgrene rnreie zahtijeva njezinu evoluciju, s posebnim rjeSenjima za dio s komutacijom kanala i dio s komutacijom paketa. Raspodjela prometa je jednostavna: komutacija kanala do PSTN-a i ISDN-a, a komutacija paketa do Interneta. U kanalskom dijelu dograduju se MSCIVLR i GMSC kako bi mogli posluiiti nove, 3G korisnike. Adekvatna funkcijska proSirenja provode se na entitetima zajedniEkim za kanalski i paketski dio jezgrene mreie (HLR, AUC i Em). U paketskom dijelu koji je preuzet iz GPRS-a mijenja se funkcionalnost SGSNa. Naime, u GPRS mreii SGSN samostalno rjeSava upravljanje pokretljivogku. U UMTS-u su za upravljanje pokretljivoSCu nadleini RNC i SGSN, pri Eemu RNC obraduje promjenu Celije. IP kao sustavni mehanizam zavrSava na SGSNu, kao u GPRS-u. SljedeCi evolucijski korak motiviran je vigemedijskim uslugama na Internetu i sadrian u 3GPP scenariju R4, predoEenom na S1. 8.34. OpCim zahtjevima za pokretne vigemedijske usluge moie se smatrati sljedeCe: kompatibilnost s IP-om, usmjeravanje zasnovano na IPv4 i IPv6,

8. Pokretliivost u mreiama

kvaliteta govora usporediva s fiksnom mreiom, zvuk, slika i video visoke kyalitete, odabir razreda QoS, indikacija i pregovaranje o QoS, globalna prostorna pokretljivost, pokretljivost terminals, osoba i usluga, prelazak izmedu UMTS i GSM (GPRS, EDGE) te izmedu mreia 3. generacije. I

S1. 8.34 UMTS razvojni scenarij prerna 3GPP R4

KljuEnu novu funkcionalnost predstavlja visemedijski IP sustav (ZMS - ZP Multimedia Subsystem) koji omogukuje preusmjeravanje prometa iz kanalskog dijela jezgrene mreie prema Internetu ili od njega, kao i paketskog prometa jezgrene mreie prema PSTN-u i ISDN-u i od njih, uz sve potrebne prilagodbe. Prelazi se na posluiiteljsku arhitekturu za komutaciju kanala s MSC posluiiteljem (MSC Sewer) i zajedniEke funkcije koje obavlja posluiitelj domakih pretplatnika (Home Subscriber Server). Provodi se prilagodba medija u medijskom prilazu (MGW - Media Gateway). ZnaEajnijih promjena u paketskom dijelu nema, kao niti u povezivanju pristupnih mreia s jezgrenom. Postupni prijelaz prerna paketskoj jezgrenoj mreii rezultira tzv. "sve IP" arhitekturom (All IP) prema scenariju 3GPP R5 (Sl. 8.35). IP se dovodi do UTRAN-a i drugih RAN-ova, tako da ulazi u sve pristupne rnreie, Eime se omogukuje puna IPv6 funkcionalnost, ukljuEujuCi pokretni IP. Promet od kanalskih mreia (PSTN, ISDN) i prema njima usmjerava se preko IMS-a koji osigurava sve funkcije pretvorbe. U svim scenarijima korisniEka oprema "vidi" mreiu na isti naEin, a promjene se odvijaju u j ezgrenoj rnreii.

8.6. Opci pokretni telekomunikacijski sustav

/

komutacija paketa

S1. 8.35 UMTS razvojni scenarij prema 3GPP R5

Pristupni scenariji Osnovni naEin pristupa UMTS-u osigurava UTRAN. Dodatne su moguknosti za poslovne sustave koji mogu graditi privatni UMTS ili privatni pristup javnom UMTS-u. Posebni pristupni scenariji odnose se na fiksnu opremu, Sirokopojasni pristup i povezivanje vanjskih davatelja usluga. Osobna pokretljivost zahtijeva rjeSenja za korisnika neovisno o mreii u kojoj se nalazi, Sto znaCi da se mora rijeSiti i za fiksnu mreiu. Model je predoEen na S1. 8.36, s novom domenom fiksne opreme (FE Domain - Fixed Equipment Domain) i referentnom toEkom Wu prema pristupnoj mreii. Wu se izvodi kao funkcijski podskup od Iu. Fiksni terminal opremljen je USIM karticom. MoguCe primjene fiksnog pristupa UMTS-u su sljedeCe: korisnik je izvan podrucja pokrivenog UMTS-om, korisnik ne traii pokretljivost terminala, korisnik zahtijeva veCe pristupne brzine od onih koje nudi UTRAN, korisnik rabi postojeku fiksnu pristupnu mreiu. UTRAN ograniEava pokretne pristupne moguknosti na 2 Mbit/s. $irokopojasna radijska pristupna mreia (BRAN - Boadband Radio Access Network) oznaEava razliEite tehnologije Sirokopojasnog radijskog pristupa namijenjenih za razliEita rjeSenja jezgrene mreie, za brzine prijenosa od 25 Mbit/s i vise (Sl. 8.37). Za BRAN rjeSenja razmatraju se tehnologije beiiEnih lokalnih mreia.

8. Pokretljivost u mreiama

dornena Cu fiksne opreme

[Wul

dornaca mreia

I

Uu

I

IU

[Yul

-

L

4

4

L v

L

7 A

L

A

- 7

UMTS kor. ident. rnodul

T

tranzitna rnreia

I

1

b

7

pristupna rnreia

pokretna oprerna

b

A

v

usluina rnreia

jezgrena mreia

+

A

4

v 7 L

korisniEka oprema

mreina infrastruktura

S1. 8.36 Pristup UMTS-u za fiksnu opremu domaCa rnreia

uU

Cu

-v-~.--r

-9.i

I

Iu

-

BRAN .

-

-

4

4

v L

UMTS kor. ident. rnodul

_.

L

v

r 7

T

. A

r

usluina mreia

I

b

jezgrena mreia

L1

4

b

7

korisniEka oprema

tranzitna rnreia

A 7

pristupna mreia

pokretna oprerna

b

7

mreina infrastruktura

Sl. 8.37 Sirokopojasni pristup UMTS-u

Sustavno rjeSenje za uvodenje vanjskih davatelja usluge predozuje nova domena za aplikacije treCe stranke (TPA Domain - Third Party Application Domain) i nova referentna toEka Xu prema domaCoj rnreii (Sl. 8.38).

8.6. Opci pokretni telekomunikacijski sustav L

dornena za aplikacije trece stranke

1 Cu

domaCa rnreia

I

Iu

Uu

1 [Yul

-

L

4

r

usluina rnreia 4

L A

L A r T

- 7

UMTS kor. ident. modul

pokretna oprema

korisniEka oprema

F

A

7

tranzitna rnreia

L w A

b

T

pristupna mreia

jezgrena rnreia

L A

mreina infrastruktura S1. 8.38 Vanjski davatelj usluge

8.6.3. Upravljanje pokretljivoScu u UMTS-u Pokretne mreBe zasnivaju se na Celijskom naEelu, tako da se za ostvarivanje pokretljivosti tenninala pretpostavlja kontinuitet komunikacije pri prijelazu iz jedne Celije u drugu. U GSM-u, kao i kod drugih sustava koji rabe viSestruki pristup u vremenskoj podjeli, pritom treba ostvariti prebacivanje (handover) komunikacije s jednog fizikalnog kanala (vremenski odsjeEak na frekvenciji jedne Celije) na drugi (vremenski odsjeEak na frekvenciji druge Celije). Pokretna postaja tijekom poziva kontinuirano mjeri razinu signala kanala na kojem radi i signala iz susjedne Celije. Rezultati se Salju BSS-u jednim od kontrolnih kanala, a kad kvaliteta komunikacije padne ispod odredenog praga, odluEuje se o promjeni kanala i prebacivanju poziva na drugi BTS unutar istog BSS-a ili na drugom BSS-u. Prebacivanje se provodi u stvarnom vremenu, uz preusmjeravanje poziva do novog BTS-a. Ovakvo prebacivanje poziva naziva se Evrstim (hard handover). U UMTS-u, s viSestrukim pristupom u kodnoj podjeli, moguCe je odriavati komunikaciju izmedu mreZe i terminala preko vise radijskih veza s razliEitih primopredajnih sustava istodobno. Kontinuitet poziva osigurava se viSestrukom povezanoSCu, tako da prijelaz iz jedne Celije u drugu ne unosi kaSnjenje kao u

8. Pokretliivost u mreiama

TDMA sustavima. Ovakav naEin prebacivanja poziva naziva se mekim (soft handover). Lociranjem se odreduje poloiaj pokretne postaje. ~ e l i j esu grupirane u lokacijska podruEja, a pri prijelazu pokretne postaje iz jednog lokacijskog podruEja u drugo ta se informacija registrira u lokacijskim registrima. U GSM mreii pozivanje pokretne postaje provodi se u lokacijskom podruEju u kojem je registrirana, tj. u svim delijama lokacijskog podruEja, Sto izaziva znaEajan kontrolni promet. Kontrolni promet i uporaba radijskih resursa pri pozivanju moie se smanjiti sloienijim upravljanjem pokretljivoSCu. Istraiuju se postupci za nove generacije mreia, kao Sto su preklapajuda lokacijska podrutja, lokacijska podruEja ovisna o razredu pokretljivosti, te inteligentno pozivanje, ovisno o mjestu zadnje komunikacije. Isto tako, traie se nova rjeSenja za upravljanje pokretljivoSCu pri kretanju u posjetenoj mreii da bi se smanjio signalizacijski promet izmedu domaCe i posjeCene mreie. RjeSenje s prilaznim lokacijskim registrom (GLR - Gateway Location Register) ograniEava registraciju promjene lokacije u posjeCenoj mreii na odnos VLR - GLR, uz izvjeStavanje HLR-a od strane GLR-a pri prvoj i ponovnoj registraciji. Pokretljivost usluga u UMTS-u zasniva se na prenosivosti usluga izmedu razliEitih terminala i razliEitih mreia te njihovoj personalizaciji, kako bi za korisnika usluga bila neovisna o trenutnoj pristupnoj to& i mogla se ostvariti u pokretu. Funkcijske pretpostavke su sljedeCe: USlM za personalizaciju usluga, pokretna oprema s MT i TE za prenosivost usluga izmedu terminala, i rjeSenja za prenosivost usluga preko granica CN mreie. Korisnika zanima jednostavno rukovanje uslugama, prilagodenje vlastitim potrebama i navikama, pretplata na zahtjev, naplata preko jednog ratuna, globalna dostupnost te predvidive performanse usluga. Ovakve opCe zahtjeve nije mogude rijeSiti izvan domade mreie te u heterogenim mreiama ukoliko posjeCena mreia ne raspolaie informacijama o korisnickom usluinom profilu te davateljima usluga. Stoga se uvodi koncept virtualnog domakeg okruija (VHE Virtual Home Environment) kao distribuirani korisniEki profil kojeg tvore mogudnosti smjeStene kod davatelja usluge, mreinog operatora i terminala, odnosno u krajnjim sustavima kod korisnika (End Systems) i mreinim sustavima kod operatora i davatelja usluga (Network Systems), kao Sto je predoEeno na S1. 8.39. Tri poEetne primjene su prilagodljivo upravljanje profilom (Adaptive Profile Management), virtualni adresar (Virtual Address Book) i fleksibilna financijska usluga (Flexible Financial Service). Prilagodljivo upravljanje profilom narnijenjeno je za sljedede: postojeda rjeSenja kao Sto su preusmjeravanje poziva, oznaEavanje prispjele poruke, elektronitke poSte ili telefaksa,

8.7. Pokretni IP

personalizirano upravljanje pozivom temeljeno na inteligentnom usmjeravanju, filtriranju i rasporedivanju poziva, mogudnost fleksibilnog kombiniranja usluga, udaljena, o mreii i platformi, neovisna modifikacija korisniEkog profila, razliEiti krajnji sustavi, s razliEitim mogudnostima upravljanja korisniEkim profilom. krajnji sustavi

rnreini sustavi

prilagodljivo upravljanje profilorn virtualni adresar fleksibilna financijska usluga

-

mrelni pristup UMTSI I I

I

S1. 8.39 Virtualno domake okruije

Virtualni adresar treba omogukiti sljedede: adresar neovisan o lokaciji, bazi podataka, vrsti terminals i mreii, za razliku od danaSnjih rjeSenja s posebnim adresarom na svakom komunikacijskom uredaju, konzistentnost podataka, dijeljeni pristup podacima. Fleksibilna financijska usluga treba omogukiti razliEite oblike trgovanja u pokretu (m-commerce). Predvidena je hijerarhija usluinih profila na t r i m razinama: davatelj usluge, pretplatnik i korisnik. Davatelj usluge osigurava skup usluga i moguknosti od kojih neke moie mijenjati samo on. Pretplatnik moie mijenjati podskup usluga i moguknosti koji mu dopusti davatelj usluge. Korisnik ne moie mijenjati usluge i moguknosti koje definiraju davatelj usluge i pretplatnik, osim za onaj podskup usluga koje srnije "prilagoditi navikama" (npr. izbor adresara).

8.7. Pokretni IP Pokretni IP (Mobile IP) je rjeSenje za pokretljivost Evora u Internetu, koje omoguduje promjenu mjesta prikljuEka na Internet bez gubitka moguknosti

8. Pokretljivost u mreiama

komunikacije. Problem pokretljivosti u Internetu nastaje kao posljedica naEina usmjeravanja. Naime, kako se datagrami u Internetu usmjeravaju prema mjestu prikljuEka odredenim odrediSnom IP adresom, promjena mjesta prikljuEka Eini odrediSte nedohvatnim. Poznata su dva rjeSenja problema pokretljivosti, koja se temelje na postojeCim internetskim mehanizrnima: promjena IP adrese prilikom promjene mjesta prikljutka, koriStenje izvorno-odredenog usmjeravanja (source-based rguting) za svaki par komunicirajuCih Evorova; no oba imaju nedostatke zbog kojih nisu opCenito primjenjiva. Kod promjene IP adrese, najveCi nedostatak je nemoguCnost zadriavanja uspostavljenih veza i postojekih aplikacija vezanih (npr. licencom ili iz sigurnosnih razloga) za IP adresu, dok je izvorno odredeno usmjeravanje neprihvatljivo za velik broj pokretnih Evorova. Novo rjeSenje problema pokretljivosti, pokretni IP, definira prilagodljivi mehanizam koji omoguCuje promjenu toEke prikljucka na Internet bez promjene IP adrese. BuduCi da je izvedeno na mreinom sloju, dobiveno rjeSenje je potpuno nevidljivo sloju transporta i aplikacijama, i neovisno je o mediju preko kojeg se vrSi prijenos (iiEno, beiiEno, ...). Razvoj pokretnog IP-a voden je Eetirima zahtjevima: 1. pokretni Evor mora moCi komunicirati s drugim Evorovima nakon promjene toEke prikljuEka, 2. pokretni Evor mora moCi komunicirati uporabom svoje stalne IP adrese, neovisno o trenutnoj toEki prikljuEka na Internet, 3. pokretni Evor mora moCi komunicirati s drugim Evorovima koji nemaju uvedene funkcije pokretljivosti, 4. pokretni Evor ne srnije biti izloien dodatnim sigurnosnim rizicima u odnosu na fiksne Evorove. Osim osnovnog zahtjeva da pokretan Cvor mora moCi komunicirati s drugim Evorovima nakon promjene toEke prikljucka, on mora moCi odriati postojeCe veze nakon promjene toEke prikljuEka. To znaEi da se postojeCe TCP veze odriavaju i kada je Evor u pokretu, odnosno da sve aplikacije (npr. transfer datoteka ili pregledavanje Web stranica) rade kao i kada je Evor prikljuEen na Internet u svojoj rnatiCnoj rnreii. Kao rjeSenje se stoga nameCe da pokretni Evor mora moCi komunicirati uporabom svoje stalne ZP adrese, neovisno o trenutnoj toCki prikljuEka na Internet. Nadalje, vaino je da pokretni Evor mora moCi komunicirati s drugim Evorovima koji nemaju uvedene funkcije pokretljivosti. To znaEi da uvodenje pokretljivosti u IP ne smije uvjetovati globalne promjene internetskih protokola, tj. programske podrSke u usmjeriteljima.

8.7. Pokretni IP

8.7.1. Problem pokretljivosti u IP-u Kod "klasiEnog" (IPv4) Interneta, IP adresa globalno i jednoznaEno oznaEuje mreino suEelje. Protokoli usmjeravanja, zaduieni za dostavu datagrama izmedu mreinih suEelja, usmjeravaju datagrame iskljuEivo na temelju odrediSne adrese, koristeCi pritom tablice usmjeravanja. Podsjetimo se da se od sredine 1990-ih koristi Classless Inter-Domain Routing (CIDR), koji pojednostavljuje usmjeravanje. Primjenom obrade datagrama u usmjeritelju i primjenom maske podmreie na odrediSnu adresu dobiva se mreini prefiks iz kojeg se odreduje odlazno suEelje po kojem treba proslijediti datagram. Primjer (Sl. 8.40) ilustrira problem promjene toEke prikljucka. Promatramo tri lokalne mreie, LAN1, LAN2 i LAN3, spojene na internetsku okosnicu preko usmjeritelja X, Y i Z. U mreii LAN1, s mreinim prefiksom 1.0.0, nalazi se raEunalo A, a u mreii LAN2, s mreinim prefiksom 2.0.0, nalazi se raEunalo B. Primijetimo da mreini prefiks adrese svakog raEunala i suEelja usmjeritelja prema mreii odgovara mreinom prefiksu one mreie u kojoj se ono nalazi.

LAN 1 mreini prefiks 1.0.0

prefiks

]

Z

1

rnreiniprefiks

S1. 8.40 Utjecaj promjene toEke prikljuEka

Prilikom slanja datagrama s raEunala A na raEunalo B, datagram prolazi niz usmjeritelja kako bi doSao do usmjeritelja odrediSne mreie, tj. usmjeritelja Y, te se potom isporuEuje raEunalu B. Zamislimo da se raEunalo B premjesti, tj. prikljuci na Internet u mreii LAN3 bez promjene IP adrese. SlijedeCi upute u tablicarna usmjeravanja, svi datagrami adresirani na raEunalo B i dalje se u mreii usmjeravaju prema usmjeritelju Y, iako ih on vise ne moBe isporuEiti raEunalu B. Dakle, raEunalo B s IP adresom 2.0.0.25 promjenom prikljuEka s LAN2 na LAN3 postaje nedohvatno. Svaki datagram adresiran na raEunalo B bit Ce usmjeren preko niza usmjeritelja do krajnjeg usmjeritelja Y, kao odrediSnog usmjeritelja za raEunala s IP adresama 2.0.0.x. OpCenito, moiemo zakljuEiti da racunalo i dalje moie komunicirati u klasiEnom Internetu nakon promjene prikljuEne toEke samo ako pri tome prornijeni i svoju IP adresu, odnosno barem mreZni prefiks. Ipak, to rjeSenje je neprikladno za Evorove u pokretu prvenstveno zbog nemoguCnosti odriavanja postojekih veza.

8. Pokretljivost u mreiama

Na temelju navedenih zahtjeva dolazi se do osnovnih smjemica za razvoj pokretnog IP-a: zadriati stalnu 1P adresu, ne mijenjati postojeke protokole usmjeravanja u mreinom sloju, pokretljivost osigurati putem novih funkcijskih entiteta i uvodenja trenutne adrese.

8.7.2. Adresiranje i funkcijski entiteti Pokretni IP definira pojmove domake adrese i trenutne adrese. DomaCa adresa (Home Address) je IP adresa stalno dodijeljena pokretnom Evoru. Ona se ne mijenja prigodom kretanja Evora, tj. vrijedi i u domakoj i posjekenoj toEki prikljuEka. Trenutna adresa (Care-of Address) je IP adresa dodijeljena pokretnom Evoru kad je prikljuEen preko neke posjekene toEke prikljucka. Trenutna adresa je jednoznaEno odredena za svaku toEku prikljucka, Sto znaEi da se mijenja s promjenom toEke prikljuEka. Ta adresa koristi se kao odrediSna adresa za datagrame narnijenjene pokretnom Evoru. Primijetimo da je izvoriSna adresa datagram kojeg Salje pokretni Evor i dalje domaCa adresa pokretnog Evora. Razlikujemo dvije vrste trenutnih adresa: trenutna adresa posredstvom stranog agenta Cforeign agent care-of address) mjesna trenutna adresa (collocated care-of address). Trenutna adresa posredstvom stranog agenta je (jedna od) IP adresa usmjeritelja koji vrSi ulogu stranog agenta. Primijetimo da mreini prefiks takve adrese ne mora nuino biti jednak mreinom prefiksu stranog linka. Shodno tome, vise pokretnih Evorova moie istovremeno koristiti jednu trenutnu adresu posredstvom stranog agenta. Mjesna trenutna adresa je IP adresa privremeno dodijeljena samom suCelju pokretnog Evora. Mreini prefiks takve adrese mora odgovarati mreinom prefiksu stranog linka kojeg pokretni Evor posjeCuje i moie je koristiti samo jedan pokretni Evor. Pokretni IP definira tri funkcijska entiteta u kojima je izvedena podrSka pokretljivosti (Sl. 8.41): 1. pokretni Evor (MN - Mobile Node), 2. domaCi agent (HA - Home Agent), 3. strani agent (FA - Foreign Agent). Pokretni Evor je Evor koji mijenja toEku prikljuEka na Internetu s jednog linka na drugi, pri Eemu zadrfava sve veC uspostavljene veze i pritom koristi svpju stalnu, domaiu IP adresu. DomaCi agent je usmjeritelj sa suEeljem na domaCem

8.7. Pokretni IP

linku mobilnog Evora, dok je strani agent usmjeritelj na stranom linku gdje je mobilni Evor povezan na trenutnu toCku prikljuEka.

__-_ _..,

-*--

'--------\

_.cC*

pokretni Cvor u domadoj mre3 ...................

C-

,.?A ........., pokretni Cvor u MN i stranoj mreii strani link

domaci link

HA

)qpstrani strani agent

link

S1. 8.41 Funkcijski entiteti u Mobile IP-u

Svaki od navedenih funkcijskih entiteta ima ugradene dodatne funkcije koje zajedno omogukuju podrSku pokretljivosti. Pokretni Evor mora biti sposoban otkriti da je promijenio toEku prikljucka, dobiti trenutnu adresu, i o tome obavijestiti domakeg agenta. Procedure pokretnog Evora nazivaju se otkrivanje agenta (Agent Discovery) i registracija (Registration). Otkrivanje agenta ukljuEuje: odredivanje je li pokretni Evor spojen na domaki ili strani link, utvrdivanje je li pokretni Evor promijenio link, dobivanje trenutne (care-of) adrese kad pokretni Evor prornijeni link. Registracija ukljuEuje: traienje usluge usmjeravanja od stranog agenta na stranom linku, obavjegtavanje domakeg agenta o trenutnoj adresi, periodiEko obnavljanje registracije, deregistriranje pri povratku na domaCi link. Zadaci domakeg agenta temelje se na njegovoj ulozi kao entiteta koji uvijek "zna" (na temelju registracije) poloiaj pokretnog Evora dok se ovaj nalazi izvan domake rnreie. Zadaci domakeg agenta su sljedeki: sluii kao entitet kojeg pokretni Evor obavjegtava o svojoj trenutnoj adresi, omogukuje usmjeravanje prema stalnoj adresi pokretnog Evora, presreke datagrame adresirane na pokretni Evor i Salje ih prema njegovoj trenutnoj adresi, koristeki tuneliranje. Strani agent zaduien je za usmjeravanje datagrama prerna pokretnom Evoru i od njega.

8. Pokretliivost u mreiama

S1. 8.42 pokazuje komunikaciju izmedu pokretnog Cvora i Evora sugovc izvedbu pokretnog IF'-a. tunel

MN

-

CN

pokretni Evor

Cvor sugovornik

strani agent S1. 8.42 Princip tuneliranja

Usmjeravanje datagrama od Cvora sugovornika prema pokretnom Evoru vrSi se tuneliranjem, kako je pokazano na slici. DomaCi agent presreCe datagrame adresirane na stalnu, domaCu adresu pokretnog Evora i tunelira ih prema njegovoj trenutnoj adresi. Pri postupku tuneliranja datagrarni adresirani na pokretni Cvor ovijaju se datagramom adresiranim na trenutnu adresu. U suprotnom smjeru, usmjeravanje datagrama od pokretnog Evora prema Evoru sugovorniku vrSi se najkraCim putem, odnosno korigtenjem standardnih protokola usmjeravanja, isto kao za bilo koji Evor u mreii. UoCimo problem tzv. trokutastog usmjeravanja. Put prema pokretnim Cvoru uvijek prolazi preko domakeg agenta, dok se u suprotnom smjeru uvijek koristi najkraCi put. Put prema pokretnom Evoru izuzetno je nepovoljan za sluCaj kad je pokretni Cvor daleko od domaCeg agenta, a blizu Cvora sugovomika. Za IPv4 u izradi je prijedlog za optimizaciju usmjeravanja, a dodatne moguCnosti u IPv6 elegantno rjeSavaju ovaj problem.

8.8. BeiiEni aplikacijski protokol 8.8.1. Namjena BeiiEni aplikacijski protokol (WAP - Wireless Application Protocol) namijenjen je proSirenju moguCnosti pristupa Internetu iz razlicitih pokretnih mreia, s pokretnih terminala koji su skromnijih moguCnosti u odnosu na osobna racunala. BeiiEni terminal ima slabiji procesor i manju memoriju, trajanje baterije je ograniEeno, raspolaie malim zaslonom i skromnijim korisnickim suEeljem, a i sigurnost je teie postiCi. I Sam beiiEni pristup unosi probleme zbog veCeg kainjenja, manje brzine prijenosa, veCe vjerojatnosti pogregke i manje pouzdanosti. OpCim problemima pokretnog Interneta treba dodati teie

8.8. BeiiEni aplikacijski protokol

ostvarivanje, upravljanje i kontrolu usluga u pokretu, s moguCim velikim varijacijama vlastitih i gostujukih pretplatnika. Od pokretnog Interneta oEehju se, uz rukovanje porukama, informacijske i transakcijske usluge, razliEite usluge i aplikacije definirane namjene i sadriaja (tzv. vertikalne usluge) te potpora telefonskim uslugama. Najbolji primjer usluge koja ilustrira ove probleme je WWW. Protokol Hyper Text Transfer Protocol (HTTP) jednostavne je izvedbe i slabe ~Einkovitosti, Hyper Text Markup Language (HTML) s bogatim skupom oznaka za formatiranje i strukturiranje dohmenata sloien je za obradu, a sam dokument s viSemedijskim sadriajem zahtjevan je s motriSta prikaza. Usporedba WWW WAP predoEena je na S1. 8.43. WWW -klijent

-web preglednik

J web posluiitelj

zahtjev (URL)

I

odgovor (sadriaj)

-klijent -mikro

17u-l Gateway

kodirani zahtjev

"",:,"'

kodirani

Web

zahtjev

posluiiteli

odgovor 4

S1. 8.43 Usporedba WWW i WAP-a

Kod Weba, klijent opremljen preglednikom postavlja zahtjev posluiitelju oznaEavajuCi traieni sadriaj s URL-om. Web posluiitelj vraCa odgovor sa sadriajem Eiji se sastav medija i koliEina podataka moie jako razlikovati od sluEaja do slucaja. To je primjer izrazite asimetriEne komunikacije u kojoj je zahtjev uvijek kratak, a odgovor moie biti vrlo dugaEak. Za pokretnu rnreiu i terminal ovakvo rjeSenje je neprikladno iz najmanje dva razloga: mala brzina prijenosa na zraEnom suCelju te ograniEene moguknosti prihvata i prikaza sadriaja. Pretraiivanje WWW-a preko pokretnog telefona najbolji je primjer da se uoEe potrebe za posebnim rjeSenjima i razlozi uvodenja WAP-a. Pretraiivanje informacija na Internetu s pokretnog telefona rijeSeno WAP-om zasniva se na uporabi mikro preglednika (Micro Browser) na klijentskoj strani, tj. u pokretnom telefonu. Ako se ieli preuzeti sadriaj sa standardnog Web posluiitelja, posrednicku funkciju treba obaviti prilaz (Gateway) koji preuzima kodirani zahtjev od klijenta i pretvara ga u standardni zahtjev za posluiitelja. U

8. Pokretljivost u mreiama

suprotnom smjeru, od posluiitelja dostavljeni odgovor pretvara u kodirani odgovor tako da izvorni sadriaj reducira na oblik koji se moie predoEiti na zaslonu pokretnog telefona (npr. popis letova na traienoj relaciji umjesto reda letenja s fotografijom u pozadini). Kod WAP rjes'enja (Sl. 8.44), klijentov rnikro preglednik rukuje dokumentima prilagodenim moguknostima pokretnog telefona koji se oblikuju s posebnim jezikom za oznacavanje WML (Wireless Markup Language). LSkoliko Web posluiitelj raspolaie samo HTML dokumentima, potrebno je provoditi filtriranje HTML-a u WML. Ako Web posluiitelj raspolaie i WML dokumentima, potrebno je rijeSiti samo pristup posluiitelju, jer je Web posluiitelj ujedno i WAP posluiitelj, s'to je zadaka WAP posrednika (WAP proxy).

1 7

/ F 1 4

klijent pregled-

WML

HTML

V?fL

f

WML

S1. 8.44 WAP rjeSenje za pretraiivanje

8.8.2. WAP arliitektura WAP arhitektura (sl. 8.45 i 8.46) zasniva se na protokolnom sloiaju sa 6 slojeva kako slijedi: beiiCno aplikacijsko okruije (WAE - Wireless Application Environment), beiiEni sjednitki protokol (WSP - Wireless Session Protocol), beiiEni transakcijski protokol (WTP - Wireless Transaction Protocol), sigurnost beiiEnog transportnog sloja (WTLS - Wireless Transport Layer Security), beiiEni datagramski protokol (WDP - Wireless Datagram Protocol) i prijenosni sloj (Bearer). Na S1. 8.45 predoEena je usporedba s internetskim protokolima za aplikacijski sloj s WWW. Prednosti slojevite WAP arhitekture su moguknost neovisnog razvoja protokola i primjene podskupa standarda te razdvajanje funkcionalnosti

8.8. BeiiEni aplikaciiski wrotokol

koje dopuSta promjene pojedinog sloja uz zadriavanje suCelja prema susjednima. Nedostaci slojevite WAP arhitekture su teBa optimizacija i manja ~Cinkovitost,kao i kod svih slojevitih arhitektura. rimjena sjednica ---------------

transakcija

---------------

prijenos S1. 8.45 WAP arhitektura protokola Osim usluga i aplikacija koje su u potpunosti izvedene po WAP standardima, mogu se ukljuCiti usluge i aplikacije koje rabe samo neke WAP slojeve. Dobro definirana suCelja medu slojevima omoguCuju izravan pristup svim slojevima. Minimum je uporaba transportnog sloja, odnosno protokola WDP (Sl. 8.46).

S1. 8.46 WAP protokolni sloiaj BeiiEno aplikacijsko okruBje WAE sadrii skup rjeSenja za izgradnju aplikadija i usluga za kombinaciju WWW i pokretne telefonije te formatirane sadriaje. Uz pretraiivanje Weba, to su oznaEavanje pristiglih poruka (elektronicka poSta, govorne poruke, odabrane informacije), elektronicka trgovina u pokretu (rezervacija, narudiba, plaCanje) i razliCite vertikalne usluge (npr."provjera i narudiba rezervnih dijelova u skladis'tu). Jezik za oznaCavanje WML, sliEan WML-u, optimiziran je za ruEne naprave. Za razvoj se koristi jezik WMLScript sliEan JavaScriptu. WTA (Wireless Telephony Application) je suCelje za dodatne telefonske usluge kao Sto su prihvakanje, odbacivanje i preusmjeravanje poziva. Formatirani sadriaji (Content fomzats) omogukuju jednoznaCan prikaz Cesto koriStenih podataka, kao Sto su kalendar, posjetnica i sl.

8. Pokretljivost u mreiama

Sloj sjednice optimiziran je za mreie s malom propusnosti i velikim kaSnjenjem. BeiiCni sjednieki protokol WSP podriava izmjenu podataka izmedu dvije toCke koje izvode aplikaciju. Takva konverzacija, a time i sjednica, mogu biti dugotrajni, tako da beiiEna mreia traii posebna rjeSenja. Posebno je vaino uCinkovito pretraiivanje uporabom mikro preglednika WSP/B (WSP Browsing). Protokoli WSP i HTTP 1.1 semantii-ki su ekvivalentni. WSPB klijent spaja se preko WAP prilaza koji na WWW posluiitelju pretvara WSP zahtjeve u HTTP zahtjeve, te HTTP odgovore u WSP odgovore,. Transakcijski sloj optimiziran za ugradnju u pokretnu opremo s obiljeijima mrSavog klijenta (thin client), uCinkovit je u datagramskoj mreii, prikladan za asinkrone transakcije, a dopuSta dva naCina rada - jednosmjerni zahtjev i dvosmjerni zahtjev-odgovor. BeiiEni transakcijski protokol WTP izveden je iz eksperimentalnog transakcijskog protokola TCP (TflCP - Transactional TCP) prilagodenog operacijama upit - odgovor. WTP podriava pouzdanu izmjenu poruka, jer potvrduje primljene podatke i provodi retransrnisiju podataka koji nisu potvrdeni u otekivanom vremenu. Sigurnosni sloj zasnovan je na internetskom rjeSenju TLS (Transport Layer Security). Optimiziran je za uskopojasni kanal, a podriava sljedeCe funkcije: integritet podataka, privatnost, autentifikacija, otkrivanje i odbacivanje neprovjerenih podataka. WTLS moie sprijeCiti napade koji izazivaju uskrakivanje usluge (denial of service attack) kad napadac bombardira klijenta ili posluiitelja neieljenim paketima. Za njihovo se otkrivanje i odbacivanje troSe resursi i ne moie se ostvariti usluga. Protokol WTLS moie takve pakete odstraniti brie i jednostavnije nego protokoli viSih slojeva. WTLS se rabi s WDP, a ako sigurnosne funkcije nisu potrebne, moie se izostaviti. Transportni sloj prilagodava komunikaciju posebnim odlikama prijenosnih usluga te tako omoguCuje viSim slojevima rad u razliEitim beiiEnim mreiama i globalnu interoperabilnost. BeiiEni datagramski protokol WDP prikriva razlike izmedu moguCih prijenosnih mreia. WDP se moie smatrati apstrakcijom usluge kojom se opisuje skup moguknosti na kojima viSi slojevi mogu graditi svoje funkcije, ovisno o prijenosnoj mreii. Prijenosni sloj WAP-a moie biti GSM kanal ili kratka poruka za jednostavnije transakcije, prijenos se moie ostvariti paketski u GPRS-u, UMTS-u ili u nekoj privremenoj mreii Bluetooth ili u drugoj tehnologiji.

8.9. Usluge izmjene poruka 8.9.1. Usluga kratkih poruka U GSM mreii moie se komunicirati kratkim porukama (SMS) kojima rukuje posebni centar za uslugu kratkih poruka (SMS-C - Short Message Service

8.9. Usluge izmjene poruka Centre), usmjeravajuki ih od izvoriSnog prema odrediSnom MS-u. Duljina poruke je ogranicena na 160 znakova, a pojedini sustavi raspolaiu rjeSenjima za ulancavanje poruka kojima se viSe kratkih poruka stapa u jednu dulju. Obogakena usluga izmjene poruka (EMS - Enhanced Messaging Sewice) proSiruje sadriaj poruke, tako da se uz tekst mogu razmjenjivati toEkaste slike i kratke melodije. Usluga izmjene poruka ukljuEuje tri osnovna procesa: prijenos poruke od izvoriSnog MS-a prema SMS-C-u, prijenos poruke od SMS-C-a prema odrediSnom MS-u, prijenos upozorenja (alert) koje obavjeStava HLR i VLR da je MS ponovo aktiviran nakon duieg vremena neukljuEivanja u sustav. MS koji je ukljuEen u sustav spreman je u svakom trenutku primiti, odnosno poslati poruku. Nakon svake poslane poruke izvoriSni MS dobiva obavijest o tome je li SMS-C primio poruku, a ako nije, dobiva razlog neprimanja. Nakon primitka poruke na odrediSnoj strani, SMS-C dobiva potvrdu, koju zatim moie proslijediti izvoriSnom MS. U sluCaju da poruka nije primljena, u obavijesti se nalazi razlog neprimanja. Ako odrediSni MS nije ukljuEen u sustav, SMS-C Euva poruku odredeno vrijeme i prosljeduje je Eim se odrediSni MS ukljuCi u sustav. Elementi SMS poruke su sljedeki: vrijeme valjanosti poruke (validity period) - maksirnalno vrijeme koje se poruka zadriava u SMS centru, vrijeme primitka poruke u SMS-C-u (service centre time stamp) - vrijeme koje se ispisuje na odrediSnoj strani, identifikator protokola (protocol identifier) - oznaka protokola viSeg sloja, postojanje viSe poruka (more messages to send) - SMS-C obavjeStava pokretnu postaju, ako postoji jedna ili vise poruka spremnih za isporuku,

prioritet eriority) - oznaka poruke s prioritetom, neisporuCene poruke - SMS-C obavjeStava pokretnu postaju o postojanju poruka koje su poslane, ali iz nekog razloga nisu primljene, ukljuEivanje nakon duieg vremena (alert-sc) - poruka koja obavjeStava da je pokretna postaja koja duie vrijeme nije bila dostupna, ponovno ukljuEena u sustav.

SMS mrezna arhitektura S1. 8.47 prikazuje SMS mreinu arhitekturu. Entitet koji je potrebno dodati u GSWGPRS arhitekturu je SMS-C. Jedan SMS centar moie obuhvaCati nekoliko razliEitih pokretnih mreia i moie biti povezan s nekoliko MSC-a, odnosno SGSN-a, ako je rijeE o GPRS mreii.

8. Pokretljivost u mreiama

Kad pokretna postaja MS poSalje SMS poruku, ona odlazi u SMS centar preko nadleznog MSCISGSN-a i zatim se usmjerava odrediSnom MSCISGSN-u ili GMSC-u, ovisno o lokaciji krajnjeg korisnika.

3\ A,

AUC

I

S1. 8.47 SMS entiteti

Usmjeravanje poruke provodi se ovako: nakon primljene poruke, SMS-C Salje upit HLR-u radi dobivanja informacije o lokaciji korisnika. Nakon dobivene lokacije, SMS-C prosljeduje poruku nad.leinom MSCISGSN-u koji je dalje Salje odredignoj pokretnoj postaji. SMS-C je odgovoran za primanje i slanje SMS poruka krajnjem korisniku, kao i za prosljedivanje potvrde o primitku. On zadrzava proslijedenu poruku u spremniku sve dok ne dobije potvrdu o prirnitku, ili dok ne istekne definirano vrijeme valjanosti poruke. Pokretna postaja mora moCi slati i primati poruke odprema SMS-C te primati i slati potvrde odprema rnreii. Ona zadriava poslanu poruku sve dok ne dobije potvrdu ili dok ne istekne vrijeme isporuke. Osim toga, MS mora moCi obavijestiti SMS centar o moguCnosti primanja poruke nakon oslobadanja memorije, ako ih prethodno nije mogao primiti. Glavna je zadaCa GMSC-a dohvaianje podataka o lokaciji odrediSnog korisnika iz HLR-a. Ako je poruka stigla do odrediSta, GMSC obavjeStava HLR i SMS-C o uspjeSnosti slanja. MSC prima izvoriSnu poruku od MS-a ili odrediSnu od GMSC-a. Nakon primanja poruke od GMSC-a, MSC ponovno provjerava lokaciju odrediSne MS u VLR-u. U sluEaju negativnog odgovora oznaEava

8.9. Usluae izmiene ~ o r u k a

pogreSku GMSC-u, a u sluEaju pozitivnog odgovora prosljeduje poruku i Eeka potvrdu o primitku. U GPRS rnreii, SGSN objedinjuje funkcije MSC-a i VLR-a. Dakle, primljenu poruku od GMSC-a prosljeduje odrediStu, a zatim prirnljenu potvrdu o uspjeSnom prijemu vraCa GMSC-u. Ako je potrebno primiti vise poruka, SGSN obavjeStava nadleini HLR o kapacitetu tenninala. Kod primanja izvoriSne poruke od MS-a, ako nema pogreSke, SGSN je prosljeduje nadleinom GMSC. Na S1. 8.48 prikazan je slijed poruka prigodom uspjegnog slanja SMS poruke od SMS centra prema odrediSnom MS-u. Treba napomenuti da u GPRS sustavu nema poruke prema VLR entitetu.

-

prijenos p o j k e

1

1

I

~roslijedive nje poruE potvrda

S1. 8.48 Slijed poruka prilikom uspjeSnog slanja poruke odrediStu

SMS protokoli Na S1. 8.49 prikazan je SMS protokolni sloiaj. Na zraEnom suEelju poruke se prenose signalizacijskim kanalom SDDCH (Stand Alone Dedicata Control Channel) koji je namijenjen signalizaciji i kratkim porukama. SDDCH osigurava niie komunikacijske slojeve, dok su viSi rijeSeni posebnim protokolima za kratke poruke. Cetiri viSa sloja SMS protokola su: SM-AL (Short Message Application Layer), SM-TL (Short Message Transport Layer), SM-RL (Short Message Relay Layer) i SM-CMsub (Short Message Connection Management sublayer). U slojevirna SM-CMsub i SM-RL izmedu MS-a i MSC-a, te MSC-a i SMSC-a, protokoli su SM-CP (Short Message Control Protocol) i SM-RP (Short Message Relay Protocol), izmedu odgovarajuCih protokolskih entiteta SME i SMR. Izmedu MS-a i SMSC-a rijeE je o transportnom protokolu SM-TP (Short Message Transport Protocol) i aplikacijskom protokolu SM-AP (Short Message Application Protocol).

8. Pokretljivost u mreiama MS SM-AL

SM-CM sub

SMS-C

-------------------------------.------

Short Message Transfer Protocol ..................................................... SM-TP

SM-TL SM-RL

MSC

SM Re'ay SM Relay Prot. Entity (SMR) -

SM-RP

SM Control Entity (SME)

SMR

SM- Control Prot. SM-CP

SME

4

b

4

b

S1. 8.49 SMS protokolni sloiaj

8.9.2. lzmjena vigemedijskih poruka Usluga izmjene multimedijskih poruka (MMS - Multimedia Messaging Service) omoguduje komuniciranje porukama u obliku formatiranog teksta, crteia, slike u boji, animacije te audio ili video sadriaja. RijeE je o usluzi izmjene poruka bogatog sadriaja (u poEetku oko 30000 okteta) koja zahtijeva vede brzine prijenosa od usluga SMS i EMS. MMS je standardiziran za pokretnu mreiu od strane WAP foruma i 3GPP. Osnovna izvedba prijenosa NIMS poruka temelji se na WAP protokolima, a prijenos je neovisan o najniiem, prijenosnom sloju koji moie biti GSM, GPRS, EDGE ili UMTS. MMS ujedno podriava slanje i prirnanje poruke s korisniEke adrese elektronitke poSte i na nju.

MMS arhitektura S1. 8.50 prikazuje opCenitu arhitekturu MMS sustava. MMS koristi razliEite postojeCe mreie za prijenos, a time tvori temelj za izvedbu jedinstvenog sustava izmjene poruka. Skup mreia i MMS entiteta unutar kojeg se vrSi izmjena poruka pod kontrolom jednog operatora, definiraju tzv. MMS okruije (MMSE Multimedia Messaging Service Environment). MMSE kao cjelina, odnosno podruije koje omoguCuje uslugu izmjene poruka unutar mreia druge i trede generacije, osigurava isporuku i pohranu poruke, slanje potrebnih obavijesti unutar domaCe mreie, ali isto tako i kad se korisnik nalazi u posjeCenoj mreii (roaming). Entiteti MMS arhitekture prikazani su na S1. 8.51. Teinja je da se povezivanje razliEitih tipova mreia u potpunosti temelji na internetskim protokolima.

8.9. Usluae izmiene poruka

GSM GSMIUMTS GPRS

UMTS

S1. 8.50 MMS okruije

Entiteti potrebni za ostvarivanje usluge MMS su sljedeki: MMS terminal, MMS posluiiteljlposrednik, vanjski posluiitelji, MMS korisniEka baza podataka i HLR, te MMS posluiitelj za usluge s dodanom vrijednosti (VAS).

8. Pokretliivost u mreiama

MMS terminal sadriava MMS korisnizkog agenta (UA - User Agent) kao aplikaciju koja omoguCuje pregledavanje, stvaranje i rukovanje porukama, odnosno njihovo slanje, primanje i brisanje. Dodatne moguCnosti korisnika mogu biti kreiranje, kodiranje, potpisivanje i spremanje poruke te prebacivanje poruka na druge uredaje. BuduCi da takva poruka opCenito moie sadriavati nekoliko razliEitih formata sadriaja, korisniEki agent treba podriati standardne formate kao Sto su format poruke MIME, formati za prezentaciju WML i SMIL, zatim ASCII i IS0 za tekst, AMR, MP3, MIDI, WAV za zvuk, JPEG i GIF za sliku te MPEG 4 i ITU-T H.263 za video. Dodatne mogudnosti MMS korisnizkog agenta su primitak potvrde nakon Sto odrediSna strana prirni poruku, definiranje najduieg vremena Eekanja poruke na posluiitelju, postavljanje vremena najranij eg odaSiljanja poruke prema odrediStu, prioritet poruke, naplata odgovora poSiljatelju (reply-charging), neprikazivanje izvoriSnog broja na odrediStu te plaCanje usluga unaprijed. MMS posluiiteljj i MMS posrednik (MMS proxy) odgovorni su za pohranu i rukovanje dolaznim i odlaznim porukama te za prijenos i usmjeravanje poruka izmedu razliEitih mreia i za pretvorbu medija. Ovisno o izvedbi, MMS posluiitelj i MMS posrednik mogu biti jedan MMS entitet koji se u tom sluEaju naziva MMS posluiiteljem. MMS posluiitelj povezan je s bazama podataka u kojima se nalaze korisniEki podaci kao Sto su podaci o pretplati, razliEite postavke terminala, korisnitki profil, dodatne moguCnosti korisnika, informacije o naplati, stanju raEuna, mogudnostima terminala i sliEno. MMS posluiitelj osim funkcija usmjeravanja, primanja i slanja poruke omoguCuje MMS funkcije za pojedinog korisnika, prilagodava se korisniku na temelju korisnickog profila, prilagodava poruke ovisno o moguCnostima terminala (briSe i filtrira poruke), generira potrebne obavijesti, vrSi pretvorbu formata poruke, pregovara o moguCnostima terminala, provjerava terminal, Salje potvrdu o primitku poruke, vrSi pretvorbu adresa (IP MSISDN), sprema poruke do isporuke, kontrolira naplatu, odbija slanje poruke i sliEno. MMS VAS entitet (VAS - Value Added Services) omoguCuje koriStenje usluga s dodatnom vrijednosti koje omoguCuju dobivanje informacija o stanju raEuna, zapisa o pozivu (CDR - Call Data Records), vremenskoj prognozi i slitno. Svaki zapis o pozivu sadrii sljedeCe stavke: broj poruke, odrediSnu i izvoriSnu adresu, veliEinu poruke, vrijeme slanja poruke, najranije vrijeme isporuke poruke, rnaksimalno vrijeme Euvanja poruke, trajanje prijenosa, ukupno vrijeme Cuvanja poruke u spremniku, tip poruke, koriStenu prijenosnu mreiu, informaciju o sadriaju (audio, slika, video, tekst), obavijest o isporuci i prihvatu na odrediSnoj strani, stanje raEuna te trenutno stanje poruke (isporuEena, neisporuEena zbog isteka definiranog vremena). Dodatne informacije joS mogu biti razred poruke, tip konverzije medija, razina sigurnosti, prioritet te kvaliteta usluge.

8.9. Usluae izmiene ~ 0 r u k a

Vanjski posluiitelji (External Server) su mreini entiteti koji omoguCuju koriStenje razlititih internetskih aplikacija, najEeSCe elektronitke poSte (Sl. 8.52), ili povezuju davatelje usluga te posluiitelje koji nisu spojeni na Internet ili ne podriavaju MMS protokole. Vanjski posluiitelji mogu povezivati odredeni MMSE s raznim posluiiteljima kao Sto su posluiitelj elektroniEke poSte, Web posluiitelj, SMS centar, telefaks posluiitelj i sliEno (sl. 8.53). , .. agent za prosljedivanje elektronitke po5te

>

POP31 IMAP4

FS".. posluiitelj elektroniEke poSte

S1. 8.52 Primjer povezivanja MMS-a s elektronickom poStom Ovisno o izvedbi SMS-C-a, MMS posluiitelj moie biti izravno povezan sa SMS-C-om, kako je prikazano na S1. 8.53 ili moie biti povezan preko SMS prilaza (SMS-GW). U sluEaju da MMS posluiitelj pristupa preko prilaza, zadatak je prilaza da MMS posluiitelja veie s odgovarajuCim SMS-C-om, Sto je definirano pristupnim protokolom. I

posluiitelj S1. 8.53 Primjer povezivanja MMS-a s SMS-C-om Cilj je izgraditi jedinstveni sustav izmjene poruka (UMS - Unified Messaging System) u kojem Ce se preko jednog centra, UMS posluiitelja, primati razliEite vrste poruka i usmjeravati prema odrediSnoj mreii, odnosno krajnjem terminalu. U tom sluEaju UMS posluiitelj trebao bi raspoznati o kakvoj je poruci i krajnjem terminalu rijeE, zatim pregovarati o moguCnostima terminals, napraviti, ako je potrebno, pretvorbu i odgovarajuCu prilagodbu medija i poruku isporuEiti na odrediSte. PostojeCi MMS koristio bi ovakav sustav za beiiEni pristup prema korisniCkom agentu i terrninalu, a na taj naEin bi se MMS integrirao u UMS.

8. Pokretliivost u mreiama

MMS protokoli Na S1. 8.54 prikazana je MMSE arhitektura sa oznakama suCelja i referentnih toEki.

spremnik

-rql

MMI

MMS kor. agent A

4

"strani" MMS posluiitelj

posluiitelj

lpl?l

,l

MMS kor. agent B

+

:"

'i. ,;T'.':y

I

5

>

v.

I

I

.----__ vanjski

MM1

I

nrrrc ,OSl,&elilPOClarllarli~

#1 (el. poSta)

vanjski

vanjski

. posluiitelj

#3 (fax)

S1. 8.54 MMS suEelja i referentne toEke

Na zraEnom suEelju MM1, MMS posluiitelj je beiiEno povezan s MMS korisniEkim agentom. Skup protokola na suEelju MM1 omoguCuje da MMS terminal i posluiitelj prilikom komunikacije izmjenjuju poruke, potvrde i potrebne obavijesti. Ako je rijeE o odvojenim entitetima suEelje MM2 povezuje posluiitelja s posrednikom. Komunikacija se vrSi internetskim protokolima SMTP i HTTP. SuEelje MM3 povezuje MMS posluiitelja s vanjskim posluiiteljima na hternetu. Na suEelju MM4 koje povezuje razlicite MMS sustave, povezivanje se temelji na protokolu SMTP. Glavni je zadatak MMS posluiitelja prilikom spajanja dvaju razliEitih MMS sustava u nadleinosti razliEitih operatora, usmjeravanje poruka, uz preduvjet da su rijeSena pitanja adresiranja i sigurnosti pojedinih rnreia. SuEelje MM7 povezuje MMS posluiitelja s MMS VAS entitetom. I ovdje se koriste postojeCi internetski protokoli kao Sto su SMTP i HTTP. Na ovom suCelju potrebno je rijeSiti problem kodiranja podataka te dodati potrebne sigurnosne mehanizme za autentifikaciju korisnika.

8.9. Usluge izmjene poruka

Za komunikaciju se moie koristiti protokol SOAP (Simple Object Access Protocol) kao protokol viSeg sloja (iznad HTTP) koji definira format poruke te vrstu kodiranja (Sl. 8.55). Poruka se Salje metodom HTTP POST, a poEinje dijelom SOAP envelope koji definira okvir poruke i daje informaciju o kakvoj je poruci rijei: (MLME) i na koji se naEin obraduje. Slijedi tijelo poruke u kojem se nalazi sadriaj poruke.

S1.8.55 SOAP-format MMS poruke

Na S1. 8.56 prikazani su MMS protokoli prema suEeljima MM1 i MM3, preko kojih korisnicki agent komunicira s MMS posluiiteljem koji dalje komunicira s vanj skim posluiiteljem. Na suEelju MM1, izmedu MMS terminala i MMS posluZitelja, najniii sloj obuhvaCa sve protokole koji omogukuju beiiEni prijenos (GSM, GPRS, UMTS). Prijenosni protokol u viSem sloju omoguCuje spajanje terminala na MMS posluiitelj, a time i na Internet. Na ovom sloju mogu se nalaziti razliEiti viSi protokoli, ovisno o izvedbi. MMS sustav se u poeetnoj inaEici izvodi preko WAP-a. Bolje rjeienje bila bi izvedba koja bi se temeljila izravno na internetskim protokolima. Kod izvedbe MMS sustava s WAP protokolima, navedeni sloj obuhvaka potrebne WAP protokole, od WSP na niie. U sluEaju da se MMS temelji direktno na internetskim protokolima, tada se na ovom sloju najEeSCe nalaze protokoli za rad s elektroniEkom poStom i Web-om (SMTP, POP3, IMAP4, HTTP) te protokol TCP i IF. Na najviSem sloju nalazi se korisniEki agent, odnosno WWW aplikacija (rnikro preglednik, HTML, WML), koja omoguCuje prikaz poruke, a s druge strane spajanje na Internet protokolom HTTP preko MMS posluZitelja,.

8. Pokretliivost u mreiama

MMS terminal

MMSE

niZi slo (bearer) -A

@ J protokoli u terminal~

protokoli koji se nalaze u MMSE

0protokoli potrebni za spajanje na internetski posluiitelj S1. 8.56 MMS protokolni sloiaj

Na suCelju MM3 izmedu MMS posluiitelja i vanjskog posluiitelja komunicira se rnreinim protokolom IP i transportnim protokolima TCP ili UDP. Prilikom spajanja na Internet, terminalu je potrebno pridijeliti IP adresu, Sto je zadatak operatora rnreie u kojoj se korisnik nalazi. Podrurije jednog operatora, MMSE, mora imati jedinstveno ime domene (npr. mrns.operatorA.hr).

lzvedba MMS sustava S1. 8.57 prikazuje arhitekturu MMS sustava koji se temelji na WAP-u. Izmedu terminala i MMS posluiitelja uvodi se WAP prilaz kojemu je glavni zadatak prirniti podatke od MMS posluHitelja, prilagoditi ih i poslati beHirinom vezom prema MMS terminalu i obratno. MMS korisniriki agent, odnosno terminal u WAP arhitekturi, predstavlja MMS klijenta.

agent

posluiitelj S1. 8.57 Arhitektura MMS sustava temeljenog na WAP-u

8.10. Ad hoc mreie

S1. 8.58 prikazuje arhitekturu MMS sustava koji se u potpunosti zasniva na internetskim protokolima. U tom sluCaju, beiiCna komunikacija prilaza prema terrninalu temeljila bi se na istim protokolima kao i komunikacija prema MMS posluiitelju (SMTP, POP3, IMAP4, HTTP). To bitno pojednostavljuje arhitekturu i ubrzava komunikaciju. SMTP

-it

SMTP, POP3, IMAP4, HTTP

0

Termlnal IP spolni PrlstuP

MMS poslui~telj

e-mail posluiiitelj

S1. 8.58 Arhitektura MMS sustava u potpunom IP o k r d j u

8.10. Ad hoc mreZe Ad hoc ili privremene mreie omoguCuju beiiEno umreiavanje u pokretu bez prethodne izgradnje mreine infrastrukture. Takvim mreiarna povezuje se promjenjivi broj Evorova koji se kreCu, obiEno na ograniEenom prostoru, tako da su topologija i uvjeti komuniciranja promjenjivi. Javne i privatne mreie ne rjes'avaju probleme povezivanja razliEitih uredaja od kojih su neki komunikacijske, a neki druge osnovne namjene. Takvo povezivanje treba biti jeftino, neopteredeno troSkovima uporabe frekvencijskog spektra i izvedivo svugdje u svijetu. Nadalje, u rnnogim situacijama korisnik ne zna kakve su mu komunikacijske mogudnosti na raspolaganju, niti kako ostvariti pristup uslugama. To je posebno izraieno u prostorima u kojima privremeno (npr. vlak, brod) ili neieljeno dugo boravi (npr. zraEna luka, ieljezniEka stanica, luka). U nastavku Ce biti obradena dva rjes'enja: Bluetooth i MANET (Mobile A d hoc NETwork).

8. Pokretliivost u mreiama

8.1 0.1. Bluetooth S motriSta frekvencijskog spektra, za ad hoc mreie u Bluetooth tehnologiji, odabran je pojas ISM (Industrial Scientific Medical) u kojem je dopuSteno beiiEno povezivanje industrijskih, znanstvenih i medicinskih uredaja na kratkim udaljenostima. Frekvencijski pojas ISM je slobodan za uporabu, ali zahtijeva robusni radijski link zbog moguCih smetnji i interferencije s drugim sustavima ("teSki" kanal). S obzirom da se ieli omogukiti prijenos govora, podataka i razliEitih medija, treba osigurati kanalski i paketski naEin rada, sinkronu i asinkronu, asimetriEnu i simetriEnu komunikaciju. Bluetooth je namijenjen za beiiEno povezivanje bliskih elektroniEkih naprava, kao Sto su beiiEni ili pokretni telefon, modem, raEunalo, miS, projektor, mikrofon, sluSalica i drugi, u privremenu mreiu. Bluetooth osigurava radijsko suEelje koje je bolje od infracrvenog glede dometa, usmjerenosti i moguCnosti povezivanja vise krajnjih korisnika.

Tehnologija i mrela Bluetooth fizikalni kanal Sirine 1 MHz ostvaren je u frekvencijskom pojasu ISM 2400 - 2500 MHz. Kako su u tom podruEju izraiene smetnje i medusobno ometanje razliEitih uredaja, bilo je potrebno izvesti robusnu vezu. Ona je ostvarena komuniciranjem pomoCu kratkih blokova podataka, Eime se smanjuje vjerojatnost pogreSke, i brzom potvrdom svakog prirnljenog bloka prvim paketom poslanim u suprotnom smjeru. Koristi se tehnika frekvencijskog skoka Vrequency hop) kojom se svaki paket prenosi na drugoj od moguCih prijenosnih frekvencija medusobno razmaknutih za 1 MHz (Sl. 8.59). Time se isto tako smanjuje vjerojatnost pogreSke, j er se izbjegava dugotrajnije djelovanje smetnje u nekom podruEju. 1 MHz

7F

2,400

2,500 GHz

625 ps

0 - 2745 bit

S1. 8.59 Fizikalni kanal

Programski podesiv broj skokova regulira se posebnim slijedom skokova (hopping sequence) za svaku mreiu. NajviSa i najniia frekvencija u frekvencijskom pojasu ISM su u razliEitim zemljama razliEito definirane. SAD te veCina europskih i drugih zemalja propisuju pojas 2,400 - 2,4835 GHz u kojeg se smjeSta 79 Bluetooth kanala.

8.10. Ad hoc mreie

Jedan blok podataka sadrii do 2745 bita, a prenosi se unutar intervala trajanja 625 ps. ZaStita podataka provodi se kodom za ispravljanje pogreSaka (FEC Forward Error Correction). Dvosmjerni prijenos rijeSen je tako da se paketi prenose naizmjeniCno u vremenskoj podjeli (TDD - Time Division Duplex). MoguC je asimetricni (721 kbit/s - 57.6 kbit/s) ili simetriCni prijenos (432,6 kbit/s - 432,6 kbit/s). S motriSta snage, predvidena su dva rjeSenja, do 10 m (npr. radni prostor) i do 100 m (npr. javni prostor), uz najmanju udaljenost uredaja od 10 cm. Mreia Bluetooth uredaja naziva se pikomreia (piconet). Ona sadrii do 8 uredaja od kojih jedan djeluje kao glavni (master) i sinkronizira ostale (slave). Uredaj je ukljuCen u pikomreiu samo tijekom obavljanja komunikacije, tako da su broj uredaja u pikomreii i njihov sastav promjenjivi (Sl. 8.60). OmoguCena je komunikacija od toCke do toCke (point-to-point) ili s viSe toCaka (point-tomultipoint).

S1. 8.60 Bluetooth rnreia

ViSe neovisnih i nesihoniziranih susjednih pikomreia na istom prostoru tvori tzv. scatternet. Bliske pikomreie rabe razliEite sljedove skokova kako bi srnanjile medusobne utjecaje. Time se postiie da nekoliko manjih skupina Bluetooth uredaja moie medusobno komunicirati.

Bluetooth protokoli Bluetooth protokoli obuhvaCaju sljedeCe skupine protokola (Sl. 8.61): jezgreni Bluetooth protokoli (Bluetooth Radio, Baseband, LMP, L2CAP, SDP), protokol za zamjenu kabela (RFCOMM), protokoli za kontrolu telefonije (TSC BIN, AT commands) i preuzeti protokoli (PPP, UDP/TCP/IP, WAP, vCARD, vCAL, OBEX i drugi). Jezgrenim protokolima nazivaju se oni koji su izvedeni posebno za Bluetooth.

8. Pokretljivost u mreiama

WAP I

RFCOMM

1-

Bluetooth rat,,lin

Bluetooth jezgra

S1. 8.61 Bluetooth protokoli

Bluetooth radio (Bluetooth Radio) jezgreni je Bluetooth protokol fizikalnog sloja kojim se ostvaruje prethodno opisana komunikacija izmedu uredaja. Osnovni pojas (Baseband) rjeSava radijsku vezu izmedu uredaja u pikomreii. Predvidene su dvije mogudnosti: sinkrona spojno orijentirana veza (SCO Synchronous Connection-Oriented), prikladna za prijenos opdenito govora ili zvuka i podataka, te asinkrona nespojna veza (ACL - Asynchronous Connectionless), namijenjena prijenosu podataka. Osnovnom pojasu pristupa se na dva naCina, ovisno o vrsti informacije. Kad se Bluetooth uredaj rabi za prijenos zvuka (npr. rnikrofon i sluSalica na glavi za beiiEnu vezu s pokretnim telefonom, beiiEni rnikrofon za glazbene priredbe i sl.), izravno se upravlja fizikalnom radijskom vezom u osnovnom podrucju. Kod prijenosa podataka rjeSenja su sloienija, jer treba provesti prilagodbu protokolima i formatima podataka u razliEitim mreiama i za razliEite usluge. Uspostavljanje i prekidanje fizikalne radijske veze izmedu uredaja u pikomreii provodi protokol upravljanja vezom (LMP - Link Manager Protocol). LMP pritom osigurava sigurnosne funkcije, kontrolu napajanja i prijenos govora ili zvuka opdenito. Kontrola napajanja vaina je kako bi se ograniEila potroSnja baterije tijekom razdoblja neaktivnosti uredaja. Prijenos zvuka izmedu dvaju Bluetooth uredaja izvodi se SCO paketima izravno preko osnovnog pojasa otvaranjem audio veze. Protokol za kontrolu linka i prilagodbu (L2CAP - Logical Link Control and Adaptation Protocol) radi paralelno s LMP-om iznad osnovnog pojasa, a zadada mu je prilagodavanje viSih protokola na osnovnom pojasu, Sto ukljuCuje spojne i nespojne usluge te multipleksiranje, razlaganje i slaganje podataka. L2CAP ogranieava duljinu paketa na 64 kbit. Protokol za otkrivanje usluge (SDP - Service Discovery Protocol) kljuEni je protokol za primjenu Bluetooth tehnologije. Naime, za ad hoc mreie karakteristicnoje da se korisnik privremeno nalazi u komunikacijski nepoznatoj

8.10. Ad hoc mreie

okolini. Stoga ne zna koje su mu usluge na raspolaganju niti uvjete njihovog koriStenja. Nadalje, Bluetooth omoguduje usluge koje se ne mogu ili ne trebaju izvesti u javnoj ili privatnoj mreii. Osnovna zadada protokola za otkrivanje usluga je prikupljanje informacija o uredajima i uslugama prije uspostavljanja veze. To je temelj za sve modele uporabe uredaja u ad hoc mreii. Protokol za zamjenu serijskog kabela (RFCOMM - Radio Frequency Communication) programski emulira povezivanje uredaja serijskim kabelom (standard RS-232). Naime, raEunala mogu postati Bluetooth uredaji dodavanjem Bluetooth modula umjesto fiziEkog kabela na serijska vrata. Jedino je prihvatljivo rjeSenje da svi ostali sklopovski i programski dijelovi raEunala ne "primijete" razliku kabel- radijska veza, a to je zadada RFCOMM-a. SliEnu namjenu imaju protokoli za kontrolu telefonije, koja ukljuEuje upravljanje poziva, modemski prijenos podataka i telefaks. Primjer su binarni telefonski kontrolni protokol (TCS BIN - Telephony Control Protocol Binary) i modemski kontrolni protokol AT naredbe (AT Commands). Kako je jedna od vainih primjena Bluetootha ad hoc povezivanje na Internet, protokolni sloiaj preuzeo je sve osnovne protokole za pristup i rad u Internetu (PPP, IP, TCP, UDP), Cime su omogudene internetske i WAP usluge. Da bi se povedale uporabne moguknosti, ukljuEen je i protokol za razmjenu objekata (OBEX - Object Exchange protocol). To je sjedniEki protokol koji je razvila udruga Infrared Data Association (IrDA) za jednostavnu i spontanu izmjenu objekata po naEelu klijent - posluiitelj. Objektom se smatra bilo koji blok podataka, neovisno o formatu i sadriaju. OBEX je izvedbeno pojednostavljeni HTTP. Primjeri objekata definiranog formata i sadriaja su elektronicka posjetnica (vCARD - Electronic Business Card Exchange) te elektronitki kalendar i raspored rada (vCAL - Electronic Calendaring and Scheduling Exchange). vCARD i vCAL su u nadleinosti udruge Internet Mail Consortium, a razvija ih IETF. Takvi formati sadriaja rabe se i u WAP-u.

Modeli uporabe Usluge u Bluetooth privremenoj mreii opisuju se modelima uporabe (Usage Model) koji precizno odreduju informacijska i komunikacijska obiljeija usluge. Pokazat de se nekoliko primjera. Model uporabe prijenosa datoteka (File Transfer) omoguduje prijenos razliCitih objekata s jednog uredaja na drugi (Sl. 8.62). Objekti mogu biti razliCitih tekstovnih (npr. .doc), slikovnih (npr. .ppt) ili medijskih formata (npr. .mpg). Uz jezgrene Bluetooth protokole, primjenjuju se RFCOMM za zamjenu kabela, OBEX koji odriava sjednicu u okviru koje se provodi izmjena objekata, te neka aplikacija za prijenos datoteka (File Transfer Application). Uz prijenos datoteka ovaj model uporabe moie sluiiti pri pretraiivanju sadriaja na drugom uredaju i strujanju medija izmedu dva uredaja.

8. Pokretljivost u mreiama apl. za prijenos datoteka I

RFCOMM

S1. 8.62 Model uporabe prijenosa datoteka

Internetski most (Internet Bridge) model je uporabe kojim se bez fiziCke povezanosti osobnog raEunala i pokretnog telefona koji zamjenjuje modem ostvaruje komutirani pristup Internetu preko pokretne mreie. SliEno se rjeSenje moie ostvariti i beiiEnim modemom. Modemske funkcije kontroliraju se AT naredbama (Sl. 8.63). RjeSenje je ekvivalentno prikljucku raEunala modemom kroz fiksnu mreiu s pristupnim protokolom PPP. Ovako se moie ostvariti i pristup lokalnoj mreii te telefaks komunikacija.

I

'

rnod;rn

irnulato~~

I

S1. 8.63 Internetski most

Sinkronizacija (Synchronization) kao model uporabe sluii za uskladivanje osobnih informacija izmedu dvaju uredaja (adresar, telefonski imenik, kalendar, posjetnica, ...). Time je olakSano njihovo odriavanje, jer se promjena na jednom uredaju (npr. telefonski pozivni broj) automatski moie provesti na ostalima. To je vaina funkcionalnost sustava za upravljanje osobnim informacijama (PZM - Personal Information Management). Tri u jednom telefonu (Three-in-One Phone) model je uporabe koji omoguCuje prikljuEak jednog telefona na tri razliEita davatelja usluge (npr. beiiEni telefon na PSTN, radio-telefon "walkie-talkie", pokretni telefon na GSM) Eime se izbjegava potreba za tri razliEita telefonska aparata. Ovisno o okolnostima i ielji korisnika, telefon Ce se ad hoc povezati s jednom od tri raspoloiive mreie.

8.10. Ad hoc mreie

Za razliku od prethodnih modela uporabe kojima su se poznata rjes'enja preslikala u ad hoc uvjete, Bluetooth omogukuje i sasvim nove usluge. Primjeri su trik torbe (Briefcase Trick) i zaboravljena poruka (Forbidden Message) kod kojih korisnik samo izdaje trajni ili povremeni nalog za uslugom, a ista se provodi bez njegove intervencije. Trik torbe omogukuje komunikaciju pokretnog telefona i osobnog raEunala bez korisnikovog sudjelovanja. Tako je npr. moguC prijam i pregledavanje elektronieke pos'te na prijenosnom raEunalu dok. je u torbi. Zaboravljena poruka omogukuje odas'iljanje prethodno pripremljene poruke s prijenosnog raEunala u trenutku kad se pokretni telefon ukljuEi u mreiu (npr. nakon slijetanja u zraEnoj luci). Bluetooth moie sluiiti kao prijenosnik za druge komunikacijske modele, npr. WAP. WAP klijent "ne zna" kako je spojen i ponas'a se kao da je spojen komutiranom vezom na mreiu na kojoj je WAP posluiitelj. S obzirom da je rijeE o ad hoc mreii, WAP klijent treba saznati naziv posluiitelja, naziv posluiiteljeve domake stranice (Home Page) i funkcionalnost posluiitelja (WAP posrednik, posluiitelj WAP sadriaja). Pokretni telefon s Bluetooth modulom (WAP klijent) traii drugi raspoloiivi Bluetooth uredaj (WAP posrednik) koristeki otkrivanje usluga (SDP). WAP klijent saznaje za naziv i moguknosti WAP posrednika koji ke ostvariti komunikaciju s WAP posluiiteljem na Internetu (Sl. 8.64).

G Internet

S1. 8.64 WAP klijent koristi Bluetooth za prijenos

U ovom primjeru klijent je rabio protokol za otkrivanje usluge kako bi ustanovio postojanje i moguCnosti WAP usluga. WAP posluiitelj moie isto tako otkrivati Mijente, pri Eemu treba saznati naziv klijenta i njegove moguCnosti (Sl. 8.65). U tom sluEaju, Bluetooth uredaj (WAP posluiitelj) periodicki provjerava raspoloHive WAP klijente otkrivanjem usluge (SDP) i naznaEuje im svoje moguknosti. U ovakvim situacijama jedan je Bluetooth uredaj stacionaran, prikljuEen na fiksnu mreiu i glavni za pikomreiu u svojoj okolini. Ostali su pokretni, a ulaskom u podruije pokrivanja (10 m ili 100 m oko stacionarnog uredaja) mogu se ukljuEiti u pikomreiu kao pomoCni uredaji.

8. Pokretljivost u mreiama

w Internet

S1. 8.65 WAP posluiitelj preko Bluetootha ostvaruje komunikaciju s WAP klijentima

Protokoli za povezivanje WAP klijenta i WAP posluiitelja uporabom Bluetootha predoEeni su na S1. 8.66. WAP klijent

WAP posluiitelj

I I

WAP

PfL

1

I

RFCOMM

1

RFCOMM

~

Baseband Blue radio

Blue radio

S1. 8.66 Protokoli za povezivanje WAP klijenta i WAP posluiitelja

Komunikacijski slojevi kojima korisniEka informacija prolazi odozdo prema gore su sljededi: tri jezgrena Bluetooth sloja (Bluetooth radio, prijenos u osnovnom pojasu i L2CAP), iznad kojih su protokol za zamjenu kabela (RFCOMM) i protokoli za pristup i rad u Internetu (PPP, IP, UDP). Na vrhu su WAP slojevi (WDP, WTLS, WTP, WSP, WAE). Ne srniju se zaboraviti ni kontrolni protokoli, posebice SDP.

8.1 0.2. Ad hoc mrere u lnternetu Ad hoc rnreie u Internetu (MANET Mobile Ad-hoc Network) mogu se izvoditi kao autonornne ad hoc mreie ili kao mreie spojene na Internet preko usmjeritelja. Osnovni problem je standardizirani protokol za usmjeravanje koji de podriati nespojni IP promet i biti uEinkovit kod promjene topologije. Ujedno

8.10. Ad hoc mreie

treba omoguiiti povezivanje Evorova koji rade s razliEitim fizikalnim slojevima kako bi se obuhvatile razliEite beiiCne tehnologije (beiiEni LAN, Bluetooth, infracrvena veza, ...). Promjena topologije mreie do koje dolazi zbog kretanja Evorova i promjene medusobnih odnosa Evorova (udaljenost, susjednost), najveii je problem ovakvih mreia. Primjer na S1. 8.67 neka posluii za ilustraciju. Cvor D nalazio se u blizini Cvora C i vezom preko tog Evora ostvarivao komunikaciju s ostalima. Npr., Evoru B mogao je pristupiti usmjeravanjem preko Evora C ili C i A. Kad Cvor D dode u blizinu Evora E, on raskida vezu sa Evorom C i uspostavlja vezu sa Evorom E. Tada de Evoru B pristupati preko A ili A i C.

S1. 8.67 Promjena topologije u ad hoc rnreii

Drugi je primjer kad se ista ad hoc mreia u kojoj su Evorovi A, B, C, D i E spaja na Internet preko Evora B na usmjeritelj R (Sl. 8.68). Osnovno je ograniEenje da Ce promet prema ad hoc mreii zavrSiti u njezinim Evorovima i ne dopuSta se njegovo tranzitiranje prema nekoj drugoj mreii. A

S1. 8.68 MANET

Usmjeravanje je sloienije nego u stalnoj mreii u kojoj tu zadadu provodi protokol IP koji prima i isporuEuje pakete transportnim protokolima TCP i UDP. Usmjeravanje prema ad hoc mreii i u nju klasiEnim protokolima za usmjeravanje nije mogude zbog promjenjive topologije koja zahtijeva promjenjive tablice usmjeravanja.

8. Pokretliivost u mreiama

Stoga se pribjeglo rjeSenju s Internet MANET enkapsulacijskim protokolom (IMEP - Internet MANET Encapsulation Protocol) koji omogukuje uporabu posebnih protokola za ad hoc usmjeravanje u IP mreii S1. 8.69). Primjenjuju se proaktivni, reaktivni i hibridni protokoli za usmjeravanje.

usmjeravanje

IP, ICMP, IGMP,

...

S1. 8.69 Usmjeravanje u MANET-u

Proaktivni protokoli provode adaptivno usmjeravanje na temelju izmjene kontrolnih paketa s Evorovima kojima se osvjeiavaju tablice usmjeravanja, ovisno o promjenama topologije. Veliki promet kontrolnih paketa, neovisno o zahtjevima za usmjeravanjem, nedostatak je ovog pristupa. Mebutim, njegova je prednost da je ruta raspoloiiva Eim se zatraii. Reaktivni protokoli rade na drukEijem naEelu: ruta se traii tek nakon zahtjeva za usmjeravanjem. Prednost ovog postupka je mali promet kontrolnih paketa, ali s negativnim posljedicama koje se oEituju u velikom kaSnjenju paketa. Hibridni protokoli kombiniraju proaktivni i reaktivni pristup.

Literatura [I]

[2]

[3] [4]

[5]

KAARANEN, H., A. AHTIANEN, L. LAITINEN, S. NAGHIAN, V. NIEMI. 2001. UMTS Networks Architectures, Mobility and Services. John Wiley & Sons, Ltd. MURATORE, F. (ED.) 2001. UMTS Mobile Comunications for the Future. John Wiley & Sons, Ltd. SOLOMON J. 1998. Mobile IP: The Internet Unplugged. Prentice Hall PTR, Upper Saddle River, NJ, USA TANENBAUM A. 1996. Computer Networks, 3rdEd. Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ, USA YI-BINGLLIN,CHLAMTAC, I. 2001. Wireless and Mobile Network Architectures, Wiley Computer Publishing, John Wiley & Sons, Ltd.

Marijan KunStiC, Alen Baiant

9. Osnove upravljanja mre2om

Potreba i moguCnosti nameCu problem upravljanja telekomunikacijskom mreiom. Potrebu za upravljanjem mreiom generira evolucija nadzora i odriavanja njene statiEke strukture, dok se nove moguCnosti otvaraju uvodenjem informacijsko - komunikacijske tehnologije. SuStinski pomak koji se time ostvaruje odnosi se na djelovanje u promjenu ponaSanja strukture aktiviranjem (elektrofizikalnog, binamog) stanja strukturne komponente. Prema tome, struktura postaje upravljiva u modalitetima svog ponaSanja, a samim tim znatno prilagodljivija semantici kroz njene izraiajne slike u fonni informacijskih, odnosno podatkovnih struktura. Razvoj telekomunikacijske mreie, praCen tehnoloSkim ponudama od elektromehanike preko elektronike do optike, obiljezava je kao infrastrukturu umreienog znanja. Prema tome se i pojam upravljanja mreiom (SireCi svoj opseg i sadrzaj) transformira u softversku sferu s operativnom i aplikativnom dimenzijom. NastojeCi fokusirati vainije elemente polaziSta problematike upravljanja mreiom valja se koncentrirati na problemsku dekompoziciju: objekt upravljanja (informacijsko komunikacijska mreza) upravljajuki sustav, koji u komplementarnom zajedniStvu trebaju kvalitetno zadovoljiti sve veCe potrebe korisniEke okoline za informacijom i znanjem kao kljuEnim resursima njenog opstanka i daljnjeg razvoja. DaWe, uotavamo: mreiu kao sustav i kao objekt upravljanja, Sam sustav upravljanja i, konaEno, korisniEki sustav ugraden u odgovarajuCe druStveno ekonomske i politiEke asocijacije. U takve okvire treba ugradivati specifikacijske odrednice funkcija i njihovih odnosa te odgovarajuke performanse kao posljedice zahtijevane kakvoCe.

9. Osnove upravljanja mrefom

9.1. Neka naEela upravljajucih sustava Uvodenje sustava za upravljanje mreiom podrazumijeva jasnu definiciju njegove svrhe, specifikaciju funkcionalnog skupa te forme organiziranosti s adekvatnom infrastrukturnom podrSkom. NaEelni i mogudi odnosi upravljajudeg i upravljanog sustava temelje se na nekim opdenitijim principima utkanim u teoriju sustava. Opda teorija sustava bavi se najopdenitijim pojmovima i aspektima sustava odnosno onim principima i naCelima koja su sveobuhvatna za veliku vedinu sluEajeva pojedinih sustava. Ovdje valja istaknuti da se globalni pristup temelji na Eitavom nizu konkretnih spoznaja koje komplementarno nadopunjujemo, u koracima postupne konkretizacije, pragmatskim elementima iz semantiEke sfere samog sustava. NaSu semantiEku domenu ispunjavaju konceptualni sadriaji proizaSli iz stanja spoznaje podruEja suvremenih telekomunikacijskih mreia i problematike njihovog upravljanja. Shodno tome, a u kontekstu sagledavanja sustava za upravljanje telekomunikacijskom mreiom, proizlazi i jedno od polazis'ta, prema kojem se u njegovom idejnom koncipiranju odluEujemo za otvorenost sustava, kako u funkcionalnom, tako i u tehnoloSkom smislu . Samo stanje spoznaje ili saznanja upuduje nas na odluku izbora slijedede definicije, kako slijedi: Sustav je skup elemenata (npr. primitivnih funkcionalnih komponenata ili primitivnih procesa) koje karakteriziraju odgovarajuti medusobni odnosi (u vremenu i u prostoru), kao i odnosi prema okolini, a koji zajedno konkretiziraju njegovo ponaSanje u vremenu ostvarujuti pritom zahtijevanu (adekvatnu) svrhu (svrhe, ciljeve; npr. informacijsko komunikacijske usluge). Izrazito vaino svojstvo telekomunikacijskog sustava (objedinjenog mreiom kao kompleksnim hardverom i upravljanjem kao novom softverskom paradigmom) jest da pripada klasi velikih sustava - VS. Temeljna atribucija velikog (umjetnog) sustava je njegova elementna (funkcionalna ili procesna) masovnost i relacijska kompleksnost. Posljedica procesne masovnosti, a u cilju da se sustav bude cjelovito saglediv, i uz realnu prisutnost rasta njegove kompleksnosti, namedu se kao jedina alternativa: apstrakcija i stratifikacija (do pojmovnih kategorija) u nuBnom sagledavanju cjeline sustava, ali koja ne moie biti konaEna. Uzrok tomu je u neprestanoj interakciji korisniCkog i telekomunikacijskog sustava koja rada nove spoznaje o informacijsko-komunikacijskimpotrebama.

9.1. Neka naEela upravljajucih sustava

U toj Cinjenici leii jedan od glavnih uzroka strateSkog opredjeljenja u strukturiranju velikih, umjetnih sustava na principima modularnosti. Neophodne koncepcije za opis rada informacijsko - komunikacijskih sustava proizlaze iz sljedekih nivoa: funkcija individualnih elemenata (ili grupe elemenata), • interakcija i koordinacija elemenata sustava, a inforrnacijskih struktura. Sva tri nivoa mogu se povezati pojmom jezika unutar "jeziCnog prostora".

9.1 .l.Elementi teorije hijerarhijskih sustava s viSe nivoa Isticanje nekih od elemenata ima cilj ukazati na alternative u izboru najprihvatljivije arhitekture za infrastrukturnu podlogu upravljajukeg informacijskog sustava. Svaki stratum (deskriptivno specifikacijske hijerarhije upravljajudeg sustava) ima svoj vlastiti skup terrnina, koncepcija i principa, Sto se smatra sustavom, i svoje ciljeve i jezike pomoCu kojih se oni mogu opisivati. n

. .

.-aK, , .-a K ,V) m

Stratum i+3

.p=n--

a 0

Stratum i+2

..-a, .-C l s

-

a,

0

..'

.l!zz!q

Stratum i+l

. ..-.........

.-a,

!m= >

.-a, .E

3 N

Stratum i

E .-a,

z

V

S1. 9.1 Medusobni odnos stratuma: neki sustav na danom stratumu je podsustav

sljedeCeg viSeg stratuma

9. Osnove upravljanja mreiom

Opis sustava na bilo kojem stratumu u pravilu je manje detaljan nego na niiim stratumima; ono Sto je objekt na danom stratumu, postaje relacija na niiim straturnima; ono Sto je element postaje skup. Dani podsustav na jednom stratumu postaje sustav na stratumu ispod njega. Ova medusobna povezanost stratuma prikazana je na S1. 9.1. Treba uoCiti da ovaj uzajamni odnos izmedu opisa na raznim stratumima dovodi do hijerarhije odgovarajukih deskriptivnih jezika. Kako za svaki stratum postoji razliCiti skup koncepcija (pojmova) i termina koje treba koristiti za opis sustava na tom stratumu, po pravilu postoji i razliEiti jezik. Ovi jezici, opet, saEinjavaju hijerarhiju s jednom semantiCkom relacijom izmedu dvaju uzastopnih Elanova hijerarhije. Razumijevanje nekog sustava poveCava se kriianjem stratuma; pomicanjem niz hijerarhiju dobiva se detaljnije objasnjenje, a uz hijerarhiju omogukuje dublje razumijevanje nj egovog znaEenja. Pozivanjem na ni8e stratume u stanju smo preciznije i s vise detalja objasniti naCin na koji sustav funkcionira. ZakljuEno se moie reCi da je za pravilno razurnijevanje kompleksnih sustava hijerarhijski pristup na temeljima stratifikacijskog modeliranja od temeljnog znaCaja.

Slojevi: nivoi kompleksnosti odluCivanja Druga koncepcija hijerarhije pojavljuje se u kontekstu odluEivanja. Ovdje se javljaju dvije, iako trivijalne, karakteristike koje vrijede gotovo za svaku situaciju donoSenja odluke: nastupom trenutka odluke njeno donoSenje i provodenje ne moie se vise odlagati jer bilo kakvo odlaganje samo znaEi da nisu pripremljene nikakve alternative za izbor odluke; neizvjesnost u pogledu posljedica provodenja raznih alternativnih akcija i nepostojanje dovoljnog poznavanja uzajamnih odnosa do kojih se tom prilikom dolazi, zbog nepostojanja formalnog opisa koji je potreban za racionalan odabir pravca djelovanja. Gore navedeni Eimbenici rezultiraju temeljnom dilemom u donoSenju odluka: s jedne strane postoji potreba za djelovanjem bez odlaganja, a s druge pak strane isto tako velika potreba da se situacija bolje upozna. U kompleksnim situacijama kada treba donositi odluke, rjeSenje ove dileme traii se u hijerarhijskom pristupu. Takva hijerarhija naziva se hijerarhija odluEivanja, a Eitav sustav prikazan na S1. 9.2 zove se sustav odlucivanja u viSe nivoa.

9.1. IVeka naEela u~ravliaiucihsustava

Nadalje, treba odabrati takav cilj koji Ce sa svoje strane biti rastavljen na komponentne ciljeve (podprobleme), s tim da je vrlo Eesto prisutan sluEaj da se nakon ostvarenja podcilja dolazi u poziciju procjene je li to ostvareno na pravcu pribliiavanja prvobitnom cilju. :u ,Yt, ;u;o:, , , , ,

1 I

S1.9.2 Hijerarhija s viSe slojeva sustava za donoSenje odluke Cini se prirodnim Sto se ova hijerarhija pojavljuje u vezi s t r i m sustinskim aspektima problem odlucivanja u uvjetima stvarne nesigurnosti: a. odabir strategije koju treba koristiti u procesu odluEivanja; b. smanjenje ili elirninacija nesigurnosti; c. traienje poieljnog ili bar prihvatljivog pravca djelovanja u unaprijed specificiranim uvjetima. S1. 9.3 prikazuje funkcionalnu hijerarhij u. a. Sloj odabira Zadatak ovog sloja je da odabere pravac djelovanja m. Modul odluEivanja na ovom sloju prima informacije i primjenjuje algoritam odabira pravca djelovanja (koji je specificiran od strane viSih slojeva ). Sam bi se algoritam, primjerice, mogao definirati kao tijek rjeSavanja T, koji temeljem poEemih podataka daje skup rjeSenja; ili se to moie uEiniti indirektno, posredstvom procesa istraiivanja. b. Sloj utenja ili prilagodbe Zadatak ovog sloja je u tome da specificira skup nesigurnosti U, koji koristi selekcijski sloj. Ovdje bi trebalo istaknuti kako se smatra da skup nesigurnosti ukljuEuje Eitavo neznanje koje se odnosi na ponaSanje sustava, kao i da odraiava sve hipoteze koje se javljaju u vezi s moguCim izvorom i tipovima

9. Osnove upravljanja mreiom

nesigurnosti. Cilj aktivnosti drugog sloja sastoji se u tome da smanji skup nesigurnosti. SamoorganizirajuCisloj Ovaj sloj ima zadatak da u okviru niiih slojeva odabere strukturu funkcije i strategije koje se koriste, kako bi se neki zajedniEki cilj ostvarivao Sto je moguCe brie i preciznije. On, primjerice, moie rnijenjati funkcije P i G na prvom sloju ukoliko se zajedniEki, opCi cilj ne ispunjava na zadovoljavajuCi naEin; ili moie mijenjati strategiju uEenja koja se koristi na drugom sloju ukoliko se pokaie da procjena nesigurnosti nije bila u potpunosti zadovoljavajuCa. Ovdje treba pripomenuti i to da je funkcijska hijerarhija, onako kako je prikazana na slici, temeljena na koncepcijskom prihvaCanju bitnih funkcija u kompleksnom sustavu odluEivanja. Ona osigurava samo polaznu toEku za racionalni pristup dodjeljivanja odgovarajuCih funkcija razliEitim slojevima. U praktiEnim sluEajevirna, neka se funkcija na bilo kojem sloju moie izvrSavati daljnjom dekompozicijom. c.

..................................... i Hijerarhija donoSenja odluke

UEenje i adaptacija

(U, P, GI

Selekcija

Proces

Funkcionalna hijerarhija odluEivanja s vise slojeva

Sustavi s viSe ravnina organizacijske hijerarhije Za ovaj pojam u hijerarhiji neophodno je sljedeCe:

1. sustav se sastoji od jedne grupe medusobno djelujuCih podsustava i eksplicitno se priznaje

9.1. Neka naEela upravljajucih sustava

2. da su neki od podsustava definirani kao jedinice za donoSenje odluke i 3. da su moduli odluEivanja rasporedeni hijerarhijski u srnislu da na neke od njih utiEu ili da ih kontroliraju drugi moduli. Ova uzajamna povezanost izmedu podsustava moie se formalizirati i dovesti do parcijalno sredenog medusobnog odnosa izmedu podsustava. Jedan prikaz sustava ovog tipa dan je na S1. 9.4, gdje se jedan nivo u jednom takvom sustavu naziva ravninom odluEivanja. U ovakvom primjeru moguCe je oEekivati da pojedini moduli posjeduju u opCem sluEaju kontradiktorne ciljeve. Usput napomenimo da se kao najistaknutiji i generiEki primjer ovog tipa sustava pojavljuju formalne ljudske organizacije. Ukoliko te organizacije shvatimo kao organizirane kolekcije "elemenata" prirodnog intelekta (element prirodnog intelekta je Eovjek), onda je sustave upravljanja mreiom dopuSteno tretirati i kao organizirane kolekcije elemenata prirodnog i umjetnog intelekta kao inteligentne resurse upravljajueeg sustava (poduprtog upravljaEkom mreiom kao svom pratetom infrastrukturom). Hijerarhija donoSenja odluke

Upravljanje

. \-.' '..

-'

S1. 9.4 Organizacijska hijerarhija s vi6e ravnina odluCivanja (ili egalona)

Ono Sto se ovdje nameCe kao naEelo jest da je od velike vaZnosti za uEinkovito koriitenje strukture s viie nivoa da se osigura sloboda djelovanja modulima odluzivanja u strukturi s viie nivoa. Jedino tako bit Ce opravdano postojanje hijerarhije. Ovakav pristup navodi nas na koncepcijski vainu klasifikaciju sustava za donoSenje odluka. U odnosu na hijerarhijske rasporede modula odlucivanja koje saCinjavaju sustav na slici, mogle bi se prihvatiti sljedeCe kategorije sustava za donoSenje odluka: a. sustavi s jednim nivoom i jednim ciljem; b. sustavi s jednim nivoom, ali vise ciljeva; c. sustavi s vise nivoa i vise ciljeva.

9. Osnove upravljanja mreiom

ImajuCi pred sobom kao objekt upravljanja inteligentnu telekomunikacijsku mreiu, moiemo joj pridruiiti naEelni koncepcijski stav za njezin sustav upravljanja po kojem se on naslanja na kategoriju c. sustava s viSe nivoa i viSe ciljeva (Sl. 9.5). Jedinica za donogenje odluke

A

........................................... :donogenie odluke

Sustav s jednim ciljem i jednim nivoom

F-9

Sustav za donogenje odluke

...........................

;

...................... Proces P

Sustav s jednim nivoom i % ciljeva

Sustav s v i e nivoa i v8e ciljeva

S1. 9.5 Tri hijerarhijska rasporeda jedinica za donoSenje odluke

U nastavku razmatranja nastojat Cemo ukazati na neka dodatna svojstva i zajednicke karakteristike koja se odnose na ulogu podsustava.

I. Modul viSeg nivoa zainteresiran je za vise ciljeve, odnosno za Sira motriSta ponaSanja globalnog sustava.

U hijerarhiji s viSe eSalona to se odraiava u Einjenici da je viSi nivo nadreden u odnosu na dvije ili vise jedinica, i odluka nadredenog modula koordinira rad podredenih modula u skladu s ciljem definiranim za podruEja svih modula koji su mu podredeni. Kod koncepcije slojeva ovo se izraiava u brizi i nadzoru modula na viSem nivou za ponaSanje sustava, i to u duiem vremenskom razdoblju. Radi prikupljanja informacija potrebnih za smanjenje nesigurnosti, sloj uEenja treba voditi raCuna o nekoliko perioda odluEivanja prvog sloja. Da bi utvrdio naEin na koji treba mijenjati strukturu strategija odlucivanja prvog i drugog sloja, treCi, samoorganizirajuCi sloj mora vrSiti promatranja Cak i u duiem vremenskom periodu. Kako bi bio u stanju procjenjivati performanse strategije uEenja, ovaj posljednji sloj treba biti u akciji bar nekoliko puta. SliEna je situacija i kod koncepcije "stratuma"; sustav na bilo kojem nivou sastavljen je od podsustava na nivoima ispod njega, pa prema tome viSi "stratum" vodi raEuna o Sirim aspektima ponaSanja Eitavog sustava.

9.1. Neka naEela upravljajucih sustava

11. Period odluEivanja modula viSeg nivoa duii je od perioda odluEivanja niiih jedinica.

U pogledu koncepcija slojeva i "stratuma" ovo je sasvim oEito, a to se takoder odnosi i na koncepciju egalona. Naime, radi procjene efekta koordinacije nadredena jedinica ne moie djelovati EeSCe od podredenih modula Eije je ponaSanje uvjetovano koordinacijom. 111. Modul viSeg nivoa raEuna sa sporijim aspektima ponaianja globalnog sustava. Ovaj postulat vrijedi za sva tri tipa nivoa i gotovo proizlazi iz Einjenice da je viSi nivo zainteresiran za Sire aspekte ponaSanja Eitavog sustava, kao i da ima duii period odluEivanja. ViSi nivoi ne mogu reagirati na varijacije, bilo u pogledu sredine ili samog procesa, jer su oni brii od varijacija zainteresiranosti za niie nivoe, poSto ovi posljednji reagiraju brie i zainteresirani su za specifiEnije, lokalne promjene. Postupak raspodjele po nivoima moguCe je podrediti spektru dinamike upravljanih procesa D. Dakle, imamo:

= (dl, d2,..--,dn), pri Eemu je: d1>d2>d3>...> d,. VeCa dinamika ili veCa frekvencija vremenskih varijacija upravljanih pojava (procesa) uvjetovat Ce i ponaSanje modula u pojedinim nivoima. Tako Ce moduli nizih nivoa biti zaduieni za (opsege viSih) vise frekvencije, a moduli viSih nivoa za niie frekvencije. Nakon toga moduli na i-tom sloju funkcioniraju pod pretpostavkom da viSi i niii slojevi funkcioniraju pravilno i da su uzeli u obzir sve vanjske efekte, osim onih koji se nalaze podruEju zastupljene dinamike di.

Meduovisnost nivoa Odnos izmedu nadredenog i jednog od podredenih modula je takav da akcija jednog ovisi o akciji drugog. To je ilustrirano slikom (Sl. 9.6). Kako se u oba sluEaja radi o modulima koji donose odluke, to znaEi da Ce u opCem sluEaju problem odluEivanja podredenog modula ovisiti oo akciji nadredenog modula predstavljenog jednim parametrom; a s druge pak strane, problem odluEivanja nadredenog modula ovisi o aktivnosti (ili reagiranju) podredenog modula. Nadredena jedinica ima prioritet akcije pa se prema tome prvo specificira njena akcija ili aktivnost. Medutim, u opCem sluEaju valja uzeti u obzir i dinamiku do koje tom prigodom dolazi; odnos izmedu nadredenih i podredenih modula je dinarnican i mijenja se u vremenu.

9. Osnove upravliania mreiom Nadrdena jedinica odluEivanja Utjecaj podrdene jedinice posluiivanja

Podredene jedinice odluEivanja

S1.9.6 Medudjelovanje izmedu nadredene jedinice i jedne podredene jedinice odluEivanja

Vrijeme intervencije U odnosu na vrijeme donoSenja odluke podredenog modula i vremenski trenutak kada se odluka podredenog modula donese i kada poEne njeno provodenje, postoje dva temeljna vremenska trenutka kada nadredeni modul moie prenijeti svoju odluku u svezi s koordinacijom podredenim modulima. Nadredeni modul moie pokuSati koordinirati aktivnosti podredenih modula prije nego Sto oni sami donesu svoje vlastite odluke. Ovaj tip akcija nazivamo intervencijom prije odluke. Ovo je temeljni i obvezni tip koordinacije bududi da zbog prioriteta akcije problemi odluEivanja podredenih modula ne mogu biti dobro definirani tako dug0 dok se ne utvrde uvjeti koordinacije. Intervencija prije odluEivanja temeljena je na predvidanju ponaSanja Eitavog sustava, kao i sredine u kojoj se nalazi. Nadalje, nadredeni modul u svojoj intervenciji prije odluEivanja specificira funkcije performansi podredenih modula i tako ukazuje na naEin kojim de podredeni moduli sudjelovati u procesu postizanja funkcije cilja Eitavog sustava. Nakon Sto podredeni modul primijeni svoju odluku i nakon odgovarajudeg vremenskog prolaska (npr. period odlucivanja), nadredeni modul ponovno komunicira s podredenim modulima. Nadredeni modul treba ispraviti prethodne naredbe odaslane podredenim modulima ako se ustanovi da su pretpostavke na kojirna su ove naredbe temeljene bile nepravilne. Nadalje, na kraju perioda odlucivanja nadredeni modul trebao bi ili potvrditi ili prije odluke izmijeniti planove intervencije koji pridonose dobitku Eitavog sustava. Ove akcije nadredenog modula zovu se intervencijom nakon odluEivanja ili, toEnije reCeno, korektivnom intervencijom. S aspekta uzajamnih relacija izmedu podredenih i nadredenih modula egzistiraju dva infonnacijska toka; silazni predstavlja intervenciju kojom se specificiraju problemi odluCivanja za podredene module i ulazni tok, koji donosi informacije u svezi s niiim nivoom za nadredeni modul.

9.2. Koncepciia, arhitektura i naEin rada TMN-a

9.2. Koncepcija, arhitektura i naEin rada TMN-a 9.2.1. Temeljna polazigta Medunarodna tijela za standardizaciju na podruEju telekomunikacija uvidaju 80ih godina sve veCe probleme Sto ih nameCu razvoj i intenzivna primjena telekomunikacijskih mreia i usluga. RjeSenje problem omogudeno je realizacijom telekomunikacijske upravljaEke mreie (TMN -Telecommunication Management Network), koja se u svojim kljuEnim elementima temelji na otvorenom sustavu povezivanja OSI (Open System Interconnection). Naime, u telekomunikacijskim mreiama sve je veCa kolicina opreme raznih proizvodaCa. Paralelno s tim raste ponuda novih usluga, Sto u konacnici dovodi u vrlo nezavidan poloiaj nadzor i odriavanje, upravljanje mreiama raznih proizvodaEa, te procese rapidne integracije novih tehnologija. Potreba za automatizacijom i informatizacijom svih aspekata danaSnjih "novih" mreia zahtijeva ustanovljenje i implementaciju suEelja na relaciji stroj - stroj, s ciljem nadomjeStanja ruEno podesivih funkcija. Spomenuta raznolikost instalirane opreme inicirala je potrebu za standardizacijom. Kako bi se odriao korak s tehnoloSkim trendom danaSnjice, postavljaju se zahtjevi na sama suEelja, koja moraju biti optenitija (svestrano upotrebljiva) i fleksibilnija. ZahvaljujuCi standardiziranim suEeljima, smanjena je potreba adaptacije opreme prilikom uvodenj a novih tehnologija. Sve to rezultiralo je razvojem TMN-a, koncepta posebne mreie upravljajukih sustava. TMN je zamiSljen kao okvirni plan za izgradnju upravljaEkih komponenti (operativnih sustava) i njihovo povezivanje s telekomunikacijskom opremom. Organizacija ITU definirala je koncept TMN serijom preporuka M.3010. Temelji se na ISO/OSI upravljaEkim sustavima (serija preporuka X.700 ). TMN je razvijen kao model za podrSku upravljanja javnim i privatnim, transmisijskim, inteligentnim, Sirokopojasnim, te mobilnim mreiama. Implementacijom koncepta TMN osiguran je kontinuirani nadzor i upravljanje mreiom, uz istovremeno otklanjanje potrebe neposredne ljudske intervencije, osim u sasvim posebnim i kritiEnim situacijama. KljuEni pojam u konceptu TMN je "mreia". Naime, zamiSljeno je da se procesi upravljanja provode preko skupa kooperacijskih sustava, a ne posredstvom nekog monolitnog "upravljaEa" (npr. superraEunala). Drugim rijeEima, upravljanje je zamiSljeno u realizaciji kao mreia sustava, a ne kao jedan sustav. Funkcije TMN-a su: prijenos: razmjena informacija izmedu TMN komponenti; pohrana: omogutuje pohranu informacija u nekom vremenskom intervalu; dohvat: omogutuje pristup TMN informacijama;

9. Osnove upravljanja mreiom

kontrola: podrSka kontroliranom medudjelovanju s TMN elementima; obrada: nadgledanje, analiza i koriStenje TMN infomacija u svrhu donoSenja odluka; sigurnost: kontrola pristupa TMN informacijama i TMN okolini; medudjelovanje s korisnikom: podrSka korisniEkom suEelju za koriStenje TMN infomacija i obrade. TMN funkcije sluie kao podrSka TMN upravljaEkim aplikacijama u sljedekim segmentima: oblikovanje (dizajn) mreie, instalacija rnreine opreme, planiranje, pripremanje prodaje usluga, nadzor, upravljanje perfomansama, sigurnost i tarifiranje korisnika. Specifikacija TMN arhitekture predstavlja prvi korak u definiranju koncepta. To u osnovi ukljuEuje identifikaciju pojedinih tipova Evorova i njihovih medusobnih suEelja. TMN tipovi Cvorova su: operacijski sustav ( 0 s - Operation System), ukljuEuje pridruieni skup funkcija operativnog sustava (OSF - Operation System Functions); posredniEki uredaj (MD - Mediation Device), sa skupom funkcija MF (Mediation Functions); radna stanica (WS - Workstation), sa grupom funkcija (WF - Workstation Functions); Q-adaptor QA, s Q-prilagodnim funkcijama (QAF - Q-Adaptor Functions); mreini element (NE- Network Element), s pridruienim funkcijama mreinog elementa (NEF - Network Element Functions). TMN tipovi suEelja su: suCelje Q3, s pridruienom referentnom toEkom q3; suEelje Qx, s pridruienom referentnom toEkom qx; suEelje F, s pridruienom referentnom toEkom f; suEelje X, s pridruienom referentnom toEkom x. TMN tipovi suEelja predstavljaju mjesto razmjene informacija izmedu funkcijskih blokova. TMN koristi koncept funkcionalne arhitekture s definiranim funkcijskim blokovima i referentnim toEkama.

9.2. Koncepcija, arhitektura i naEin rada TMN-a

Funkcijski blokovi su logiCki entiteti koji se mogu implementirati u raznim fiziCkim konfiguracijama. Komunikacijsko povezivanje Cvorova ostvaruje se posredstvom transportne mreie za prijenos podataka (DCN - Data Communication Network). DCN je u poCetku bila zamiSljena kao neovisna mreia u odnosu na upravljanu telekomunikacijsku mreiu, da bi se danas tretirala evolutivno - preko ISDN odnosno BISDN konfiguracije - kao integralni dio arhitekture TINA. TINA je globalna informacijska mreia sa svim elementima upravljaEke mreie, nastala objedinjavanjem koncepta TMN-a i inteligentne mreie IN (TINA = TMN + IN). Zadatak telekomunikacijske upravljaeke mreie TMN je osigurati upravljaEke funkcije za telekomunikacijske mreie i usluge te ponuditi komunikaciju kako unutar upravljaEke mreie, tako i sa svojim objektom upravljanja (telekomunikacijske mreie i usluge). To neposredno povlaCi za sobom pitanje arhitekture koja Ce podriavati povezivanje raznih tipova operacijskih sustava, odnosno telekomunikacijske opreme, i trenutno dostavljanje upravljacke informacije. Takav naCin rada moguCe je ostvariti prikladnim korigtenjem same arhitekture koja ukljuEuje standardizirana suCelja, protokole i poruke.

S1.9.7 Globalni odnos TMN-a prema telekomunikacijskoj mreii

U pogledu sloienosti TMN moie varirati od jednostavne konekcije izmedu nekog dijela telekornunikacijske opreme, pa do kompleksne mreie koja povezuje razne tipove operacijskih sustava i telekomunikacijske opreme. Pritom valja voditi raEuna o trenutnom stanju telekomunikacijske mreie u kojoj se nalaze razliEiti tipovi opreme koji se generaliziraju kao mreini elementi NE. Na S1. 9.7 prikazani su globalni odnosi izmedu TMN-a i telekomunikacijske mreie. Da bismo dobili cjelovitiji uvid u spektar objekata upravljanih od strane TMNa, navodimo sljedeCa podruEja moguCih primjena:

9. Osnove upravljanja mreiom

javne i privatne (poslovne) mreie, ukljuEujuCi ISDN, mobilne mreie, privatne telefonske mreie, virtualne privatne mreie i inteligentne mreie; transrnisijski terminali; digitalni i analogni transmisijski sustavi (kabel, optiEka nit, radio, satelit, itd.); operacijski sustavi s njihovom periferijom; digitalne i analogne komutacije; LAN, MAN, WAN ; digitalne mreie za komutaciju kanala i paketa; digitalni signalizacijski terminali i sustavi, ukljuEujuCi signalizacijska EvoriSta i baze podataka koris'tene u realnom vremenu; PBX-ovi te pristupni i korisniEki terminali PBX-ova; programski sustavi koji se odnose na telekomunikacijske usluge, komutaciju, direktorije itd; programske aplikacije, kao npr. aplikacije za podrSku TMN-u. Zadatak TMN specifikacije je ponuditi okvir za telekomunikacijsko upravljanje. Uvodenje generiEke mreie upravljanja dozvoljava da se razlicitost opreme i procesa obuhvati generitkim informacijskim modelima i standardnim suEeljima. Pritom su sigurnost i integralnost distribuiranih podataka jedan od prioritetnih specifikacijskih zahtjeva. TMN definira pet funkcijskih upravljaEkih podrucja: upravljanje performansama; upravljanje kvarovima; upravljanje konfiguracijom; upravljanje financijskim poslovanjem ( korisniEki raEuni ) ; upravljanje zas'titom i sigurnoSCu sustava. Razumljivo je samo po sebi da neke informacije koje se razmjenjuju unutar TMN-a mogu pripadati veCem broju domena. Funkcionalnost TMN-a osigurana je sljedeCim elementima: moguCnoSCu razmjene upravljaEkih informacija izmedu telekomunikacijske i TMN okoline; moguCnoSCu konverzije formata upravljaEkih informacija kako bi one bile konzistentne unutar TMN okoline; moguCnoSCu transfera upravljaEkih informacija izmedu lokaliteta unutar TMN okoline;

9.2. Konce~ciia.arhitektura i naEin rada TMN-a

moguCnoSCu analize i odgovarajuCe reakcije na upravljaEku informacij u; moguCnoSCu manipulacije takvim oblicima upravljacke informacije koja je upotrebljiva i znaEajna za odgovarajuke korisnike; moguCnoSCu dostave upravljaEke informacije njenom korisniku (unutar sustava upravljanja) u za njega prihvatljivoj formi; moguCnoSCu osiguranja zaStite pristupa upravljaEkim informacijama od strane autoriziranih korisnika.

Zahtjevi na arhitekturu 'rIVINa TMN u osnovi treba sagledavati kao kolekciju kooperirajukih sustava koji djeluju nad telekomunikacijskim mreiama i uslugama, uskladujudi to djelovanje posredstvom svoje arhitekture i dajuCi ujedno administraciji moguCnost da uEinkovito djeluje. Pritom se ieli postiCi: minimalno vrijeme reakcije na dogadaje u mreii; minimalno dodatno opterekenje kapaciteta telekomunikacijske mreie, uzrokovano prometom upravljatkih informacija; geografsku disperziju kontrole s glediSta mreine operativnosti; moguCnost aktiviranja mehanizama izolacije kako bi se smanjio rizik zaStite; opskrbu izolacijskim mehanizmima glede lociranja i zadriavanje mreinih ispada i kvarova, te poboljSanu podrSku korisnicima i interakciju s njima. Uzimajuki u obzir navedene momente, arhitektura TMN-a treba: uEiniti moguCom implementacjju raznih strategija i stupnjeva distribucija (distribucijska granulacija) upravljajuCih funkcionala; dopustiti autonomno djelovanje upravljajukih funkcija unutar pojedinih administrativnih sektora i odjela; biti otporna i prilagodljiva funkcionalnim i tehnolos'kim promjenama; osigurati zadovoljavajuCi stupanj sigurnosti i pouzdanosti u potpori upravljaEkim funkcijarna; uEiniti mogukim dostup do upravljaEkih funkcija drugim administracijama; omoguCiti dostup istoj ili razliEitoj aplikacijskoj usluzi na raznim lokacijama, Eak i preko istog mreinog elementa NE; osigurati povezivanje odvojenih upravljanih mreia kako bi bilo moguCe razmjenjivati mreine usluge izmedu adrninistracija; dozvoliti upravljanje hibridnim mreiama s raznovrsnom mreinom opremom;

9. Osnove upravljanja mreiom

posebno voditi raEuna o odnosima izmedu faktora cijene i pouzdanosti komponenata upravljajude mreie. Ovo opdenitije motriSte TMN arhitekture mogude je dekomponirati u tri posebne cjeline koje se zasebno razmatraju u procesima planiranja i projektiranja neke TMN mreie. To su: funkcionalna arhitektura TMN-a; infonnacijska arhitektura TMN-a; fiziCka arhitektura TMN-a.

Filnkcionalna arhitektura TMN-a Funkcionalna arhitektura TMN-a temelji se na odredenom broju funkcijskih blokova koji u sebi ukljuEuju neke opkenitije funkcije. Povezivanjem ovih blokova TMN ostvaruje svoje konkretne funkcije upravljanja. Povezivanje se izvodi uporabom posebnog funkcijskog bloka za razmjenu podataka Ciji je zadatak prijenos podataka izmedu pojedinih blokova. Parovi blokova koji razmjenjuju upravljaeke informacije odvajaju se referentnim toEkama.

@

TMN

0 WSF

S1. 9.8 TMN funkcijski blokovi

Na S1. 9.8 prikazani su funkcijski blokovi koji su direktno ukljuEeni u procese upravljanja, kao dio TMN-a. To su: OSF: procesira informacije koje se odnose na realizaciju (podrSka i kontrola) raznih telekomunikacijskih upravljaekih funkcija; NEF: ukljuEuje funkcije koje su subjekt upravljanja i nisu dio TMN-a, ali su prezentirane TMN-u posredstvom NEF-a; WSF: osigurava naEine interpretacije TMN informacije korisniku upravljaEkih informacija; MF: posredniEki blok, djeluje na informacije iz NEF-a, a u nekim sluEajevima i QAF-a. On filtrira, prilagodava ili saiima informacije, ovisno o potrebama bloka OSF. Sve to provodi koristeki sljedeke funkcionalne komponente:

9.2. Koncepcija, arhitektura i naEin rada TWIN-a

-

ICF : informacijsko - konverzacijsku funkciju, MF-MAF : posrednitko - aplikacijsku upravljaEku funkciju, te HLPI : funkcije za konverziju protokola; QAF: to je zapravo prilagodna funkcija Q, koriStena da bi se na TMN povezali oni NEF-ovi i OSF-ovi koji nisu podriani standardnim TMN suteljima; DCF: funkcija komunikacije podacima. Ova funkcijska jedinica nije posebno naznacena na S1. 9.8. Ona Ce biti ugradena u prethodno navedene funkcijske blokove TMN-a, a koristit Ce se pri razmjeni podataka. Njena je prirnarna namjena da ponudi informacijsko -transportne mehanizme izmedu blokova. Ona ukljuEuje I., 2. i 3. sloj modela OSI RM (OSI Reference Model) ili njihove ekvivalente, a moie biti podriana prijenosnim moguhostima drugih podmreia, kao Sto su X.25, MAN, LAN, ili SDH. Prilikom povezivanja raznih podmreia, niii slojevi potrebnih funkcija povezivanja bit Ce sastavnim dijelovima DCF-a. Sve funkcionalne komponente koje su vezane za prethodno navedene blokove ilustrirane su slikom (S1. 9.9).

S1. 9.9 Prikaz referentnih toEaka izmedu upravljac5h funkcijskih blokova

Referentne toCke TMN-a Povezanost funkcionalnih blokova opisana je referentnim toEkama kojima se ujedno identificira protok informacija izmedu blokova. Definirane su sljedeCe klase referentnih toEaka: q: klasa za povezivanja izmedu OS, QAF, M F i NEF ; f : klasa za povezivanja prema radnim stanicama (WS-ovima);

9. Osnove upravljanja mreiorn

x: klasa za povezivanja OSF-ova iz dva TMN-a, ili izmedu OSF-a jedne TMN mreie s odgovarajukim funkcionalom neke druge mreie. Na S1. 9.10 prikazane su prethodne tri klase, uz dodatak klasa: g: klasa za povezivanje radne stanice s korisnikom; m: klasa za povezivanje QAF-a s entitetima koji nisu upravljani u TMN-u. U tablici (Tablica 9.1) imamo koncizan prikaz referentnih toEaka i dozvoljenih uparivanja unutar TMN-a .

WSF

f

f

m

NonTMN

m

g(2)

Tablica 9.1 Odnosi izmedu logiEkih funkcijskih blokova kao referentnih toCaka

S1. 9.10 Klase referentnih toEaka u TMN-u

Vanjski pristup TMN-u Potrebe vanjskog pristupa TMN-u javljaju se pri: a. kooperacijii izmedu izjednacenih TMN-ova; b. pristupu mreZnog korisnika TMN funkcijama. U prvom slucaju radi se o kooperaciji radi pruianja usluge kako je vidi korisnik ("end-to-end), a Sto obiEno ukljuEuje davanje informacija ili prepuStanje

9.2. Koncepcija, arhitektura i naEin rada TMN-a

kontrole drugom TMN-u, dok je u drugom sluEaju najCeSCe rijeE o ponudi usluge (ili usluga) korisniku posredstvom mreinog operatora. Izmedu TMN-a i vanjskog korisnika razmjenjuju se dvije vrste informacija: upravljaEka informacija koja se odnosi na specijalno suEelje ili specijalni link; upravljaEka informacija koja se odnosi na dogadaje raznih linkova i usluga stavljenih na raspolaganje korisniku. U drugom primjeru upravljazka informacija razmjenjivat Ce se centralizirano, posredstvom referentne toEke x na vezi dviju TMN mreia, ili na vezi TMN mreini korisnik.

lnformacijska arhitektura TMNa UpravljaEke informacije unutar TMN-a razmatraju se sa dva motriSta: u obliku informacijsko-upravljaEkogmodela koji prezentira odgovarajuCu apstrakciju mreinih resursa i pripadajukih upravljaEkih aktivnosti. SmjeSten je na aplikacijskom nivou i ukljuEuje razne podfunkcije kao Sto su sortiranje, aiuriranje i procesiranje informacije. Same funkcije prisutne na ovom nivou deklariraju se kao "funkcijski blokovi TMN-a"; s glediSta razmjene (komunikacije) upravljaEkih informacija, koje ukljuEuje funkcije DCF-a za podatkovnu komunikaciju u vidu neke komunikacijske rnreie, te funkcije vezane za komunikaciju poruka (MCF), kojima se omoguCuje da se pojedine fizicke komponente pridodaju telekomunikacijskoj mreii preko danog sucelja. Ovaj nivo aktivnosti sadrii samo komunikacijske mehanizme kao Sto je, na primjer, slaganje protokola. Da bi se Sto ~Einkovitijeobuhvatio narastajuki skup upravljivih resursa, TMN metodologija preuzima princip temeljen na objektno orijentiranoj paradigmi, prema kojoj upravljaEki sustavi razmjenjuju informaciju o upravljanim objektima. Upravljani objekti tretiraju se kao konceptualne slike upravljanih resursa ili odgovarajuCih upravljaEkih funkcija. Prema tome, upravljani objekt je apstrakcija nekog resursa, koja prezentira njegova svojstva sustavu upravljanja. Isto tako, objekt moie biti i relacija unutar resursa, ili pak kombinacija relacija. Sam upravljani objekt definiran je pomoCu: atributa, vidljivih na njegovoj "granicnoj liniji"; upravljaEkih informacija koje se primjenjuju na njemu; ponaSanja izazvanog upravljaEkim informacijama ili drugim pobudama; nekim signalima koje emitira objekt. Predvideno je da upravljani objekti i funkcije nad njima budu pohranjeni u MIB (MIB - Management Information Base). MIB u implementaciji TMN-a

9. Osnove upravljanja mreiom

predstavlja bazu podataka i sprerniSte aplikacija koje Ce se izvoditi nad objektima baze. Struktura i implementacija MIB-a nije predmet standardizacije unutar TMN-a. Temeljem preporuke X. 701, model upravljaEkog procesa u TMN-u proizlazi iz relacije: upravljaEIagent (ManagedAgent, ili kraCe M/A). Na S1. 9.1 1 prikazani su odnosi izmedu upravljaEa, agenta i objekta.

S1. 9.11 Interakcija izmedu upravljaEa, agenta i objekata

UpravljaE je dio distribuirane aplikacije koji generira upravljaEke operativne naredbe i prima signale i upozorenja. Agent predstavlja dio aplikacijskog procesa koji upravlja pridruienim objektima. Agent je odgovoran naredbama koje dolaze od strane upravljaEa, ali mu i prezentira informacije o ponaSanju ovih objekata. Medutim, valja istaknuti i viSestrukost odnosa koja postoji na relaciji upravljaE agent. Tako da: jedan upravljaE moie biti ukljuEen u komunikaciju s nekoliko agenata. Tada Ce on posjedovati nekoliko uloga koje su u interakciji s pridruienim ulogama agenata; jedan agent moie biti uMjuEen u komunikaciju s vise upravljaEa. U tom Ce sluEaju uloge agenata biti interaktivne s ulogama pridruienih upravljaEa.

9.2. Koncewciia. arhitektura i naCin rada TMN-a

Sva komunikacija vezana za upravljaEke procese na relaciji upravljaE-agens realizira se primjenom blokova CMIS (Common Management Information Services) i CMIP (Common Management Information Protocol). NaEini na koje agenti obavljaju interakciju sa svojim resursima nisu predmet standardizacije.

Medudjelovanje funkcijskih blokova TMN-a Funkcijski blokovi TMN-a koriste model relacije M/A. Kako su upravljac i agent dijelovi upravljaEkih podfunkcija, oni su i kao takvi dio TMN-a. Nadalje, moiemo zamisliti da sustav u TMN-u igra ulogu agenta prema vedem broju sustava, prezentirajudi tako razne informacijske modele. Ali TMN moie poprimiti i ulogu upravljaCa prema drugim sustavima, gledajuii u njima takoder razne informacijske modele.

Rasporedenost znanja upravljanja Da bi komunicirajuii upravljaEki sustavi mogli medusobno suradivati, moraju posjedovati zajedniEko motriSte ili jednako razurnijevanje informacije za: potporu protokolima; potporu upravljaEkim funkcijama; potporu klasi upravljanog objekta; odriavanje odnosa izmedu objekata; nove raspoloiive upravljane objekte. Logi Eko rnotriSte

skelje

Fizikalno motrilte

S1. 9.12 Raspodijeljena znanja (SMK) srniju biti nezavisna o fizikalnoj implementaciji

Svi ti informacijski elementi definiraju se kao zajednic'ko upravljac'ko znanje. Na S1. 9.12 navodimo primjer koncepcije zajedniCkog znanja koje moZe egzistirati neovisno o fiziEkoj implementaciji, Sto je posebno sluEaj u hijerarhijski organiziranom upravljanju podrianom logiEkom stratifikacijom (hijerarhija apstrakcije).

9. Osnove u~ravlianiamreiom

Organiziranjem upravljajudih objekata u skupove stvaraju se domene upravljanja, kako je naznaCeno na S1. 9.13. Te su domene posljedica dekompozicije objekata u skladu s funkcijskim zahtjevima i potrebama upravljajuCe okoline. Izmedu domena mogu postojati sljedeCi odnosi: razdvojene domene; interaktivne upravljajube domene; obuhvaCene domene; prekrivajuke upravljajuke domene. r---------------------------------q

I

I UPRAVLJAC

:

:

i

1.H

UpRAVuANl

o ~ ~ u U

UPRAVLJANI OBJEKTUO

- : . :

I

Oi ;

I

I

:

UPRAVLJAJLCA DOMENA

I

: !

UPRAV~AJ&A DOMENA

L,,,,-----------------------------A

S1.9.13 Skupovi domena upravljanja

Fizikalna arhitektura TMNa Da bi dva ili viSe TMN elemenata razmjenjivala informacije, oni moraju biti povezani komunikacijskim kanalom (putem) i moraju podriavati isto suEelje na tom putu. S1. 9.14 prikazuje fizikalnu arhitekturu TMN-a. Operativno suEelje odreduje protokolnu pratnju, kao i poruke unutar tog protokola. Komponenta poruke operativog suCelja nudi opCi mehanizam upravljanja objektirna definiranim informacijskim modelom. Kao sastavni dio definicije svakog objekta postoji lista tipova upravljajutih operacija koje su vaieCe za taj objekt, te generiEke poruke koje se koriste za viSe klasa upravljanih objekata. Ono Sto u arhitekturi razlikuje jedno suCelje od drugog je okvir upravljaEke aktivnosti koja treba podriavati komunikaciju. ZajedniEko upravljaEko znanje omogubuje razumijevanje znaEenja pojedinih poruka. Povezivanje raznih TMN blokova ostvaruje se posredstvom standardnih operativnih suCelja. Tako se: Q-suCelje koristi u referentnim toEkama "q".Da bi se osigurala fleksibilnost u implementaciji, klasa Q-suEelja sastoji se od sljedebih podklasa:

9.2. Konce~ciia,arhitektura i naEin rada TMN-a -

suEelje Qx ima zadatak povezati MD-ove s MD-ima, NE-ove s MDima, QA-ove sa MD-ima i NE-ove sa NE-ovima kada jedan ili oba NEa sadrie posredniEku funkciju; suEelje Q3 ima zadatak povezati MD-ove, NE-ove i OS-ove s OSovima preko mreie za prijenos podataka DCN; F-suEelje koristi u referentnoj toEki "f' za povezivanja udaljene radne stanice sa OSF-om ili MF-om preko mreie za prijenos podataka DCN, X-suEelje primjenjuje u referentnoj toEki "x" pri povezivanju upravljajutih sustava TMN-a. Drugim rijeEima, ono se koristi za povezivanje dviju odvojenih administracija (ili npr. dvaju vlasnika privatnih mreia). Zahtijeva dodatne mjere zaStite i sigurnosti, koje su garantirane tim tipom suEelja.

Skupine TMN protokola Ovdje se zapravo radi o Eetiri skupine protokola (po jedna za svako od navedenih suEelja Qx, Q3, F i X). Sam izbor protokola ovisi o implementacijskimzahtjevima na fiziEku konfiguraciju. Vigi nivoi (od 4. do 7.) svake skupine su zajedniEki i predstavljaju osnovu koja garantira interoperabilnost. Pritom se neke funkcije nivoa 7 ne moraju koristiti. Za mreinu opremu koja ne posjeduje interoperabilno suEelje treba konvertirati protokole i poruke u primjereni format. Konverzija se obavlja pomoCu upravljaEko-komunikacijskih funkcija MCF. Q-funkcije prilagodenja (QAF) su rezidentne u mreinim elementima NE ili posredniEkim uredajima MD.

9. Osnove u~ravlianiamreiom

Neke posebnosti glede zahtjeva na arhitekturu TMNa Bitno je ponovno istaknuti da arhitektura TMN-a mora biti dovoljno fleksibilna da bi se mogle podriati razne topoloSke konfiguracije same mreie i da bi se mogla pratiti poslovno-funkcionalna organizacija sustava u kojemu se TMN primjenjuje.

q referentna to Eka

q referentna to Eka

x referentna toEka

t

q referentna to f k a

MF l NEF

S1. 9.15 Primjer funkcionalne arhitekture 0 s - a (operacijskih sustava )

TopoloSki uvjeti odnose se na fiziEku distribuciju NE-ova, njihov broj i komunikacjjsko-informacijski volumen, dok j e pitanje organizacije vezano za centralizaciju osoblja i za krug poslovno-administrativnih djelatnosti. Sve u svemu, arhitektura TMN-a Ce biti takva da Ce mreini elementi NE djelovati na isti natin, bez obzira na arhitekturu operativnog sustava 0 s . Funkcijska konfiguracija OSF moie se konkretizirati i tako da se kaie da ona pokriva poslovanje, usluge, mreiu i skup osnovnih funkcija. Na S1. 9.15 prikazan je primjer funkcionalne arhitekture OS-a . Fizikalna arhitektura 0 s - a trebala bi takoder dozvoliti alternative glede centralizacije ili distribucije Elanova skupa OS (funkcije i podaci). Taj skup ukljuEuje: podrSku aplikativnim programima; funkcije baza podataka; podrSku korisnickim terminalima; analizu programa; formatiranje podataka i prezentiranje izvjeSCa. Nonnalno, implementacija funkcija OS provodit Ce se kao skup OS-ova, sa suEeljem Q3 za povezivanje prema mreii za prijenos podataka DCN.

9.2. Konce~ciia.arhitektura i naEin rada TMN-a

Primjeri funkcionalnih arhitektura Podsjetimo da je zbog operativne ~Einkovitostivrlo pogodno dekomponirati upravljatku funkcionalnost na funkcijsko - hijerarhijske nivoe. Pritom svaki od nivoa ograniEava skup upravljaEkih aktivnosti u jasno omedene okvire. Na S1. 9.16 prikazana je arhitektura tih nivoa: nivo upravljanja elementom EML: odgovoran je za upravljanje svakim mreinim elementom, a sastoji se od skupa elementarnih upravljaEa od kojih svaki ima tri principijelne uloge: - kontrolu i koordinaciju njemu dodijeljenog podskupa mreinih elemenata; - izvodenje posrednicke funkcije kojom se omoguduje da taj nivo dode u interakciju sa samim mreinim elementima; - podriavanje statistiEkih funkcija i drugih podataka o elementima. Skupovi OSF-ova tog nivoa suEeljavaju se s OSF-ovima viSeg (mreinog) nivoa posredstvom referentne toEke q3; nivo upravljanja mreiom NML: odgovoran je za upravljanje svim mreinim elementima koji su mu "ponudeni" na uvid od prethodnog niieg nivoa (nivo ELM). Njegova je uloga: - koordinacija i kontrola, s mreinog motris'ta, svih mreinih elemenata unutar navedenog okvira ili domene; - priprema ili modifikacija mreinih sposobnosti kojima se podriavaju korisniEke usluge; - interakcija s viSim nivoom usluge u smislu performansi, raspoloiivosti itd. Opet treba podvudi da se OSF-ovi ovog nivoa suEeljavaju iskljuEivo s OSFovima nivoa usluge posredstvom suEelja q3; nivo upravljanja uslugom SML: bavi se ugovorenim aspektima usluga koje su ponudene korisniku, ili su raspoloiive potencijalnim novim korisnicima. Uloga mu je: interakcija s pruiateljem usluge; - interakcija s nivoom NML; - podriavanje statistickih obrada nad prikupljenim podacim; - interakcija s poslovnim upravljaEkim nivoom; suoEavanje s korisnikom, Sto je polaziSna toEka u kontaktima s njime. OSF-ovi nivoa SML suEeljuju se s OSF-ovima nivoa poslovnog upravljanja posredstvom suEelja q3. Isto tako, predvideno je i suteljavanje s drugim SMLovima i njima pripadajudim OSF-ovima putem referentnih toeaka q3 ili x;

9. Osnove u~ravlianiamreiom

nivo poslovnog upravljanja: njegova se odgovornost proteie na Citav sustav unutar kojega se uskladuju odnosi na razini operatora. Osim toga, ovaj nivo se uklapa u cjelokupno upravljanje poduzeCem, pa kao takav suraduje sa svim njegovim preostalim komponentama. Sto se tiCe usluga s dodatnom vrijednoSCu (VAS - value added services), one mogu biti ostvarene od strane rnreinog operatora ili pruiatelja usluga, a dograduju se na osnovne usluge. poslovnog upravljanja

upravljanja us1ugom

upravljanja mreiom

'F OSF

OSF

upravljanja el ementom mre2e

q3

+

upravljanja elementima

qx

elementa mreie

Funkcije mreinih el emenata

S1.9.16 Primjer funkcijske hijerarhije operativnog sustava TMN-a

Moguce interakcije izmedu TMN-ova TMN hijerarhije mogu doCi u medusobne interakcije zbog niza razloga, medu kojima posebno istiEemo: pruianje visoko vrijednih usluga; koordinirano upravljanje veCim brojem TMN-ova, koji mogu biti funkcionalni ili grafiEki moduli jednog jedinstvenog TMN-a.

9.3. Primjena pokretnih agenata u upravljanju telekomunikacijskom mreiom

9.3. Primjena pokretnih agenata u upravljanju telekomunikacijskom mreiom Napredne tehnologije upravljanja u telekomunikacijama podrazumijevaju uporabu pokretnih programskih agenata. Evolucijom tehnologije i standardizacije omoguCena je primjena agenata u TMN-u. U nastavku se daje osnovni pregled karakteristika takvog pristupa, te postignuCa na podruEju standardizacije. Suvremena rjeSenja upravljanja u telekomunikacijama primjenjuju paradigmu agenata koji medu sobom komuniciraju razmjenjujuCi informacije o problemima i rjegenjima. Na taj naEin osigurava se pristupanje rjeSenju problema putem programskih entiteta koji imaju svojstva pokretljivosti, samostalnosti u odluEivanju, udruiivanja te raspodjele informatickih i komunikacijskih resursa prema potrebam nastalim u mreii. Inteligencija koja je dodijeljena agentima pri rjegavanju problema u telekomunikacijama osigurava kvalitetniji i brii odziv sustava upravljanja. Koncept agenata veC je prihvaCen za arhitekture buduCih generacija kao Sto je arhitektura TINA. StoviSe, TINA-C (TINA Consortium) nastoji uvesti koncept mobilnih agenata za potporu tim novim tehnologijama. Vrlo velik broj najveCih svjetskih organizacija sponzorira istraiivanja na podruriju tehnologija pokretljivih agenata u svrhu upravljanja mreiom i osiguranja mreinih usluga. Najsnainiji razlog uvodenja pokretnih agenata u telekomunikacijske rnreie je Sto se njihovom implementacijom postiie mnogo fleksibilnija i decentralizirana arhitektura. Trenutno je mreina okolina utemeljena na medunarodnim standardima kao Sto su TMN i IN. Ta dva standarda oslanjaju se na tradicionalnoj paradigmi klijent posluiitelj. Kada se odredena usluga izvodi u takvom rjegenju, toEka SSP prosljeduje poziv toEki SCP koja kontrolira uslugu i omoguCuje SSP-u izvrSenje. SSP i SCP komuniciraju na nariin udaljenog pozivanja procedura RPC (Remote Procedure Call). Ovakvo rjeSenje sadrii u sebi potencijalno moguCa zaguSenja u mreii u sluriaju poveCanja broja IN usluga. Da bi se to izbjeglo, moguCe je uvesti pokretne agente kako bi se smanjio ukupni promet u mreii (Sl. 9.17). Pokretni agenti

0$Jr> Klijent

Posllriitelj

S1.9.17 Uvodenje pokretljivih agenata u IN koncept

Posllriitelj

9. Osnove upravljanja mreiom

Na ovaj se naEin izbjegava vrlo velik broj izmjena parcijalnih rezultata jer pokretljivi agent sve informacije izmjenjuje s posluiiteljem na jednom mjestu, a klijentu donosi samo konaEno rjeSenje te se na taj naEin smanjuje ukupan promet u mre8i. Postoje dva opCa pristupa za izgradnju arhitektura utemeljenih na agentima: "pametna mreia" i "pametna poruka". U pristupu "pametne mreie" agenti su statiEki entiteti koji su sposobni rjeSavati zadatke samostalno i asinkrono. Oni mogu komunicirati s ostalim agentima i mogu se dinamicki konfigurirati. KljuEno pitanje u ovom tipu arhitekture je naEin prijenosa ili izmjena, tzv. "kontrolnih skripti". U ovom pristupu inteligencija uglavnom pripada mreinim uredajima, a "kontrolne skripte", koje mogu biti jednostavne ili kompleksne, prenose se preko, tzv. "lakih" pokretljivih agenata. U pristupu "pametne poruke" agenti su pokretni entiteti koji putuju izmedu raEunala ili sustava rjeSavajuCi zadatke. Agenti se prihvaCaju i izvrSavaju u za to predvidenoj okolini AEE (Agent Execution Environment). Kod ovog pristupa inteligencija je ravnomjerno rasporedena izmedu AEE-a i agenata (Sl. 9.18).

If

laki" agent

"pametna

" mreia

"pametna " poruka

S1.9.18 Razlika u pristupu "pametne mreie" i "pametne poruke"

Ovakvim pristupima utemeljenim na mobilnim agentima moguCe je vrlo brzo izgraditi i distribuirati nove usluge. Oni imaju cilj zamijeniti postojeCe komponente IN mreie pokretljivim agentima, a to nije u skladu s centraliziranom kontrolom usluga u IN konceptu. Ako se koncept IN usmjeri prerna ovakvim pristupima, on Ce vrlo brzo prerasti u arhitekturu TINA, koja je cilj buduCih telekomunikacijskih i upravljajuCih usluga i koja omoguCuje fleksibilnu i transparentnu distribuciju programskih objekata.

9.3. Primjena pokretnih agenata u upravljanju telekomunikacijskom mreiom

9.3.1. Globalni model za rjegavanje problema upravljanja u telekomunikacijskom sustavu U podruiju distribuiranog upravljanja kooperacija ljudskih resursa i umjetne inteligencije sve je prisutnija. Ljudski i umjetni intelekt u upravljanju telekomunikacijskim mreiama medusobno se dopunjuju. S j edne strane umjetni intelekt nije podloian starenju, neprekidno je na raspolaganju i jednostavno se prenosi, ali s druge strane moguCnost integracije znanja i intuicija su joS uvijek osnovne ljudske prednosti. Globalni pristup je nuian kako bi se formalno definirao problem funkcionalnog i fiziEkog proSirenja globalnog distribuiranog sustava upravljanja.

Globalni model rjegavanja problema upravljanja Prornatramo opCi sluEaj problema upravljanja kao svaku moguCu situaciju u telekomunikacijskoj mreii koja zahtijeva odredenu upravljaEku aktivnost. Globalna uloga raspoloiivih, funkcionalno i geografski distribuiranih upravljaEkih resursa je rjeSavanje zadanog problema upravljanja u medusobnim interakcijama. Formalno se to moie prikazati relacijom medu problemim upravljanja i resursima upravljanja. Stoga globalni cilj telekomunikacijske upravljaEke domene moiemo prikazati na sljedeCi naEin: grupa problema R skup resursa ili

-

G,(P,)+-+

R

ct(~n)

z a i = 1,.., r i n = I,.., g. Osnovno pitanje koje se nameCe je Sto se dogada s resursima upravljanja kada se pojavi novi problem u upravljanju. Pretpostavimo da su pojedinaEni problemi u pos'tojeCem globalnom skupu problema upravljanja neovisni medu sobom. U takvom sluEaju moiemo uzeti u obzir da je skup upravljaEkih resursa upravo rezultat postojanja grupe problema upravljanja. To znaEi da skup problema upravljanja Gj generira i definira kolekciju upravljaEkih resursa Cl. Uslijed takve tvrdnje mogu se postaviti i diskutirati razliEite alternative. Prvi ekstrernni sluEaj bila bi pretpostavka da je svaki element R, (resurs) u Cl sposoban rjeSavati svaki upravljaEki problem iz G,. Takva pretpostavka inicira da je skup Cl beskonaEan upravljaEki resurs. SljedeCi ekstrem bila bi dodjela upravljaEkih resursa iskljuEivo jednom problemu upravljanja, s pretpostavkom da taj resurs moie rijeSiti dodijeljeni problem. Rezultat takvih pretpostavki bio bi da svako proSirenje skupa problerna G, iziskuje uvodenje novog elementa u skup resursa Cl. Ukoliko proSirimo grupu Gj s obzirom na razliEite vremenske i prostorne alokacije elemenata, moguCe je kvalitetnije determinirati skup Cl.

9. Osnove u~ravlianiamreiom

Definirajmo osnovne zahtjeve nad relacijom R.

Propozicija Dl: "Najmanja i semantic'ki najstabilnija kolekcija Cl duina je rijes'iti svako unutamje stanje grupe Gj " Implikacija ove propozicije je temelj modeliranja specifiEnih problema upravljanja kao kompozicija standardnih programskih elemenata ili komponenata. Pretpostavimo da je dekompozicija problema upravljanja moguCa do razine elementarnog problema upravljanja. Osnovni skup elementarnih problema upravljanja formalno prikazanih kao Bp, B p = ( e , , , e p , , . . . , eP

w

),

gdje je e, elementarni problem upravljanja. Svaki pojedini elementarni problem moie biti jedna komponenta vise razliEitih problema upravljanja. Na isti naEin kao Sto je uveden Bp, moguCe je prikazati skup elementarnih resursa upravljanja: B,. = ( e r l , e r 2 , . . . , e r w) 9

gdje je e, elementarni resurs upravljanja, koji je moguCe izvesti kao osnovnu komponentu razliEitih resursa upravljanja. Promtrajmo dekompoziciju postojeCih problema upravljanja Pi E Gj u kolekciju elemenata s pripadnim medusobnim relacijama pi = ( e p a , e p b,..., e

)

O < W . 9

Osnovna pretpostavka je da je dekompozicija moguCa do razine elementarnih problema, Sto znaEi da su sve komponente sadriane u B,, ili formalno (ePr.epb,...,ePa)~~p 9

Ako uzmemo u obzir skupove B, i Bp na naEin da je o < w , to znaEi da je elementarni resurs upravljanja iz B, uniformno pridijeljen svakom pojedinom elementarnom problemu upravljanja u Bp na naEin da idealno rjeSava odgovarajuCi elementarni problem. .e, ..-- e , , e, := e5 ,..., eh .erw

ili

Idealna situacija sukladno Propoziciji Dl jest pretpostavka da postoji minimalan broj elemenata u Bp B p << G j

9.3. Primiena pokretnih aaenata u u~ravlianiutelekomunikaciiskom mreiom

Takober, idealna pretpostavka je da dekompozicija svakog novog problema P, E Gj rezultira kombinacijom postojekih elementarnih problema iz Bp. U tom sluEaju Bp je konstanta; Sto znaEi, u skladu s izrazom, da su postojeki resursi elementarnog upravljanja sposobni rijeSiti svaki zadani problem. OEito to nije realan sluEaj. Kad se pojavi novi element u kolekciji Bp kao rezultat dekompozicije problema, korespondirajuki novi element koji je sposoban rijeSiti taj specifican elementarni problem, potreban je u B,. Na taj naEin moguka je optimalna fiziEka struktura resursa upravljanja.

Karakteristike domene problema upravljanja Pojavnost i prepoznavanje problema upravljanja usko su povezani s mreinim Evorom. Pretpostavimo da se u Evoru N~ E ( N ) svaki problem upravljanja moie pojaviti u svakom trenutku pripadnom vjerojatnoSCu:

Ni ::= ( f'l(P1)i

9

f'2.(~2)i

,...., f'n(Pn)i

).

Vjerojatnost pojavnosti problema u pojedinom rnreinom Evoru dinamiEki se mijenja Eitavo vrijeme. Shodno tome situacija prikazana na S1. 9.19 podloina je konstantnoj promjeni. Relativna stabilnost u vremenu ovisi o potrebama korisnika i operativnim moguknostima cjelokupnog telekomunikacijskog sustava u kojem tehnologija ima znaEajni utjecaj.

S1.9.19 GrafiEki prikaz domene problema upravljanja

Velika koliEina problema upravljanja raste dinamiEki u vremenu, a za proces upravljanja znaEajno je pravovremeno prepoznati opasan problem kako bi se donijela promptna upravljaEka odluka. Stupanj va2nosti svakog problema prikazan je gradacijom posljedica koje problem upravljanja ima ili moie imati na cjelokupnu kvalitetu performansi telekomunikacijske usluge. U obliku spektralne mape (Sl. 9.20) prikazan je znaEaj globalnih problema upravljanja u mreinim Evorovima tijekom odredenog vremenskog perioda. Crne toEke prikazuju koncentraciju problema upravljanja visokog znaEaja. Kao Sto je

9. Osnove upravljanja mreiom

prikazano u prethodnom poglavlju, potrebni su adekvantni resursi kako bi se rijeSili problemi upravljanja. Stoga se nameCe logiEki zakljuEak da je potrebna distribucija resursa u skladu sa stanjem domene problema.

Propozicija D2: "Kolekcija raspoloiivih resursa rje;ava problem upravljanja. " Neposredna posljedica toga bila bi permanentna koncentracija resursa s visokom vjerojatnoSCu pojavnosti problema upravljanja. S druge strane, u segmentima s niskom vjerojatnoSCu pojavnosti problerna, resursi bi uslijed komunikacije bili teie raspoloiivi. Slika distribucije raspoloBivih resursa upravljanja treba se prilagoditi slici vjerojatnosti pojavnosti problema upravljanja. U stvarnosti to podrazumijeva dinamiEku distribuciju resupa upravljanja. Time dobivamo preklapanje slika koje predstavlja proces komunikacije Eiji je cilj optimalna koncentracija resursa u toEkama pojavnosti problema. IrnajuCi na umu distribuiranu domenu upravljanja, dodijeljenost resursa problemima s ciljem rjeSavanja ovisi najviSe o njihovim moguCnostima. Pretpostavka je da svaki resurs upravljanja ukljuEuje znanje koje upravlja procesom donoSenja upravljaEkih odluka. Svaki subjekt donoSenja odluka vrSi kontrolu nad segmentom distribuiranog sustava unutar fiziEke i funkcionalne domene. Kako bi se percipirala domena ostalih modula upravljanja, potrebna je njihova medusobna komunikacija.

Switching nodes

s 0

02

0.4

06

08

1

S1.9.20 Spektralna mapa domene problema upravljanja Lokalni cilj svakog inteligentnog resursa jest donijeti upravljaEku odluku.Takva odluka mora biti uskladena s globalnim opCim ciljem cjelokupne kolekcije modula zajedno. Resursi umjetne inteligencije moraju prepoznati da je kooperacija u njihovom zajedniekom interesu. Moraju imati lokalno znanje koje inicira kooperaciju kada je u zajedniEkom interesu. Kako bi rijeSio problem upravljanja (donio odluku ili samo njezin dio), inteligentni agent mora posjedovati znanje njegovih ekspert domena i mora takoder znati kako dohvatiti

9.4. Protokoli upravljanja mreiom

i iskoristiti znanje drugih agenata. Stoga inteligentni resursi upravljanja moraju integrirati znanje o globalnim problemima, znanje o koordinaciji aktivnosti i znanje lokalne domene. SadrEaj komunikacije medu modulima mora biti konzistentan i uskladen s postojeCim spoznajama o problemu koji se rjeSava. Ne smije preopteretiti procesirajuCe resurse modula veC poznatim Einjenicama. Ako sadriaj informacije ne utjeEe na aktivnosti ostalih modula, nema smisla slati ga, ali ako je neizostavan za aktivnosti ostalih modula, mora biti odaslan promptno. KonaEno, informaciju je potrebno poslati u cjelini, kako bi se izbjegle bespotrebne naknadne interakcije medu modulima.

9.4. Protokoli upravljanja mrerom Sedamdesetih i u prvoj polovici osamdesetih godina proSlog stoljeCa protokol ICMP (Internet Control Message Protocol) bio je koriSten za upravljanje mreiama koje koriste TCP/IP (Transmission Control ProtocoVInternet Protocol) protokole. Protokol ICMP omoguCuje prijenos upravljaEkih poruka izmedu raEunala i upravljanih mreinih uredaja (druga raEunala, usmjerivaEi i dr.). Sa stajaliSta upravljanja mreiom najkorisnija opcija koju podriava ICMP je razmjena eho poruka (echo-reply message). KoristeCi ICMP i razliEita zaglavlja IP paketa moguCe je razviti jednostavne i moCne alate za upravljanje mreiom. Jedan takav alat je program PING. Medutim, ni ICMP niti PING ne omoguCuju dovoljno uEinkovito upravljanje sloienim mreiama. . Stoga je 1987.g. razvijen protokol SGMP (Simple Gateway Monitoring Protocol), namijenjen nadzoru usmjerivaEa (router). Medutim, takav protokol takoder nije zadovoljavao rastuCe zahtjeve, pa je daljnji razvoj protokola mreinog upravljanja u TCP/IP mreiama nastavljen u tri pravca: HEMS, SNMP i CMOT (Stallings [1999]). Protokol HEMS (High-level Entity Management System) razvijen je na temelju vjerojatno prvog protokola za upravljanje TCP/IP mreiama, nazvanog HMP (Host Monitoring Protocol). PoboljSanjem SGMP-a nastao je protokol SNMP (Simple Network Management Protocol), koji je veC dulje vrijeme najEeSCe koriSten u TCP/IP mreiama. CMOT (CMIP over TCPIIP) predstavlja pokuSaj da se objedine protokol CMIP (Common Management Information Protocol), usluge i struktura baze podataka koje je standardizirala organizacija IS0 (International Organization for Standardization) za potrebe upravljanja mreiom. U poEetku je IAB (Internet Architecture Board) insistirao na tome da SNMP i CMOT koriste istu bazu podataka o upravljanim mreinim objektima. Medutim, kasnije se pokazalo da je povezivanje protokola SNMP i CMOT nepraktieno zbog toga Sto su upravljani objekti u IS0 okolini pun0 sofisticiraniji nego u TCP/IP rnreiarna.

9. Osnove u~ravlianiamreiom

Kako bi SNMP ostao jednostavan protokol, IAB je 1989.g. odluEio da se protokoli SNMP i CMOT nastave razvijati odvojeno.

9.4.1. Protokol SNMP Tri osnovne preporuke za mreino upravljanje temeljeno na protokolu SNMP su: RFC 1155 - opisuje strukturu upravljacke infonnacije u TCP/IE' mreiama, RFC 1157 - definira protokol SNMP namijenjen upravljanju objektima sadrianim u bazi upravljaEkih informacija (Management Information Base - MIB), i RFC 1213 - definira strukturu baze upravljaEkih informacija MIB-II. Protokol SNMP korisnicima pruia jednostavan skup operacija koje omoguCuju upravljanje mreinim uredajima na daljinu (Stallings [1999]). Prvu inaEicu protokola SNMP, SNMPv1, razvio je IETF (Internet Engineering Task Force) 1988. godine. SNMPvl se i danas najEeSke koristi u veCini mreinih uredaja. Osnovni problem vezan uz SNMPvl je razmjena nezaStiCenih SNMP poruka (SNMP message) koja predstavlja ozbiljnu prijetnju sigurnosti sustava upravljanja mreiom (Network Management System - NMS). Druga inaEica, SNMPv2, donijela je odredena poboljSanja u odnosu na prvu, ali su problemi glede sigurnosti sustava upravljanja mreiom utemeljenog na protokolu SNMP (shaken SNMP NMS) ostali i dalje aktualni. TreCa inaEica, SNMPv3, konaEno je otvorila put prema rjeSavanju problema sigurnosti SNMP NMS-a. SNMPv3 posjeduje ozbiljne mehanizme za autentikaciju, tj. provjeru vjerodostojnosti korisnika (authentication), i zagtitno kodiranje SNMP poruka, tj. enkripciju. Na ialost, danas veCina uredaja joS uvijek ne podriava SNMPv3. Tvrtka Cisco ugradila je podrSku za SNMPv3 u operacijski sustav IOS (Internet Operating System) koji implementira u svojim mreinim uredajima.

Arhitektura SNMP NMS-a SNMP je dizajniran kao protokol aplikacijskog sloja T C P m protokolnog sloiaja. Na transportnom sloju SNMP koristi uslugu protokola UDP (User Datagram Protocol). UDP viSim protokolnim slojevima pruia nespojnu (connectionless) uslugu transporta informacija, a uredaj koji prirni UDP datagram ne potvrduje prijem poSiljatelju. Na taj se naEin transfer informacija ubrzava i smanjuje se kolicina informacije koju je potrebno transferirati mreiom. U sluCaju SNMP-a to je izuzetno vaino jer je osnovni cilj kreatora SNMP NMS-a bio taj da upravljaEki protokol svojim porukama Sto manje opterekuje mreiu. Arhitektura SNMP NMS-a (Sl. 9.21) vrlo je sliEna arhitekturi centraliziranog NMS-a (Stallings [1999]). Na upravljaEkoj stanici za koju se koristi skraCeni naziv upravljaE (manager), odvija se proces koji upravlja pristupom srediSnjem

9.4. Protokoli u~ravlianiamreiom

MIB-u instaliranom u upravljaEu i pruia suEelje prema mreinom upravitelju (osobi koja je zaduiena za obavljanje poslova vezanih uz upravljanje mreiom). UpravljaEki proces obavlja zadade upravljanja mreiom koristeki protokol SNMP koji je implementiran nad protokolima UDP, IP i nad protokolom ovisnim o vrsti mreie (npr. Ethernet, X.25 ili Frame Relay). U svakom agentu NMS-a (na S1. 9.21 ulogu agenta imaju raEunalo i usmjerivaE) takoder moraju biti implementirani protokoli SNMP, UDP, IP i protokol ovisan o vrsti mreie. Agentski proces interpretira primljene SNMP poruke i upravlja pristupom MIBu agenta.

SNMP poruke Tri osnovne funkcionalnosti, odnosno mogudnosti (capabilities) koje protokol SNMP pruia sustavu upravljanja mreiom su: dohvat (get), unos (set) i priziv (trap). Dohvat upravljaCkoj stanici omogukuje dohvadanje vrijednosti pridijeljenih upravljanim objektima sadrianim u MIB-ovirna agenata (Mauro et al. [2001]). Slanje poruke dohvata agentima naziva se prozivanje (polling). agentski upravljatki proces rnreini upravitelj

korisnitki procesi

SNMP

FTP i dr.

UDP

TCP, UDP

IP

protokol ovisan o vrsti mrs '\ upravljaEka stanica

I

protokol ovisan o vrsti mreie -/

\

agentski proces

protokol ovisan o vrsti rnreie

S1. 9.21 Protokolna arhitektura SNMP NMS-a

UpravljaE agente najEeSCe proziva cikliEki. Unutar nekog zadanog vremenskog intervala upravljaE prozove redom sve agente i nakon toga zapocinje novi ciklus prozivanja. Frekvenciju prozivanja moguCe je konfigurirati u upravljacu. Unos omogukuje upravljaEkoj stanici postavljanje vrijednosti pridijeljenih upravljanim objektima sadrZanim u MIB-ovima agenata. Priziv omogukuje agentu da obavijesti upravljaEku stanicu o vaZnim dogadajima koji se zbivaju u komunikacijskoj okolini agenta. Standardom nije specificiran broj upravljackih stanica niti omjer broja upravljaEkih stanica prema broju agenata u NMS-u. Praksa pokazuje da je u jednom NMS-u poieljno imati barem dvije upravljaeke

9. Osnove u~ravlianiamreiom

stanice (zbog pouzdanosti sustava), a broj agenata moie iznositi i do nekoliko stotina. U SNMP NMS-u upravljaEka se informacija izmedu upravljaEa i agenata prenosi u obliku SNMP poruka (Sl. 9.22) (Stallings [1999]). UpravljaEka aplikacija (Network Management Application - NMA) Salje agentima poruke GetRequest, GetNextRequest i SetRequest. Prirnitak bilo koje od te tri poruke agent potvrduje slanjem poruke GetResponse upravljaEkoj stanici. Poruku Trap agent Salje upravljaEkoj stanici kao reakciju na dogadaj koji utjeEe na sadriaj MIB-a, tj. na upravljane resurse u podlozi MIB-a agenta. S obzirom da se oslanja na transportni protokol UDP, SNMP je takoder nespojni protokol. Drugim rijeEima, prilikom komunikacije izmedu upravljaEke stanice i agenata ne uspostavlja se veza. Svaka razmjena SNMP poruka predstavlja zasebnu transakciju. agent upravljaEka stanica upravljaEka aplikacija

I+ I

I

upravljani objekti

+ SNMP agent

SNMP upravljaE

ramjena SNMP

poruka protokol ovisan 0 vrsti rnreie

I

protokol ovisan o vrsti rnreie

S1. 9.22 Razmjena SNMP poruka izmedu upravljaEke stanice i agenta

Format SNMP poruke Svaka SNMP poruka sadrii tri polja (Sl. 9.23): inaEica protokola SNMP, naziv zajednice i SNMP PDU (Protocol Data Unit). Ovakva definicija SNMP poruke predstavlja odstupanje od OSI tenninologije po kojoj bi se cijela SNMP poruka trebala zvati SNMP PDU (Stallings [1999]). inaEica SNMP-a

zajednica

SNMP PDU

S1.9.23 Format SNMP poruke

Polje inaEice sadrii jednu od triju moguCih vrijednosti: 1 za SNMPvl, 2 za SNMPv2, odnosno 3 za SNMPv3 poruku. Zajednica se koristi za potrebe

9.4. Protokoli upravljanja mreiom

sigurnosti SNMP komunikacije u upravljaEkim sustavima utemeljenim na protokolima SNMPvl i SNMPv2. Zajednica je zapravo niz tekstualnih znakova i podsjeCa na tradicionalne lozinke koje se koriste u operacijskim sustavima. U svakom se agentu konfiguriraju tri zajednice: zajednica za Eitanje (read-only), zajednica za Eitanje i upis (read-write) i prizivna zajednica (trap) (Mauro et al. [2001]). Zajednica za Eitanje omoguCuje iskljuEivo Eitanje vrijednosti podataka iz MIB-ova. Zajednica za Eitanje i upis omoguduje Eitanje i upisivanje vrijednosti u MIB-ove. Prizivna zajednica upravljaEima omoguduje prijem poruka Trap. U NMS-u koji se oslanja na SNMPvl ili SNMPv2 poieljno je koriStenje vatrozida (firewall) koji Ce upravljanu mreiu zagtititi od ugroiavanja sigurnosti lcroz mehanizme protokola SNMP. Druga mogudnost poboljSanja sigurnosti mreie prilikom koriStenja zajednica su virtualne privatne mreie (Virtual Private Network - VPN). tip PDU-a

oznaka zahtjeva

tip PDU-a

oznaka zahtjeva

tip PDU-a

vrsta objekta

adresa agenta

generiEki priziv

irne 1

vrijednost 1

ime 2

vrijednost 2

0

povezivanje varijabli

0

status indeks pogreSke pogreSke

povezivanje varijabli specifEni priziv

.. ..

vremenska oznaka

povezivanje varijabli ime N

vrijednost

S1.9.24 Format SNMP PDU-a za SNMP poruke a) GetRequest, GetNextRequest i SetRequest, b) GetResponse, c) Trap i d) povezivanje varijabli

Postoje tri razliEite vrste SNMP PDU-a (Sl. 9.24). Jednu koriste SNMP poruke GetRequest, GetNextRequest i SetRequest, drugu koristi SNMP poruka GetResponse, a tredu SNMP poruka Trap. Format SNMP PDU-a definiran je standardom ASN.l (Abstract Syntax Notation One). Iako je polje tip PDU-a (PDU type) dio SNMP PDU-a, ono nije definirano standardom ASN. 1. Umjesto toga je za svaki od pet PDU-a definiran zaseban ASN. 1 tip. Polje oznaka zahtjeva (request-id) koristi se za jednoznaeno obiljeiavanje SNMP zahtjeva. Polje status pogregke (error-status) oznaEava da je za vrijeme obrade zahtjeva doSlo do odstupanja od regularnosti. Ako je polje status pogreSke postavljeno u 0, to znaEi da je obrada zahtjeva protekla u redu. Nasuprot tome, ako je u polje status pogreSke upisana vrijednost razlieita od nule, tada polje indeks pogregke (error-index) pruia dodatnu informaciju o tome koja je varijabla prouzroEila odstupanje od regularnosti obrade zahtjeva. U PDU-ovima GetRequest, GetNextRequest i SetRequest polja status pogreSke i indeks pogreSke postavljena su uvijek u nulu. Polje povezivanje varijabli (variablebindings) predstavlja popis uredenih parova (ime varijable, vrijednost varijable). Vrijednosti svih varijabli u PDUovirna GetRequest i GetNextRequest postavljene su u nulu. Polje vrsta objekta

9. Osnove upravljanja mreiom

(enterprise) oznaEava vrstu objekta na temelju kojeg je generiran priziv (temelji se na MIB varijabli sysObjectlD). Polje adresa agenta (agent-addr) sadrii adresu objekta koji generira priziv. Polje generick. priziv (generic-trap) odreduje vrstu generiEkog priziva (npr. ZinkDown = 2). Polje specificni priziv (specific-trap) sadrii informaciju specificnu za odredenu vrstu priziva. Polje vremenska oznaka (time-stamp) sadrii vrijeme koje je proteklo izmedu posljednje inicijalizacije mreinog entiteta i generiranja priziva (sadrii vrijednost MIB varijable sysUpTime).

Formalni jezik ASN.l Skup objekata kojima upravljaju agenti, a Eitaju ih i unose upravljaEke stanice, Eini sri modela SNMP NMS-a. Vaian problem nastaje prilikom medusobnog komuniciranja mreine opreme razlicitih proizvodaEa. Kako bi takva komunikacija bila moguCa, neophodno je upravljane objekte definirati na standardni naEin i neovisno o proizvodaEima mreine opreme. Drugi vaian zahtjev koji se postavlja na komunikaciju izmedu agenata i upravljaEa je standardni naEin kodiranja vrijednosti objekata za potrebe transfera rnreiom. Programski jezici kao Sto su C ili Pascal zadovoljavaju prvi zahtjev, medutim, oni ne definiraju naEin kodiranja vrijednosti objekata na razini bita. Dakle, moguCi problem nastaje kad komuniciraju dva krajnja sustava, od kojih jedan, na primjer, zapisuje cjelobrojne vrijednosti u obliku 32-bitnih binarnih brojeva i u tehnici dvojnog komplementa, a drugi u obliku 16-bitnih binarnih brojeva u tehnici jednostrukog komplementa. Programski jezici uglavnom ne zadiru u tu problematiku. Stoga je neophodno koriStenje jezika za standardiziranu definiciju upravljanih objekata. U SNMP okolini koristi se formalni jezik ASN. 1 (Tanenbaum [1996]). Iako definiranje jednoznaEnih pravila kodiranja na razini bita predstavlja glavnu snagu jezika ASN.l, to je ujedno i njegova slabost. OEekuje se da Ce u buduCnosti biti zamijenjen novom inaEicom, ASN.2. Pravila kodiranja su optimizirana kako bi se minimizirao broj bita na komunikacijskoj liniji, a to se plaCa neuEinkovitim iskorigtenjem CPU-a (Central Processing Unit) u uredajima na oba komunikacijska kraja, prilikom kodiranja i dekodiranja. Sam jezik ASN. 1 definiran je standardima I S 0 8824 i ITU-T (International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector) X.208, a pravila kodiranja standardom I S 0 8825. Deklaracije upravljackih objekata i varijabli sliEne su deklaracijama u zaglavnim datotekama (datoteke s ekstenzijom .h programskog jezika C headerfiles). Prilikom implementacije jezika ASN. 1 u SNMP okolini potrebno je pridriavati se odredenih 1eksiEkih konvencija. Ugradeni tipovi podataka piSu se velikim slovima (npr. INTEGER). Imena tipova podaeka koja definiraju korisnici poCinju velikim slovom i moraju sadriavati barem jedan znak koji nije veliko slovo abecede. Identifikatori objekata (Object ldentifier - OID) mogu sadriavati velika i mala slova, decimalne znamenke i posebne znakove kao npr. - ili -, ali moraju zapoEeti malim slovom (npr. counter). Prazni znakovi (tab,

9.4. Protokoli u~ravlianiamreiom

CR i dr.) nisu signifikantni. Komentari zapoEinju kombinacijom znakova -- i nastavljaju se sve do kraja linije ili sljedeteg pojavljivanja kombinacije --. Osnovni tipovi podataka definirani jezikom ASN. 1 koje koristi protokol SNMP su sljedeki: INTEGER (cijeli broj proizvoljne duljine), BIT STRING (slijed koji sadrii 0 ili viSe bita), OCTET STRING (slijed koji sadrii 0 ili viSe okteta bez predznaka, tzv. unsigned), NULL (rezerviran, tzv. place holder), OBJECT IDENTIFIER (oficijelno definiran tip podataka). Primjer deklaracije i inicijalizacije proizvoljne varijable count: count INTEGER ::= 100 Varijabla tipa INTEGER moie teoretski poprimiti bilo koju cjelobrojnu vrijednost, ali SNMP pravila ogranicavaju skup dozvoljenih vrijednosti. Vrlo Eesto se definiraju podtipovi Eije su varijable ograniEene na odredene vrijednosti ili na specifiEni interval: Status ::= INTEGER { up(l), down(2), unknown(3) } Packetsize ::= INTEGER (0.. 1023) Varijable tipa BIT STRING i OCTET STRING sadrie 0 ili viSe bita, odnosno okteta. Za oba je tipa podataka moguCe zadati duljinu slijeda znakova (string) i poEetnu vrijednost. OBJECT IDENTIFIER pruia naEin za oznaEavanje objekata. Mehanizam se temelji na stablastoj hijerarhijskoj strukturi opisanoj u nastavku.

(

Root-Node

1

S1. 9.25 ASN. 1 stablo objekata

9. Osnove upravljanja mreiom

Upravljani objekti organizirani su u hijerarhijsko stablo (tree), prikazano na S1. 9.25 (neke su grane namjerno izostavljene). Ta struktura Eini osnovu za imenovanje objekata u SNMP okolini. U hijerarhijskom stablu Evor koji se nalazi na samom vrhu naziva se korijenski Evor (root). Svaki Evor ispod kojeg se nalaze drugi Evorovi naziva se podstablo (subtree) ili grana (branch), a svaki Evor ispod kojeg nema drugih Evorova naziva se list (leaf). U ASN.1 stablu objekata korijenski je Evor nazvan Root-Node, a ccitt(O), iso(1) i joint(2) su njegova podstabla. Podstablo ccitt adrninistrira organizacija ITU-T, dok podstablo joint odriavaju IS0 i ITU-T. Jedino je podstablo iso(1) povezano s SNMP okolinom. Podstablo mgmt (management) trenutno se ne koristi. Ono definira standardni skup upravljanih objekata Interneta. Podstablo experimental rezervirano je za potrebe testiranja i istraiivanja. Objekte u podstablu private definiraju pojedinci i organizacije (najEeSCe proizvodaEi mreine opreme). Oznaka (ID) upravljanog objekta sastoji se od niza cijelih brojeva medusobno odvojenih toEkama. Alternativa brojEanom oznacavanju objekata je koriStenje niza imena takoder medusobno odvojenih toEkama. Primjer je stablo iso(l).org(3).dod(6).internet(l): OID = 1.3.6.1, odnosno iso.org.dod.internet. ASN. 1 definicija stabla internet je sljedeta: internet OBJECT IDENTIFIER ::= { iso(1) org(3) dod(6) 1 } ASN. 1 definicija nekog podstabla provodi se na sljedeCi naEin: mgmt OBJECT IDENTIFIER ::= { internet 2 }

Struktura upravljaeke informacije Standard strukture upravljaEke informacije (Structure of Managament Information - SMI) definira okvire unutar kojih je moguCe provesti definiciju i konstrukciju MIB-a (Stallings [I9991). SMI je proSireni podskup jezika ASN. 1 (RFC 1442). Postoje dvije inaEice SMI-a: SMIvl (RFC 1155) i SMIv2 (RFC 2578). SMI odreduje vrste podataka koje je moguCe koristiti u MIB-u, kao i naEin na koji se prikazuju i imenuju resursi MIB-a. Osnovni cilj SMI-a je omoguCiti jednostavnost i proSirivost MIB-a. MIB stoga smije sadriavati iskljuEivo jednostavne tipove podataka: skalare i dvodimenzionalna polja skalara. Protokolni mehanizam SNMP-a moie iz MIB-a dohvatiti iskljueivo skalare, ukljuEujuCi individualne unose u tablicama. Neki MIB-ovi sadrie tipove podataka kreirane od strane proizvodaEa opreme, Sto predstavlja prijetnju interoperabilnosti. Kako bi omoguCio standardizirani naEin prikaza upravljaEkih informacija, SMI mora: (1) pruiati standardiziranu tehniku definiranja strukture pojedinog MIBa, (2) pruiati standardiziranu tehniku definiranja pojedinih objekata MIB-a, ukljuEujuCi sintaksu i vrijednosti svakog objekta, (3) pruiati standardiziranu tehniku kodiranja vrijednosti objekata MIB-a. Sukladno tome, definiciju upravljanog objekta Cine tri atributa: 1. ime objekta,

9.4. Protokoli upravljanja mreiom

2. tip objekta i pripadajuCa sintaksa, 3. naEin kodiranja vrijednosti pridijeljene objektu. h e , odnosno OID, jednoznaEno odreduje upravljani objekt. h e moie biti numeriEko ili tekstualno. Tipovi objekata i sintaksa definirani su standardom ASN.l. Svaka instanca upravljanog objekta kodirana je kao niz okteta. Kodiranje upravljaEke informacije prije transfera mreiom temelji se na standardu BER (Basic Encoding Rules). Na najniioj razini SNMP modela SNMP varijable su definirane kao individualni objekti. Neki su objekti povezani u skupine (npr. postoje skupine IP objekata i TCP objekata), a skupine objekata u module.

Baza upravljaekih informacija Sam MIB sadrii vrijednosti pridijeljene objektima. Opis MIB-a dan je MIB datotekom koja sadrii formalni opis objekata upravljanih SNMP-om. Na S1. 9.26 prikazano je stablo objekata definirano standardom MIB-11 (RFC 1213).

system (1

interfaces (2)

at

(3)

ip (4)

icmp (5)

tcp (6)

udp

(7)

egp (8)

transmission (10)

snmp (11)

S1.9.26 Stablo objekata definirano standardom MIB-I1 Objekti sadriani u MIB-11 (Stallings [1999]) grupirani su u deset skupina, od kojih svaka odgovara jednom Evoru u SMI stablu. Tih deset Evorova su podstabla Evora mib-2 (1.3.6.1.2.1). Danas veCina mreinih uredaja podriava standard MIB-II. U buduCnosti Ce u MIB-I1 sigurno biti dodavani novi objekti i skupine objekata, a proizvodaei ionako imaju pravo definirati dodatne objekte koji se odnose na njihove proizvode.

SNMP varijable Primjer definicije SNMP varijable ZostPacekts kojom je u definiciji MIB-a odreden upravljatki objekt cbroj izgubljenih paketan je sljedeCi: lostpackets OBJECT TYPE SYNTAX Counter32 MAX-ACCESS read-only STATUS current DESCRIPTION crBroj paketa izgubljenih od zadnjeg aktiviranja sustava (boot)>> :: = {experimental20)

9. Osnove upravljanja mreiom

Na poEetku definicije svake SNMP varijable dolazi makro naredba OBJECT TYPE koja specificira ime varijable i njena svojstva. OBJECT TYPE ima Cetiri obvezna i Eetiri opcijska parametra. Prvi obavezni parametar, SYNTAX, definira podatkovni tip varijable. SMI definira 13 tipova podataka: INTEGER, Counter32, Gauge32, Integer32, UInteger32, Counter64, TimeTicks, BIT STRING, OCTET STRING, Opaque, OBJECT IDENTIFIER, IpAddress i NsapAddress. SMI podriava i liste podatkovnih tipova: SEQUENCE definira listu ASN. 1 podatkovnih tipova, a SEQUENCE OF upravljani objekt koji je sastavljen od liste ASN. 1 podatkovnih tipova. SljedeCi obvezni parametar rnakro naredbe OBJECT TYPE je MAX-ACCESS, koji sadrii informaciju o naEinu pristupa varijabli (read-only ili read-write). Ako je parametar varijable postavljen u read-only, tada upravljaEka stanica moie samo Eitati vrijednost varijable, a ako je parametar varijable postavljen u read-write, tada upravljaEka stanica moie Eitati i mijenjati vrijednost varijable. Parametar STATUS moie poprimiti jednu od triju vrijednosti: current (ako je vrijednost parametra STATUS neke varijable jednaka current, tada se dotiEna varijabla ne podvrgava trenutno vaieCoj specifikaciji SNMP-a), obsolete (ako je vrijednost parametra STATUS neke varijable jednaka obsolete, tada se dotiCna varijabla ne podvrgava trenutno vaiekoj specifikaciji SNMP-a, ali se podvrgava zastarjeloj specifikaciji SNMP-a) i depricated (izmedu statusa current i obsolete). Cetvrti obvezni parametar je DESCRIPTION. To je tekst (slijed ASCII znakova) koji govori Eemu je varijabla namijenjena. Vrijednost upisana nakon kombinacije znakova ::= postavlja varijablu na odgovarajuCe mjesto u ASN.l, tj. SMI stablu imena varijabli. Dakle, OID varijable 1ostPackets je 1.3.6.1.3.20 (iso.org.dod.intemet.experirnental.20).

Usporedba protokola SNMPv1 i SNMPv2 SNMPv2 predstavlja proSirenje protokola SNMPvl (Stallings [1999]). Za razliku od SNMPv 1, koji je namijenjen centraliziranom upravljanju mreiom, SNMPv2 podr2ava i distribuirano upravljanje mreiom. SNMPv2 podriava tri naEina pristupa upravljaEkoj informaciji: upravljaE-agent zahtjev-odgovor - SNMPv2 upravljaE Salje zahtjev agentu, a ovaj odgovara slanjem traienih upravljaEkih informacija; koristi se za dohvakanje i modificiranje upravljaEkih informacija; upravljat-upravljaE zahtjev-odgovor - jedan SNMPv2 upravljaE Salje zahtjev drugom upravljaEu, a ovaj odgovara slanjem traZenih upravljaEkih informacija; agent-upravljaE bez potvrde - SNMPv2 agent Salje poruku Trap upravljaEu. tip PDU-a

oznaka zahtjeva

0

povezivanje varijabli

S1.9.27 Format PDU-ova SNMPv2-Trap i InfomRequest

9.4. Protokoli upravljanja mreiom SNMPvl podriava prvi i treCi naEin pristupa upravljaCkim informacijama. Samo je drugi naEin specifican za SNMPv2. Komunikaciju izmedu upravljaCa omoguCuje mehanizam informiranja (inform). Porukom Inform jedan upravljai: obavjeStava drugog o upravljaCkoj informaciji koju posjeduje. Na sl. 9.27 prikazan je format PDU-a SNMPv2-Trap koji se ujedno koristi i za PDU InformRequest.

Protokol SNMPv3 Najvakija promjena u SNMPv3 je napuStanje koncepta NMS-a koji se temelji na upravljacima i agentima. SNMPv3 NMS Cine SNMP entiteti (entities) (Stallings [1999]). Novi koncept definira arhitekturu NMS-a, a ne samo skup poruka kao ranije inaEice. Svaki se entitet sastoji od SNMP pogona (SNMP engine) i SNMP aplikacija. Sigurnosni podsustav pruia usluge autentikacije i zaStite privatnosti upravljaEkih infonnacija (enkripcija). Autentikacija koristi mehanizam zajednica (ako se radi o SNMPvl ili SNMPv2 porukama), odnosno SNMPv3 korisniEku (user-based) autentikaciju. Provjera vjerodostojnosti korisnika temelji se na upotrebi algoritarna MD5 (Message Digest 5, RFC 1321) ili SHA (Secure Hash Algorithm, standard FIPS PUB 180). Mehanizam autentikacije u SNMPv3 omogukuje da se provjera vjerodostojnosti korisnika obavlja bez slanja lozinki u Eitljivom obliku. Usluge enkripcije koriste algoritam DES (Data Encryption Standard) za enkripciju i dekripciju SNMP poruka.

Standard RMON Standard RMON (Remote Monitoring), kao nadopuna standarda MIB-11, definira mehanizme nadzora mreie na udaljenoj lokaciji bez pennanentnog sudjelovanja upravljaCke stanice u tom procesu. Osnovna ideja je da se u upravljanom mreinom uredaju implementira tzv. RMON sonda (probe) koja prikuplja komunikacijsku statistiku u okolini mreinog uredaja (Mauro et al. [2001]). Drugi naziv za RMON sondu je monitor. Dakle, upravljaEka stanica ne mora konstantno prozivati mreini uredaj kako bi prikupljala statistieke podatke. Oni se spremaju u bazu upravljaEkih informacija u upravljanom rnreinom uredaju (u RMON MIB), a kasnije upravljacka stanica moie prikupiti ieljene podatke iz RMON MIB-a. Takav se koncept pokazuje posebno ~Cinkovitimu sluEaju pada linka koji povezuje upravljaEku stanicu i upravljani mreini uredaj. RMON sonda moie u bilo kojem trenutku obavijestiti upravljaeku stanicu o nastupu nekog vaznog dogadaja u okolini mreinog uredaja (to je tzv. proactive monitoring). Pored toga, sonda moie obavljati analize prometnih tokova pomoCu prikupljenih podataka. RMON sonda moie paralelno komunicirati s veCim brojem upravljaEkih stanica. Agent RMON sonde sadrii procesni entitet koji sondi pruia specificnu RMON funkcionalnost. Taj entitet moie Eitati vrijednosti iz RMON MIB-a i upisivati vrijednosti u RMON MIB, implementiran u RMON sondi. OID podstabla m o n

9. Osnove u~ravlianiamreiom

je 1.3.6.1.2.1.16 (iso.org.dod.intemet.mgmt.mib-2.rmon). Sukladno standardu RMONv1, Evor rmon ima 9 podstabala (skupina objekata). Osnovna razlika izmedu dviju inaeica standarda RMON je u tome Sto RMONvl (RFC 2819) omoguCuje prikupljanje statistike iskljutivo na mreinoj (paketskoj razini), a RMONv2 (RFC 2021) na mreinoj i aplikacijskoj razini.

S1. 9.28Interno i eksterno prozivanje agenta

UpravljaEka stanica u kojoj je instalirana aplikacija za upravljanje mreiom, moie prozivati SNMP agenta, i u tom se sluEaju radi o eksternom prozivanju pomoku SNMP operacije dohvata (Sl. 9.28). RMON sonda takoder moie lokalno prozivati npr. operacijski sustav IOS u mreinom uredaju iz kojeg prikuplja komunikacijske podatke. To je tzv. interno prozivanje. Ako prilikom internog prozivanja nastupi bilo kakva pogreSka, agent RMON sonde moie o tome poslati obavijest upravljaEkoj stanici pomoCu poruke Trap. NajEeSCe implementirane kategorije RMON-a su dogadaji (events) i alarmi (alarms). Kategoriju alarma moguCe je konfigurirati tako da sonda interno proziva RMON MIB i da reagira na specifican naEin, ovisno o tome koji prag (threshold), donji ili gornji, dosegne neka vrijednost objekta MB-a (Mauro et al. [2001]). Kad vrijednost objekta dosegne definirani prag, aktivira se alarm. Alarm nadalje aktivira dogadaj, a dogadaj obavlja dodatne funkcije kao Sto su slanje poruke Trap upravljackoj stanici i zapisivanje slogova u datoteku izvjeSka (log). Standardne SNMP prizive u mreinim uredajima konfigurira proizvodai: mreine opreme, Sto onemoguCuje mreine upravitelje da postavljaju proizvoljne pragove. Nasuprot tome, RMON omogukuje mreinim upraviteljima postavljanje uzlaznih (rising) i silaznih (falling) pragova.

SNMP agent zastupnik SNMP zahtijeva da svi agenti u NMS-u podriavaju jedinstveni protokolni sloiaj zasnovan na protokolima UDP i IP. Takav pristup onemogukuje primjenu SNMP-a u uredajima kao Sto su npr. moderni, koji ne podriavaju TCPIIP protokolni sloiaj. Nadalje, postoje brojni sustavi u koje, zbog ograniEenih procesnih moguCnosti ili zbog preopterekenosti komunikacijskim poslovima,

9.4. Protokoli upravliania mreiom

nije poieljno ugradivati dodatne softvere koji podriavaju protokol SNMP, agentsku logiku i odriavanje MIB-ova. Kako bi se otklonili gore navedeni problemi i kako bi se navedene uredaje ukljuEilo u jedinstveni sustav upravljanja mreiom, uveden je koncept agenta zastupnika (proxy agent), odnosno posrednika u upravljanju mreiom (Stallings [1999]). Jedan agent zastupnik moie zastupati viSe mreinih uredaja. S jedne strane agent zastupnik komunicira s aplikacijom mreinog upravljanja, tj. s upravljaEkom stanicom (ili viSe njih), a s druge strane komunicira sa zastupanim urebajima. UpravljaEka stanica Salje SNMP upite agentu zastupniku koji ih pretvara u poruke upravljaEkog protokola kojeg koristi zastupani uredaj. Nakon Sto primi odgovor od zastupanog uredaja, agent zastupnik proslijedi odgovor u obliku SNMP poruke upravljaEkoj stanici. Agent zastupnik moie upravljaEkoj stanici slati i poruke Trap. Jedna od moguCih primjena koncepta agenta zastupnika je povezivanje upravljaEke stanice koja koristi SNMPv3 i mreinih uredaja koji koriste SNMPvl ili SNMPv2. Primjena agenta zastupnika moie bitno reducirati probleme vezane uz sigurnost sustava upravljanja mreiom.

Literatura [ 11

[2] [3] [4] [5]

MAURO,D. R, K. J. SCHMIDT. 2001. Essenstial SNMP. O'Reilly, Sebastopol. RAMAN,G. L. 1999. Fundamentals of Telecommunications Network Management, IEEE Press. STALLINGS, W. 1999. SNMP, SNMPv2, SNMPv3, and RMON 1 and 2.3. izdanje, Addison Wesley, Reading. TANENBAUM, A. S. 1996. Computer Networks. 3. izdanje, Prentice-Hall, Upper Saddle River. UDUPA,K. D. 1999. TMN Telecommunications Management Network, McGraw Hill, New York.

Skracenice

3GPP AAL ABR ABT ABT-DT ABT-IT ACELP ACK ACL ADM ADPCM ADSL AEE AESA AFC AINI AM AM1 AMPS AN AN ANSI

AP APON APS ARCNET ARB AIU' ARQ AS ASCI ASCII ASE ASN. 1 ATDM ATM

3. Generation Partnership Project ATM Adaptation Layer Available Bit Rate ATM Block Transfer ABT with Delayed Transmission ABT with Immediate Transmission Algebraic-Code-Excited Linear Prediction Acknowledgement Asynchronous Connectionless Add & Drop Multiplexer Adaptive Differential Pulse Code Modulation Asymmetrical Digital Subscriber Line Agent Execution Environment ATM End System Address Asymmetric Flow Control ATM Inter-Network Interface Amplitude Modulation Alternate Mark Inversion Advanced Mobile Phone Service Access Network Access Node American National Standards Institute Access Point ATM Passive Optical Network Automatic Protection Switch Attached Resource Computer Networks Association of Radio Industries and Broadcasting Address Resolution Protocol Automatic Repeat Request Autonomous System Advanced Speech Call Items American Standard Code for Information Interchange Amplified SpontanBous Emission Abstract Syntax Notation One Asynchronous Titne Division Multiplexing Asynchronous Transfer Mode

Skracenice ATM-SAP ATU-C ATU-R AU AUC AUI Bc BCH BCS Be BEB BEC BECN BER BER B-ET BGP B-ICI B-ISDN B-ISDN PRM B-ISUP B-LT B-NT BNZS BOA BPDU BRA BRAN BRI BSA BSC BSS BSS BSSAP BSSGP BSSID BSSMAP BT B-TA B-TE BTS BUS BW CAC CAMEL CAP CAS CATT

ATM Layer Service Access Point ADSL Transmission Unit Central Office ADSL Transmission Unit Remote Administrative Unit (SDH) Authentication Centre Attachment Unit Interface Committed Burst Size Bose-Chaudhuri-Hochquenghem Behaviour Class Selector Excess Burst Size Binary Exponential Backoff Backward Error Correction Backward Explicit Congestion Notification Basic Encoding Rules (ASN. 1) Bit Error Ratio Broadband Exchange Termination Border Gateway Protocol B-ISDN Inter Carrier Interface Broadband Integrated Services Digital Network B-ISDN Protocol Reference Model Broadband ISDN User Part Broadband Line Termination Broadband Network Termination Binary with N Zeros Suppression Booster Optical Amplifier Bridge Protocol Data Unit Basic Rate Access Broadband Radio Access Network Basic Rate Interface Basic Service Area Base Station Controller Base Station System Basic Service Set (IEEE 802.11) BSS Application Part BSS GPRS Protocol Basic Service Set Identifier BSS Management Application Process Burst Tolerance Broadband Terminal Adapter Broadband Terminal Equipment Base Transceiver Station Broadcast and Unknown Server Bandwidth Connection Admission Control Customized Application for Mobile Enhanced Logic Carrierless Amplitude and Phase Channel Associated Signalling China Academy of Telecommunications Technology

Skracenice CATV CBlG CBR CC CCITT CCS ccTLD CD CDMA CDR CDV CDVT CE CEPT CER CES CFI CIDR CIR CL CLLM CLP CLR CM CMI CMIP CMIS CMOT CMR CN C-N Cnet CO

co

CP CPCS CPE CPU CR CRC CRS CS CS-ACELP CSMAICA CSMAICD CSPDN CSU/DSU

Cable Television Cell Based 1 Gigabit Constant Bit Rate Country Code CornitC Consultatif International Ttltphonique et TClCgraphique Common Channel Signalling Country Code Top Level Domain Collision Detection Code Division Multiple Access Call Data Records Cell Delay Variation Cell Delay Variation Tolerance Carrier Extension ConfCrence EuropCenne des Administrations des Postes et des TClCcommunications Cell Error Ratio Circuit Emulation Service Canonical Format Indicator Classless Inter-Domain Routing Committed Information Rate Connectionless Consolidated Link Layer Management Cell Loss Priority Cell Loss Ratio Connection Management Coded Mark Inversion Common Management Information Protocol Common Management Information Services CMIP over T C P m Cell Misinsertion Rate Core Network Container-N (SDH) Centre National dYEtudesTelecommunication Central Office Connection Oriented Common Part Common Part Convergence Sublayer Customer Premises Equipment Central Processing Unit Command/Response Cyclic Redundancy Check Cell Relay Service Convergence Sublayer Conjugate-structure Algebraic Code-excited Linear Prediction Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection Circuit-switched Public Data Network Control Service UnitIData Service Unit

CTD CTS DA DAVIC DBR DBS DCC DCE DCF DCN DCS DD DE DEMUX DES DFIR DIX DLCI DLL DM1 DMT DNS DPAM DS DSAP DSF DSI DSL DSLAM DSN DSSS DTAP DTE DWDM DXC DXI EA EADPCM EBCDIC EDFA EDGE EGP EIR EIR EM EM1 EMP EMS

Cell Transfer Delay Clear to Send Destination Address Digital Audio Visual Council Deterministic Bit Rate Direct Broadcast Satellite Data Country Code Data Circuit-terminatingEquipment Distributed Coordination Function Data Communication Network Digital Communication System Depacketization Delay Discard Eligibility Demultiplexer Data Encryption Standard Diffuse Infrared Digital, Intel and Xerox Data Link Connection Identifier Data Link Layer Differential Mode Inversion Discrete Multitone Domain Name System Demand Priority Access Method Distribution System Destination Service Access Point Dispersion Shifted Fibre Digital Speech Interpolation Digital Subscriber Loop DSL Access Multiplexer Digital Signal Level N (PDH) Direct Sequence Spread Spectrum Direct Transfer Application Process Data Terminal Equipment Dense Wavelength Division Multiplexing Digital Cross-Connect Data Exchange Interface Extended Address Embedded Adaptive Differential Pulse Code Modulation Extended Binary Coded Decimal Interchange Code Erbium Doped Fibre Amplifier Enhanced Data rates for Global Evolution Exterior Gateway Protocol Equipment Identification Register Excess Information Rate Electromagnetic Electromagnetic Interference Electro-Magnetic Pulse Enhanced Messaging Service

EN E-RIF ESS ESSID ET ETRI ETSI FA FAS FCC FCS FD FD FDD FDDI FDM FDMA FE FEC FECN FEXT FHSS FIFO FITL FM FOIRL FPLMTS FPS FQDN FR FRAD FTP FTTB FTTC FTTCab FTTH FUN1 FWM GARP GCRA GEO GFC GFR GGSN GLR GMII GMSC GMSK

Multiplex hierarchy level N (PDH) Extra Embedded Routing Information Extended Service Set Extended Service Set Identifier EtherType Electronics and TelecommunicationsResearch Institute European Telecommunications Standards Institute Foreign Agent Frame Alignment Sequence Federal Communications Commission Frame Check Sequence Fixed Delay Full-duplex Frequency Division Duplex Fibre Distributed Data Interface Frequency Division Multiplexing Frequency Division Multiple Access Fixed Equipment Forward Error Control Forward Explicit Congestion Notification Far End Crosstalk Frequency Hopping Spread Spectrum First In First Out Fiber in the Loop Frequency Modulation Fibre Optic Inter-Repeater Link Future Public Land Mobile Telecommunication System Fast Packet Switching Fully Qualified Domain Name Frame Relay Frame Relay Access Device File Transfer Protocol Fiber to the Building Fiber to the Curb Fiber to the Cabinet Fiber to the Home Frame Based User-to-Network Interface Four Wave Mixing Generic Attribute Registration Protocol Generic Cell Rate Algorithm Geosynchronous Earth Orbit Generic Flow Control Guaranteed Frame Rate Gateway GPRS Support Node Gateway Location Register Gigabit Medium Independent Interface Gateway Mobile Switching Centre Gaussian Minimum Shift Keying

Skracenice GPRS GSM gTLD GTP GVRP HA HD HDBn HDLC HDSL HDSL2 HDTV HEC HEMS HFC HLR HMP HN HOH HSCSD HTML HTTP IA IAB IANA IBSS ICANN ICF ICI ICMP IDN IEEE IETF IFG IGMP IGP IISP EM1 IMA IMAP IMEP IMP IMS IMSI IMT-2000 IN 10s IP

General Packet Radio Services Global System for Mobile communications Generic Top Level Domain GPRS Tunnelling Protocol GARP VLAN Registration Protocol Home Agent Hull-duplex High Density Bipolar with maximum of n zeros High-level Data Link Control High bit rate Digital Subscriber Line High bit rate Digital Subscriber Line 2ndgeneration High Definition Television Header Error Control High-level Entity Management System Hybrid Fiber Coax Home Location Register Host Monitoring Protocol Home Network HDSL Overhead High Speed Circuit Switched Data Hypertext Markup Language Hypertext Transfer Protocol Implementation Agreement Internet Architecture Board Internet Assigned Numbers Authority Independent Basic Service Set Internet Corporation for Assigned Names and Numbers Information Conversion Functions Intercarrier Interface Internet Control Message Protocol Integrated Digital Network Institute of Electrical and Electronic Engineers Internet Engineering Task Force Interframe Gap Internet Group Management Protocol Interior Gateway Protocol Interim Inter-switch Signalling Protocol Integrated Local Management Interface Inverse Multiplexing for ATM Internet Message Access Protocol Internet MANET Encapsulation Protocol Interface Message Processor IP Multimedia Subsystem International Mobile Subscriber Identification International Mobile Telecommunications 2000 Intelligent Network Internet Operating System (Cisco) Internet Protocol

IPG IPv6 IPX IR IRC IrDA ISDN IS1 ISM IS0 ISP ISUP ITU ITU-T IWF JPEG Ki L L2CAP LA LACP LAN LANE LAP-B LAP-D LAPDm LAP-E LAP-F LAS LDAP LD-CELP LED LEO LIP LLC LMDS LMI LMP LOA LSB MIA MAC MACA MACC MANET MAP MAU MAU

Interpacket Gap Internet Protocol version 6 Internetwork Packet Exchange Infrared Internet Relay Chat Infrared Data Association Integrated Services Digital Network Intersymbol Interference Industrial, Scientific, Medical International Organisation for Standardization Internet Service Provider ISDN User Part International TelecommunicationUnion International Telecommunications Union Interworking Function Joint Photographic Experts Group Authentication Key Length Logical Link Control and Adaptation Protocol Location Area Link Aggregation Control Protocol Local Area Network LAN Emulation Link Access Procedure-Balanced Link Access Procedure-D Link Access Protocol mobile Link Access Procedure-Extended Link Access Procedure-Frame Relay Link Aggregation Sublayer Lightweight Directory Access Protocol Low-delay Code Excited Linear Prediction Light Emitting Diode Low Earth Orbit Link Integrity Pulse Logical Link Control Local Multipoint Distribution Systems Local Management Interface Link Manager Protocol Line Optical Amplifier Least Significant Bit ManagerIAgent Medium Access Control Multiple Access with Collision Avoidance MAC Control Mobile Ad hoc NETwork Mobile Application Part Medium Attachment Unit (Ethernet) Multistation Access Unit (Token Ring)

MBS MCF MCR MD MD5 MDI ME ME0 MF MGW MIB MI1 MIME M-JPEG MM MM MMDS MMF MMS MMSE MN MPDU MPEG MPLS MPMLQ MPOA MS MSB MSC MSDSL MSISDN MSOH MSVC MT MTA MTP MTP-N MUA MUX MX NAK NDC NE NEF NetBEUI NetBIOS NEXT NFAS

Maximum Burst Size Message Communication Functions Minimum Cell Rate Mediation Device Message Digest 5 Medium Dependent Interface Mobile Equipment Middle Earth Orbit Mediation Functions Media Gateway Management Information Base Medium Independent Interface Multipurpose Internet Mail Extensions Motion Join Photographic Expert Group Mobility Management Multimode Multichannel Multipoint Distribution Systems Multi-Mode Fibre Multimedia Messaging Service Multimedia Messaging Service Environment Mobile Node Medium Access Control Protocol Data Unit Motion Picture Experts Group Multiprotocol Label Switching Multipulse Maximum Likelihood Quantization Multi-Protocol over ATM Mobile Station Most Significant Bit Mobile Switching Centre Multirate Symmetric DSL Mobile Station ISDN Multiplexer Section Overhead Meta-signalling Virtual Channel Mobile Termination Message Transfer Agent Message Transfer Part Message Transfer Part N Message User Agent Multiplexer Mail Exchanger Negative Acknowledgement National Destination Code Network Element Network Element Functions NetBIOS Enhanced User Interface Network Basic Inputloutput System Near End Crosstalk Non-Frame Alignment Sequence

SkraCenice NIC N-ISDN NL NMA NML NMS NMT NNI NNTP NOC NOLM NPC N-PDU nrt-VBR NRZ NSAP N-SAP NT NTN NVT OADM OAM O M OBEX OBS OC-N ODN OHG 01 OID OLT O W OPA OPS ORU

0s

OSDM OSF OSI OSI RM OSPF OTDM OUI OXC PAD PAD PAM PBX

Network Interface Card Narrowband Integrated Services Digital Network Network Layer Network Management Application Network Management Level Network Management Station Nordic Mobile Telephony Network-to-Network Interface, Node-Network Interface Network News Transfer Protocol Network Operations Center Non-Linear Optical Loop Mirror Network Parameter Control N-Protocol Data Unit Non Real Time Variable Bit rate Non-return to Zero Network Service Access Point N-Service Access Point Network Termination Network Terminal Number Network Virtual Terminal Optical Add & Drop Multiplexer Operation, Administration and Maintenance Operations, Administration, Maintenance and Provisioning Object Exchange protocol Optical Burst Switching Optical Carrier Level N (SONET) Optical Distribution Network Operators Harmonisation Group Organization Identifier Object Identifier Optical Line Termination Optical Network Unit Optical Pre-Amplifier Optical Packet Switching Optical Repeater Unit Operation System Optical Space Division Multiplexing Operation System Functions Open System Interconnection Open Systems Interconnection Reference Model Open Shortest Path First Optical Time Division Multiplexing Organizationally Unique Identifier Optical Cross-Connect Packet Assembler/Disassembler Padding Pulse Amplitude Modulation Private Branch exchange

Skracenice PCF PC1 PCM PCR PCS PCU PD PDA PDCH PDH PDM PDP PDU PHY PHY-SAP PI PIM PIN PL PLCP PLMN PL-OAM PLS PM PMA PMD PMR PNNI POH PON POP POTS PPDU PPP PRA PRI PSPDN PSTN PTI PUK PVC PVC PVCC PVPC QA QAF QAM QD

Point Coordination Function Protocol Control Information Pulse Code Modulation Peak Cell Rate Physical Coding Sublayer Packet Control Unit Packetization Delay Personal Digital Assistant Packet Data Channel Plesiochronous Digital Hierarchy Polarisation Division Multiplexing Packet Data Protocol Protocol Data Unit Physical Layer Physical Layer Service Access Point Protocol ldentifier Personal Information Management Personal Identification Number Physical Layer (OSI RM) Physical Layer Convergence Procedure Public Land Mobile Network Physical Level-OAM Physical Layer Signalling Phase Modulation Physical Medium Attachment Physical Medium Dependent Private Mobile Radio Private Network-Network Interface Path Overhead (SDH) Passive Optical Network Post Office Protocol Plain Old Telephone Service Physical Layer Convergence Procedure Protocol Data Unit Point-to-Point Protocol Primary Rate Access Primary Rate Interface Packet-switched Public Data Network Public Switched Telephone Network Payload Type Identifier PIN Unblocking Key Permanent Virtual Circuit Permanent Virtual Connection Permanent Virtual Channel Connection Permanent Virtual Path Connection Q-Adaptor Q-Adaptor Functions Quadrature Amplitude Modulation Queuing Delay

Skracenice QoS RA RAN RARP RFC RFCOMM RFI RIF RIP RLC RM RMON RNS RPC RS RSOH RTS rt-VBR RWA RZ SA SAAC SAP SAR SBR SBS SCCP SCO SCP SCR SD SDDCH SDH SDLC SDMA SDP SDU SDV SECBR SEL SFC SFD SGMP SGSN SHA SIM SM SM

Quality of Service Routing Area Radio Access Network Reverse Address Resolution Protocol Request for Comments (IETF) Radio Frequency Communication Radio Frequency Interference Routing Information Field Routing Information Protocol Radio Link Control Resource Management Remote Monitoring Radio Network Subsystem Remote Procedure Call Reconciliation Sublayer Regenerator Section OverHead Request to Send Real Time Variable Bit Rate Routing and Wavelength Assignment Return to Zero Source Address Signalling ATM Adaptation Layer Service Access Point Segmentation and Reassembly Statistical Bit Rate Stimulated Brillouin Scattering Signalling Connection Control Part Synchronous Connection-Oriented Service Control Point Sustainable Cell Rate Switching Delay Stand Alone Dedicated Control Channel Synchronous Digital Hierarchy Synchronous Data Link Control Space Division Multiple Access Service Discovery Protocol Service Data Unit Switched Digital Video Severely Errored Cell Block Ratio Selector Symmetric Flow Control Start Frame Delimiter Simple Gateway Monitoring Protocol Serving GPRS Support Node Secure Hash Algorithm Subscriber Identity Module Session Management Single-mode

SM SM-AL SM-AP SM-CMsub SM-CP SMDS SMF SMI SML SMR SM-RL SM-RP SMS SMS-C SM-TL SMTP SM-TP SN SN SNA SNAP SNAP ID SNDCP SNMP SNR SOA SOH SONET SPM SPON SPVC SQE SRS SS SSAP SSCF SSCOP SSCS SSP SSP SSP STA STA S-TDM STM STM STM-N STP

Statistical Multiplexing Short Message Application Layer Short Message Application Protocol Short Message Connection Management Sublayer Short Message Control Protocol Switched Multi-megabit Data Services Single-Mode Fibre Structure of Management Information Service Management Level Specialised Mobile Radio Short Message Relay Layer Short Message Relay Protocol Short Message Service Short Message Service Centre Short Message Transport Layer Simple Mail Transfer Protocol Short Message Transport Protocol Serving Network Subscriber Number System Network Architecture Subnetwork Access Protocol SNAP Identifier Sub Network Dependency Control Protocol Simple Network Management Protocol Signal-to-Noise Ratio Semiconductor Optical Amplifier Section Overhead (SDH) Synchronous Optical Network Self-phase Modulation Super PON Soft Permanent Virtual Connection Signal Quality Error Stimulated Raman Scattering Spread Spectrum Source Service Access Point Service Specific Coordination Function Service Specific Connection Oriented Protocol Service Specific Convergence Sublayer Service Specific Part Service Specific Protocol Service Switching Point Spanning Tree Algorithm Station (IEEE 802.11) Synchronous TDM Synchronous Transfer Mode Synchronous Transport Module Synchronous Transport Module N (SDH) Shielded Twisted Pair

STS STS-N

svc svc SVC

svcc SVCP SYN TJTCP TA TAXI TBE TBF TC TCP TCS BIN TD TD-CDMA TDD TDM TDMA TE TFI TFTP TIA TINA TINA-C TLD TLS TM TMN TN TP TPA TPID TTA TTC TU TUG UA UAWG UBR LJDP

UE UMS UMTS UNI UPC

Synchronous Transport Signal Synchronous Transport Signal Level N (SONET) Signalling Virtual Channel Switched Virtual Circuit Switched Virtual Connection Switched Virtual Channel Connection Switched Virtual Path Connection Synchronization Transactional TCP Terminal Adapter Transport Asynchronous TransmitterReceiver Transient Buffer Exposure Temporary Block File Transmission Convergence Transmission Control Protocol Telephony Control Protocol Binary Transmission Delay Time Division Code Division Multiple Access Time Division Duplex Time Division Multiplexing Time Division Multiple Access Terminal Equipment Temporary Flow Identity Trivial File Transfer Protocol Telecommunication Industry Association Telecommunication Information Networking Architecture TINA Consortium Top Level Domain Transport Layer Security Terminal Multiplexer Telecommunication Management Network Transit Network Twisted Pair Third Party Application Tag Protocol ldentifier Telecommunication Technology Association Telecommunication Technology Committee Tributary Unit Tributary Unit Group User Agent Universal ADSL Working Group Unspecified Bit Rate User Datagram Protocol User Equipment Unified Messaging System Universal Mobile Telecommunication System User-to-Network Interface Usage Parameter Control

Skracenice URL USIM UTOPIA UTP UTRA UTRAN VAS VBR VC VC VC vCAL vCARD VCC VCI VCL VC-N VDSL VFRAD VHE VLAN VLR VoATM VoD VoFR VP VPC VPI VPL VPN VSB VTOA VTU-0 VTU-R VWP WAE WAN WAP WATM WCDMA WDM WDP WF WAN WLL WML WP WS

Uniform Resource Locator UMTS Subscriber Identity Module Universal Test & Operations Interface for ATM Unshielded Twisted Pair UMTS Terrestrial Radio Access UMTS Terrestrial Radio Access Network Value Added Services Variable Bit Rate Virtual Channel Virtual Circuit Virtual Container Electronic Calendaring and Scheduling Exchange Electronic Business Card Exchange Virtual Channel Connection Virtual Channel Identifier Virtual Channel Link Virtual Container N Very high rate DSL Voice Frame Relay Access Device Virtual Home Environment Virtual Local Area Network Visitor Location Register Voice over ATM Video on Demand Voice over Frame Relay Virtual Path Virtual Path Connection Virtual Path Identifier Virtual Path Link Virtual Private Network Vestigial Sideband Voice and Telephony over ATM VDSL Transmission Unit-Office VDSL Transmission Unit-Remote Virtual Wavelength Path Wireless Application Environment Wide Area Network Wireless Application Protocol Wireless ATM Wideband Code Division Multiple Access Wavelength Division Multiplexing Wireless Datagram Protocol Workstation Functions Wireless Local Area Network Wireless Local Loop Wireless Markup Language Wavelength Path Workstation

Skracenice WSF WSP WSPB WTA WTLS WTP WWW XA-FR

Workstation Functions Wireless Session Protocol WSP Browsing Wireless Telephony Application Wireless Transport Layer Security Wireless Transaction Protocol World Wide Web Exchange Access Frame Relay Service

Abecedno kazalo

A ad hoc mreia, 343,344 add and drop multipleksor, 68 Address Resolution Protocol, ARP, 239,249 administrativnajedinica (AU), 67 ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line), 103 ADSL (G.dmt), 103 agent zastupnika, 397 alarrni, 396 algoritam optimalnog stabla, 157 arnplitudna modulacija, 48 analogna komutacijai 366 aplikacijslu stratum, 3 14 aplikativna dimenzija, 353 APON (ATM PON), 112 apstrakcija, 354 apstrakcija rnreinih resursa, 37 1 asinkroni naEin transfera, 187 asinkrono vremensko multipleksiranje, 187 asocijacija, 252 ATM Celija, 189 ATM komutacija, 38 ATM prospojnik, 2 11 atribut, 37 1 autentifikacijski kljuE, 290 autonomni sustav, 240 A-zakon, 13-segmentni,54 A-zakon, logaritamski, 54 aiuriranje lokacije, 306

bakrena parica, 89 baza upravljaEkih informacija, 386

besklasno usmjeravanie, CIDR, 244 beiiEne pristupne tehiologije (Wireless Local Loop), 118 beiiEni aplikacijski protokol, 328 beiiCni LAN-ovi, 159 beiiEno aplikacijsko okruije, 33 1 beiiEno umreiavanje, 343 bifazni kodovi, 8 1 binarni signali, 7 Bluetooth, 344 Bluetooth protokoli, 345 Border Gateway Protocol, BGP, 249 brzina prijenosa, 5 1

C CAP (Carrierless Amplitude and Phase), 93 CAP, QAM, 93 centar za provjeru autentiEnosti, 289 Common Gateway Interface, CGI, 274 CSMA s detekcijom sudara okvira, 134 CSUDSU, 169

datagram, 247 davatelj internetske usluge, 297 DBS (Direct Broadcast Satellite), 124 DCF, 369 dekompozicija, 382 dekomiozicia problema upravljanja, 382 deskriptivni jezici, 356 digitalna dionica, 209 digitalna komutacija, 366 digitalna transmisijska mreia, 50 digitalni prospojnik (DXC), 70

Abecedno kazalo digitalno-analogni pretvaraE, 54 dijeljeni medij, 127 dinamika, 36 1 disperzija, kromatska, 73 disperzija, materijalna, 73 disperzija, nulta, 73 disperzija, valovodna, 73 djelovanje, upravljanje i odriavanje ATM mreia, 232 DMT (Discrete Multitone), 94 dobro znana vrata, 250 dodijeljena Celija, 205 dodijeljeni problem, 38 1 dogovorena prijenosna brzina, 178 dohvat, 364 domaCa adresa, 326 domaCa mreia, 3 12 domaCi agent, 326 domadi lokacijski registar, 288 domadi stratum, 3 13 Domain Name System, DNS, 258 domena sudara okvira, 141 domena, 257,374 domene problema, 384 domene upravljanja, 374 DSL (Digital Subscriber Line) tehnologije, 99 DSLAM (DSL Access Multiplexer), 107 dvosmjerni obnavljaci, 145 dvosmjerni prijenos, 138 dvostruki sloiaj, 276

FEXT (Far End Crosstalk), 91 File Transfer Protocol, FTP, 262 financijsko poslovanje, 366 fiziEka arhitektura, 368 fiziEki sloj (LAN), 128 fiziEki sloj ATM mreie, 192 fizikalna arhitektura, 376 formalizacija, 359 formalni jezik ASN. 1, 390 format okvira, 97,98, 101, 106, 112 formatiranje podataka, 376 FR okvir, 175 FR usmjerivaE, 173 fragmentacija, 246 frekvencija uzimanja uzoraka, 53 frekvencija vremenskih varijacija, 36 1 frekvencijski pojas prijenosa, 117 frekvencijsko multipleksiranje, 19 F-suEelje, 375 FTTH (Fiber to the Home), 11 1 FTTH od toEke do toEke, 114 FTTH PON (APON), 112 Fully Qualified Domain Name, FQDN, 257 funkcija za konverziju protokola, 369 funkcije mebudjelovanja, 233 funkcije OS, 376 funkcijska hijerarhija, 358 funkcijski blokovi, 365 funkcionalna arhitektura, 365, 368

E.164 adresa, 230 ekscesna prijenosna brzina, 179 ekstrem, 38 1 elektroniEka polta, 263 elektroniEka polta, format adrese, 264 elementarni problem upravljanja, 382 elementarni resurs upravljanja, 382 Ethernet komutator, 150 Extensible Markup Language, XML, 274

G.Lite, 105 generiEki informacijski model, 366 generiEki primjer, 359 generiEko upravljanje prometnim tokovima, 206 Gigabit Ethernet, 144 globalni skup problema, 38 1 globalni sustav pokretnih komunikacija, 288 globalni sustav upravljanja, 38 1 gostujudi lokacijski registar, 289 grupa pritoEnih jedinica (TUG), 67

Fast Ethernet, 143

Hammingov kod, 14

Abecedno kazalo HDLC (High-Level Data Link Control), 97 HDSL (High bit rate DSL), 101 HDSL2 (High bit rate DSL type 2), 103 HFC (Hybrid Fiber Coax) hibridne mreie, 368 hijerarhija odluCivanja, 356 HLPI, 369 HyperText Markup Language, HTML, 273 HyperText Transfer Protocol, HTTP, 272 ICF, 369 identifikacijski broj, 290 impulsni Sum, 92 induktivni elementi, 90 informacijska arhitektura, 368 informacijski volumen, 4 informacijsko konverzacijska funkcija, 369 infrastruktura urnreienog znanja, 353 instalacija, 364 integritet poretka Celija, 190 inteligentna mreia, 365 inteligentni resurs, 359 interferencija, 17 Internet Control Message Protocol, ICMP, 239,248 Internet Group Management Protocol, IGMP, 248 Internet Message Access Protocol, IMAP, 264,269 Internet Protocol v6, IPv6,274 Internet Protocol, IP, 247 internetska arhitektura, 237 internetski most, 348 intervencija, 362 IP adresa, 242 IP adresa, mreini dio, 243 IP adresa, raEunalni dio, 243 IP adresa, razlucivanje, 258 IPv6, prijelazni mehanizmi, 276 ISDN (Integrated Services Digital Network), 100 ISDN, 100 izobliEenja u prijenosu, 17

J javno suCelje UNI (ATM), 194 jedinstveni sustav izmjene poruka, 339 jednomodna nit (SMF), 72 jezgrena mreia, 28 1 jezgrena mreia, 45 jezgrena UMTS rnreia, 312,316 jezici, 355 kapacitet kanala, 8 kapacitet, 5 kategorije usluga u ATM rnreiarna, 213 Kerrov efekt, 78 klase IP adresa, 243 klase referentnih toEaka, 369 klizanje, 56 kljuE za odblokiranje, 290 koaksijalni kabel, 92 k6d AMI, 8 1 k6d CMI, 83 k6d DMI, 83 k6d HDB3,82 k6d Manchester, 82 kodiranje na izvoru, 9 kodiranje uzoraka, 53 kodna brzina, 13 kolebanje kaSnjenja Celija, 22 1 komunikacija poruka, 37 1 komunikacijska mreia, 26,37 1 komunikacijslu kanal, 6, 374 komunikacijski mehanizmi, 37 1 komunikacijsko-informacijski volumen, 376 komutacija, 3 komutacija Celija, 188,235 komutacija kanala, 34 komutacija okvira, 167 komutacija paketa, 36 komutacija radi zaStite (APS), 68 komutirane virtualne veze, 207 komutirani virtualni kanal, 172 koncentracija, 384 konekcija, 365 konfiguracija, 366 kontrola, 364

Abecedno kazalo kontrolne skripte, 380 konverzija formata, 366 kooperacija, 370 kooperacijski sustav, 363 kooperirajuki sustav, 367 koordinacija, 362 koordinirano upravljanje, 378 korektivna intervencija, 362 korisniEka oprema, 3 11 korisniEki mreini uredaj, 173 korisnicki raEuni, 366 kvaliteta usluge, 4 1 kvantizacijslu interval, 54 kvantizacijski Sum, 54 kvantizacijsko polje, 54 kvantiziranje, 53 kvantiziranje, jednoliko, 54 kvantiziranje, nejednoliko, 54 kvarovi, 366

LAN komutator trekeg sloja, 159 LAN komutator, 127, 150 LAN, 369 LAPB (Link Access Procedure, Balanced), 98 linijski k6d 2B lQ, 96 linijski kodovi, 79 linijsko optiEko pojacalo, 74 LLC PDU, 130 LMDS (Local Multipoint Distribution Systems), 121 lociranje, 322 logiEka stratifikacija, 374 lokacijski registar posjetitelja, 289 lokacijsko podrurje, 288,322 lokalna mreia, 127

MIA, 372 MAC adresa, 135 MAC PDU, 134 MAN, 369 ManagerIAgent, 372 MANET, 343 maska podmreie, 244 Maximum Segment Size, MSS, 25 1

Maximum Transmission Unit, MTU, 246 medijski prilaz, 3 18 medudjelovanje mreia, 233 medudjelovanje usluga, 233 medumreino ATM suEelje, 195 medunarodna identifikacija pokretnog pretplatnika, 289 meko prebacivanje poziva, 322 meta-signalizacija, 225 MIB, 372 rnijeSanje Eetiri vala (FWM), 78 mikro preglednik, 329 MM zapis, 306 MMDS (Multichannel Multipoint Distribution Systems), 118 MMS korisnieki agent, 338, 342 MMS okruije, 336 MMS posluiitelj, 338 MMS sustav, 343 mobilni agent, 379 model klijent-posluiitelj, 255 model uporabe, 347 modul pretplatnickog identiteta, 290 modul viSeg nivoa, 360 modulacija moduli odluEivanja, 359 moguknosti transfera, 214 most, 147 motrilte, 37 1 mreia, 363 mreia Sirokog podruEja, 169 mreina infrastruktura, 3 11 mreine novosti, 270 mreini Evor, 383 mreini element, 364,365,367 mreini korisnik, 370 mreino motriSte, 377 rnrSavi klijent, 332 MSDSL (Multirate Symmetric DSL), 103 Multimedia Internet Mail Extensions, MIME, 265 multimodna nit (MMF), 72 multipleksiranje, 19 multipleksiranje bit po bit, 62 multipleksiranje s gustom podjelom valnih duljina (DWDM), 75

Abecedno kazalo multipleksiranje znak po znak, 63 multipleksni sustavi s frekvencijskom podjelom (FDM), 47 multipleksni sustavi s prostornom podjelom (SDM), 47 multipleksni sustavi s vremenskom podjelom (TDM), 48

nadrebena jedinica, 361 nadzor, 364 naizmjeniEni prijenos, 138 NE, 376 nedodijeljena Celija, 190,205 nelinearna optika, 78 nelinearno optiCko zrcalo u petlji (NOLM), 79 Network News Transfer Protocol, NNTP, 272 NEXT (Near End Crosstalk), 91 nit s pomaknutom disperzijom (DSF), 74 nivo poslovnog upravljanja, 378 nivo upravljanja elementom EML, 377 nivo upravljanja mreiom NML, 377 nivo upravljanja uslugom SML, 377 nova generacija mreia, 286 NRZ format, 80 NRZ kadovi, 80 NSAP adresa, 229

OAM tokovi, 233 objektno orijentirana paradigma, 371 oblikovanje, 364 obnavljaE, 140 obogaCena usluga izmjene poruka, 333 od toEke do toEke, 114 odluEivanje, 356 odnos signala i Surna, 53 odvojene upravljane mreie, 367 okviri PAUSE, 153 opCe paketske radijske usluge, 298 opCi pokretni telekomunikacijski sustav, 285, 3 10 Open Shortest Path First, OSPF, 249 operacijski sustav, 364, 366

operativna dimenzija, 353 operativni sustav, 363 operativno suEelje, 374 optiEka komutacija paketa (OPS), 85 optiEka komutacija snopova (OBS), 86 optiEke pristupne tehnologije (Fiber in the Loop), 110 optiCki add and drop multipleksor (OADM), 77 optiEki komunikacijski prozori, 72 optiEki multipleksni sustavi s frekvencijskom podjelom (OFDM), 47 optiEki multipleksni sustavi s kodnom podjelom (CDMA), 48 optiEki multipleksni sustavi s podjelom valnih duljina (WDM), 47 optiElu multipleksni sustavi s polarizacijskom podjelom (PDM), 48 optiEki multipleksni sustavi s prostornom podjelom (OSDM), 47 optiEki multipleksni sustavi s vremenskom podjelom (OTDM), 48 optiEki prospojnik (OXC), 77 optiCko pojaEalo s erbijem dopiranom niti (EDFA), 5 1,74 optiCko pojaEalo snage, 74 optiEko predpojaEalo, 74 osnovni skup usluga, 163 osnovno podruEje pruianja usluge, 163 osobna pokretljivost, 310, 319 ostatak cikliEkog kodiranja (CRC), 59 otvorenost sustava, 354 oznaka korisniEkog sadriaja Celije, 204 oznaka virtualnog kanala, 203 oznaka virtualnog puta, 203

paketska kontrolna jedinica, 299 paketski podatkovni kanal, 301 paketski prijenos, 299 pametna mreia, 380 pametna poruka, 380 parametri kvalitete usluge (ATM), 2 18 PDP zapis, 307 performanse telekomunikacijske usluge, 383

Abecedno kazalo period odluEivanja, 360, 361 pikomreia, 345 planiranje, 364 pleziokrona digitalna hijerarhija (PDH), 58 podrnreia, 244 podruEje usmjeravanja, 299 podsloj CS, 212 podsloj LLC, 129 podsloj MAC, 129 podsloj ovisan o fiziCkom mediju prijenosa, 196 podsloj pribliiavanja prijenosu, 196 podsloj SAR, 212 podsloj upravljanja MAC-om, 153 podsustav, 358 pojmovi, 356 pokretan Cvor, 324 pokretljivost osoba, 28 1 pokretljivost terminala, 28 1 , 310, 321 pokretljivost usluga, 310,322 pokretna postaja, 288 pokretni agenti, 379 pokretni Evor, 326 pokretni entiteti, 380 pokretni Internet, 296 pokretni IP, 323 pokretni komutacijski centar, 288 PON (APON), 112 poruka, 365 poslovanje, 376 posluiitelj domaCih pretplatnika, 3 18 posluiitelj, iterativni, 256 posluiitelj, konkurentni, 256 posluiitelj, nepostojani, 256 posluiitelj, postojani, 256 posrednicki blok, 368 posredniEki uredaj, 364 posredniEko-aplikacijska upravljacka funkcija, 369 Post Office Protocol, POP, 264,268 pozivni broj pokretne postaje, 290 PPP (Point-to-Point Protocol), 98 prag osjetljivosti, 75 prazna Celija, 190 predvidanje, 362 prelaienje, 292 premoSteni odvojci, 90

presluSavanje (NEXT, FEXT), 91 pretvarac valne duljine (WC), 77 priguSenje elektriekog signala, 5 1 priguSenje optiEkog signala, 51 prijenos od toeke do toEke, 49 prijenos slijeda ATM Celija, 197, 202 prijenosna telekornunikacijska mreia vidi transmisijska telekomunikacijska mreia, 45 prijenosni dornet, 51 prijenosni medij, 18 prijenosni put, 209 prikljuenica, 252 prilazni GPRS potporni Evor, 299 prilazni lokacijski registar, 322 prilazni pokretni komutacijski centar, 288 primjena, 102 prioritet pri odbacivanju Celija, 204 pristup intranetu, 297 pristupna metoda CSMA, 134 pristupna mreia, 45 pristupni FR uredaj, 173 pristupni posluiitelj, 297 pristupni stratum, 3 13 pritoCna jedinica (TU), 67 privatno suEelje NNI (PNNI), 195 privatno suEelje UNI (ATM), 194 privremena rnreia, 28 1,343 problem odluEivanja, 36 1 problem upravljanja, 38 1, 383 procesiranje, 3 produljenje nosioca, 145 programska aplikacija, 366 programski sustav, 366 prolazak pristupnog okvira, 133 prometni parametri ATM mreia, 2 17 prometni ugovor, 2 17 proiireni skup usluga, 164 protokol HDLC, 97 protokol ILMI, 23 1 protokol LAPB, 98 protokol PNNI, 228 protokol PPP, 98 protokol s komutacijom oznaka (MPLS), 85 protokol s komutacijom valnih duljina ( m a s ) , 85

Abecedno kazalo protokol sloja veze, 295 protokol SNAP, 132 protokol SNMP, 386 protokol SNMPvl, 394 protokol SNMPv2,394 protokol SNMPv3,395 protokol za kontrolu linka i prilagodbu, 346 protokol za otkrivanje usluge, 346 protokol za razmjenu objekata, 347 protokol za zamjenu serijskog kabela, 347 protokol, 365, 373,375 protokoli unutrainjeg usmjeravanja, 24 1 protokoli vanjskog usmjeravanja, 241 protokolna podatkovna jedinica, 128 protokolni sloiaj ATM rnreie, 191 prozivanje, 133 pseudoternarni kodovi, 8 1 pulsno amplitudno rnodulirani signal (PAM), 54 pulsno kodna rnodulacija (PCM), 49

Q-adaptor, 364 QAM (Quadrature Amplitude Modulation), 93 Q-sueelje, 375

radijska pristupna mreia, 283 radijski mreini podsustav, 3 15 radna stanica, 364 raspoznavanje granica Celija, 199 ravnina odlutivanja, 359 razagiljanje, 128 referentne toEke, 369 referentni model OSI, 3 1 referentni model, 88 referentni protokolni model B-ISDN-a, 191 regeneratorska dionica, 209 registar identifikacije opreme, 289 rekonstrukcija signala, 55 relacija medu problemima upravljanja i resursima upravljanja, 38 1

Request for Comments, RFC, 240 resursi umjetne inteligencije, 384 Reverse Address Resolution Protocol, RARP, 239 Routing Information Protocol, RIP, 249 RZ format, 8 1 RZ kbdovi, 8 1

samofazna modulacija (SPM), 78 samo-organizirajuki sloj, 358 SCP, 379 SDV (Switched Digital Video) segment, 25 1 selekcija strategije, 357 selekcijski sloj, 357 semantiEka domena, 354 sernantitki najstabilnija kolekcija, 382 semantika, 353 SGSN zapis, 306 signalizacija pridruiena kanalima (CAS), 59 signalizacijska mreia, 60 signalizacijski virtualni kanali, 225 signalna domena, 15 sigurni prijenos, 10 sigurnost, 364, 366 Simple Mail Transfer Protocol, SMTP, 264,267 sinkrokombinacija okvira, 58 sinkrona digitalna hijerarhija (SDH), 61 sinkrona optiEka mreia (SONET), 61 sinkroni transportni modul razine 1 (STM-l), 61 sinkroni transportni signal razine 1 (STS-I), 61 sinkronizacija, uzajamna, 56 sinkronizacija, zavisna, 56 skup koncepcija, 356 skup problema, 38 1 skup resursa, 38 1 sloj AAL, 212 sloj ATM, 192 sloj podatkovnog linka (LAN), 128 sloj podatkovnog linka, 96 sloj prilagodbe ATM-a, 192 sloj SAAL, 224

Abecedno kazalo sloj uEenja ili prilagodbe, 357 slojevita arhitektura, 29 sluEajni pristup, 133 SNMP PDU, 388 SNMP poruka, 388 soft PVC, 226 soliton, 78 solitonski prijenos, 78 specifikacija, 366 specijalni link, 37 1 specijalno suEelje, 37 1 SPON (Super PON), 115 SSP, 379 standard IEEE 802.3, 137 standard MIB-11, 393 standard RMON, 395 statiEki entitet, 380 stimulirano Brillouinovo rasprSenje (SBS), 78 stimulirano Ramanovo rasprSenje (SRS), 78 strani agent, 326 stratifikacija, 354 stratifikacijskomodeliranje, 356 stratum, 355,356 struktura Ethernet okvira, 138 struktura upravljaEke informacije, 392 suCelje ILMI, 23 1 suEelje mreia-mreia (ATM), 195 suEelje 43,375 suEelje Qx, 375 suEelje, 363,364 sudar okvira, 137 supstitucijski khdovi, 82 sustav baznih postaja, 288 sustav signalizacije zajednickim kanalom br. 7,60 sustav upravljanja mreiom, 386 sustav za upravljanje telekomunikacijskom mreiom, 354 sustav, 354 sustavi s povratnim smjerom preko telefonske linije, 120 sve IP arhitektura, 3 18

Sirina pojasa, 75 Sirina prijenosnog pojasa, 17, 188

Sirokopojasna digitalna mreia integriranih usluga, 187 Sirokopojasna radijska pristupna mreia, 3 19 Sum spontane emisije (ASE), 74

takt, asinkroni, 56 takt, pleziokroni, 56 takt, sinkroni, 56 TCPIIP arhitektura, 237 telefonski kanal, 46 telekomunikacijska upravljaEka domena, 38 1 telnet, 260 terminalni multipleksor (TM), 70 TINA, 365 TINA-C, 379 TMN, 363,379 toEka pristupa usluzi protokolnog sloja, 131 trajne virtualne veze, 207 trajni virtualni kanal, 172 transmisija, 3 transmisijska telekomunikacijska mreia, 45 transmisijski terminal, 366 Transmission Control Protocol, TCP, 239,250 transportni stratum, 3 13 tranzitna mreia, 3 12 trenutna adresa, 326 treperenje faze, 5 1 troslojna mreina arhitektura, 282 tuneliranje, 276

uEestalost pogreSke (BER), 5 1 UMTS domena, 3 11 UMTS stratum, 3 11,312 UMTS zemaljska radijska pristupna mreia, 314 UMTS zemaljski radijski pristup, 3 14 Uniform Resource Identifier, URI, 273 unutraSnji tok, 34, 39 upravljaE bazne postaje, 299 upravljaE radijske mreie, 3 15

Abecedno kazalo upravljatka operativna naredba, 372 upravlj aEke funkcije, 367 upravljaEke informacije, 367 upravljaEko znanje, 374 upravljani objekt, 373 upravljanje ATM mreiama, 230 upravljanje ispravnoSCu sadriaja zaglavlja Celije, 198 upravljanje logiCkom vezom, 299 upravlj anje mreiom, 353 upravljanje performansama, 364, 366 upravljanje pogreikama, 11 upravljanje pokretljivolCu, 28 1,288, 299,303,305,306,315,322 upravljanje prometom (ATM), 2 16 upravljanje sjednicom, 299, 303, 315 upravljanje telekomunikacijskom rnreiom, 353 upravljanje vezom, 3 15 Usenet, 27 1 User Datagram Protocol, UDP, 239, 253 uskladivanje brzine prijenosa Celija, 198 usluga izmjene multimedijskih poruka, 336 usluga izmjene viiemedijskih poruka, 288 usluga kratluh poruka, 285,287,332 usluga pristupa udaljenom raEunalu, 259 usluga transfers datoteka, 262 usluga, 376 usluge u ATM mreiama, 234 usluina domena, 3 13 usluina mreia, 3 12 usluini GPRS potporni Evor, 299 usluini profil, 290 usluini stratum, 3 13 usmjeravanje i pridruiivanje valnih duljina (RWA), 77 usmjeravanje, 245 usmjerivac, 157 usnopljavanje okvira, 145 UTRAN protokoli, 3 14 uzorkovanje, 53

valni put (WP), 77 valno multipleksiranje, 25 vanjski pristup, 370 vanjski tok, 34, 39 VAS, 378 VC komutator, 209 VC link, 207 VC veza, 208 VDSL (Very high bit rate DSL), 108 velilu sustav, 354 virtualni adresar, 322 virtualni kanal, 168,203 virtualni LAN, 155 virtualni put, 203 virtualni sprernnik (VC), 63 virtualni spremnik viSeg reda (VC-4), 67 virtualni valni put (VWP), 77 virtualno domaCe okruije, 322 viiemedij ski IP sustav, 3 18 viSestruki pristup mediju, 133 vjerojatnost blolranja, 36, 40 vjerojatnost pojavnosti problema, 383 VoFR, 185 VP komutator, 209 VP link, 207 VP tunel, 227 VP veza, 208 vrata, 250 vremena kainjenja u mreii, 37,40 vremensko multipleksiranje, 21 vrijeme donolenja odluke, 362 vrijeme resinkronizacije, 56 vrijeme iivota datagrama, TTL, 248

WAP arhitektura, 330 WAP klijent, 349 WAP posluiitelj, 330, 349 World Wide Web, WWW, 272

X. 121 adresa, 178 X.25, 369 X.701,372 X-suEelje, 375

Abecedno kazalo

zaglavlje dionice (SOH), 63 zaglavlje multipleksne dionice (MSOH), 67 zaglavlje puta (POH), 67 zaglavlje regeneratorske dionice (RSOH), 67 zagus'enje rnreie, 216 zakupljeni kanal, 167 zapis o kretanju, 304 zapis o paketskom protokolu, 304 zas'tita, 366 zdruiivanje linkova, 154 znanje, 384