Otázky k lekci č. 1: Internetworking

Jaké jsou důvody pro internetworking?

• zpřístupnění vzdál. zdrojů (FTP, výp. kapacita), zvětšení dosahu poskyt. služeb (mail, skype, IRC), regulace přístupnosti, ochrana
• R. Metcalfe: užitek sítě = c * (uživatelé)² .
• překonání tech. omezení (dosah kabelů, možnost rozboček), optimalizace sítě (tok dat, oprávnění, peering)

Charakterizujte opakovač, most, přepínač, směrovač a bránu, popište rozdíly mezi nimi

• opakovač - fyz. vrstva, segmenty (koliz. domény), nerozumí podstatě přenášeného, všesměrový
• most/přepínač - link. vrstva, síť (MAC)
• směrovač - síť. vrstva, soustava vzáj. propojených sítí (internetwork), (IP)
• brána - aplikační vrstva, rozumí obsahu

Charakterizujte rozbočovač, L3 switch, L4 switch a L7 switch, popište rozdíly mezi nimi

• L3 - síť. vrstva - IP only (směrovač)
• L4 - transportní vrstva, podle IP & čísel portů
• L7 - aplikační vrstva, rozhoduje podle obsahu dat
• rozbočovač - obecné propojovací zař. (opakovač/most/směrovač), funkce zál. na instalaci. (v praxi: hub = ethernet. opakovač)

Charakterizujte obecné vlastnosti opakovačů, jejich přednosti a nevýhody

• fyz. vrstva, propojuje úseky kabelů, digitální -> obnovuje signál, nezesiluje šum
• nezná hranice rámců, nezná adresy příjemců, chová se ke všemu stejně - vše rozesílá všude (plýtvá)
• funguje v reálném čase - může spojovat jen segmenty se stejnou rychlostí; počet segmentů spojených 1 op. neomezen

Opakovače v 10 Mbps Ethernetu

• CSMA/CD: opakuje i kolize -> 51,2μs -> omezení na max. počet opakovačů za sebou
• (nez. na vyšších vrstvách, ale hodně na spec. fyzické)
• 1 segment = 1 "kolizní doména" (končí na bridgi/switchi/routeru).
• mezi 2 uzly <= 2 opakovače: max. 5 segmentů, max. 4 opakovače, max. 3 obydlené segmenty

Charakterizujte výhody a nevýhody propojení na linkové vrstvě, včetně vlivu broadcastu a kolizí

• musí bufferovat data (různé přenos. rychlosti, ale zpoždění)
• nešíří kolize, broadcast jenom při učení -> šetří kapacitu (broadcast nesmí: došlo by k lavině)
• plug & play (chvíli dělá broadcast a učí se), nemusí toho vědět moc (zpětné učení)

Jak funguje propojení na úrovni linkové vrstvy (forwarding, filtering, viditelnost uzlů)

• filtering (zjistit co neposílat) & forwarding (cíleně zjistit co jo a kam)
• není viditelný pro ostatní na síť. vrstvě - iluze "každý s každým" (zachytává všechno & přeposílá něco)
• musí znát adresy: tj. i formát rámců, význam adres; musí znát své okolí (kde je který uzel) do nejbližšího routeru

Princip zpětného učení - jak funguje, kde se používá, jaké jsou překážky pro jeho fungování

• v ethernetu, bridge/switch začíná fungovat jako repeater, bez informací (plug & play)
• netrvá dlouho - sleduje odkud chodí rámce, pokud najde něco adresované zpátky, už to pošle cíleně
• problém - smyčky: dostávání paketů od 1 uzlu z víc směrů: min. kostra: Spanning Tree Protocol - domluva

Source routing - jak funguje, kde se používá

• Token Ring -- spec. mosty, rozumí tomu; každý rámec má itinerář kudy, který sestavuje odesílatel
• (routing, ale furt na link. vrstvě). před odesíláním: průzkumný paket (lavina) - nejkr. cesta, ale není adaptivní

  Otázky k lekci č. 2: internetworking - II.

Vyhrazená a sdílená přenosová kapacita v LAN - charakterizujte rozdíl mezi nimi, naznačte způsob dosažení vyhrazené kapacity

• sdílená - opakovače: vše má k dispozici celk. přenos. kapacitu. vyhrazená: mosty, switche(lepší), díky lokalizaci provozu mohou mít někt. 2jice uzlů celou kapacitu jen pro sebe (v ideálním případě)
• zvýšení: bruteforce: navýšení pásma; inteligentně: rozdělit provoz aby byl co nejč. lokální -- "switched ethernet"
• "segmentace": 1 souvislý segment se dělí na 2/víc částí, lokalizace: netřeba výkonný forwarding -- most. víc segmentů -> větší provoz mezi nimi -> potřeba výkonnější forwarding (míň filtrování) -- switch.

Jaký je rozdíl mezi mostem (bridge) a přepínačem (switch)?

• princip stejný, most starší - méně portů, není důraz na výkonnost, jednodušší (často SW řešení)
• switch - na výkon, víc portů, HW switching engine (ASIC obvod na míru), víc vyhrazená kapacita. plug&play nebo statický kvůli výkonu.
• most: v době koax., víc uzlů v segmentu; switch: mikrosegmentace (kroucená 2linka)
• rozdíly: kolik MAC si pamatuje na každém vstupu; celk. přepojovací kapacita; režim fungování

K čemu slouží a jak funguje segmentace (a mikrosegmentace) v LAN?

• segmentace: rozdělení segmentů na sítě pomocí switchů - lokalizace provozu, vyhrazení kapacity
• mikrosegmentace: 1 uzel / segment -> žádný lok. provoz, žádný filtering (jen forwarding) -- max. efekt vyhrazenosti, ale velké nároky na switch.

Jaké jsou možnosti pro zvyšování propustnosti sítí LAN? (včetně izolace serverů)

• segmentace, mikrosegmentace
• izolace serverů: servery přímo na switch, PC až přes repeatery (sdílené segmenty), ještě větší efekt: různé rychlosti (to funguje jen u store-fw)

Rozdíl mezi technikami store&forward a cut-through u přepínačů, jeho důsledky

• store&forward: bufferuje celý rámec, pak rozhoduje - zpoždění; cut through: nečeká, rozhoduje podle hlavičky (nutná stejná rychlost)
• store&fw - nepřeposílá pakety s CRC-errory, cut-through musí

Nevýhody a omezení přepínačů

• někdy se vyhrazenost neuplatní (pokud je n PC, které nemluví mezi sebou ale jen s 1 serverem) -> lepší repeater (cena, latence)
• musí zkoumat obsah všech rámců, musí šířit broadcast vysílání (IP->MAC, hledání serverů atd.)
• mohou forwardovat zbytečně (nesledují existenci příjemce), vadí jim cykly; mám "plochou" síť bez struktury - problémy s IP
• žádná omezení/ochrany, identické postavení uzlů.

Broadcast storm - o co jde, jak vzniká a jak lze řešit a předcházet

• přepínače si nekontrolovatelně posílají rámce, které se šíří do všech směrů bez zastavení
• řetěz. reakce, často vede k zahlcení. příčina: chyba zařízení, cykly (neošetřené)
• řešení: lepší switche (STP), menší přepínané celky & routery (rozpor (pro největší propustnost by měly být switched celky co největší) -> řešení: switche LAN-only & do nějaké meze, mezi nimi routing)

Pravidlo 80:20 a jeho platnost v současných sítích LAN

• snaha o hierarchické členění: segmenty sloučit do sítí tak, aby maximum provozu bylo lokální, minimum vedlo přes směrovač.
• v typické LAN - 80% provozu je místní; jen 20% jde přes router. dnes už tolik neplatí - hostované vzdálené aplikace, hodně používaný internet.
• typické řešení: sítě "vhodně velké", homogenní z hlediska práv, co nejvíc lok. komunikující

Sítě VLAN - jejich podstata, smysl a využití

• běžně umístění PC do sítí dáno jejich fyz. umístěním
• virtuální LAN - měly by odpovídat workgroups (stejná práva), bez ohledu na fyz. umístění
• tj. vytvoření segmentů ~ broadcast domén jinak než podle fyz. připojení k síť. prvkům

Sítě VLAN - jejich implementace

• musí být rozpoznáno na link. vrstvě -- switche musí vědět kam posílat broadcast
• podle MAC(link.) nebo podle tagu (802.1Q) -- každý rámec má svůj tag
• port VLAN: příslušnost dána portem na switchi, static VLAN: port, MAC, protokol; pevně nastaveno na switchích; dynamic VLAN: nezávislá -- MAC, protokol
• větš. síť. karet tagy neumí -- dávají/odebírají je nejbližší switche (Tag Protocol Id, UserPrio, CFI (komp. s TokenRing), 12bit VLAN ID)
• mohou být i přes víc switchů, mezi nimi (802.1P): GenericAttributeRegistrationProtocol - příslušnost k sítím, GarpVlanRegistrationProtocol - existence VLAN

Jak funguje distribuované směrování v LAN?

• alternativa VLAN (ty jsou moc drahé), typ multi-layer switching: směrovací informace jsou předávány postupně mezi sousedními směrovači
• větší volnost v rozdělování do sítí (multi-layer switche); problém: moc routing info
• proti tomu: route server: informace o směrování na 1 centrálním místě, edge switchs (když neví, ptá se serveru)

Charakterizujte L3 switching. V čem se liší od směrování?

• kvůli vysokým nárokům na routery (podobné požadavky jako pro switche, ale je jich moc) -> efektivnější & jednodušší L3 switch (optimalizován na rychlost)
• rozhodování natvrdo: HW, rozhoduje se podle IP

Charakterizujte L4 a L7 switching. K čemu slouží a jak funguje?

• "content switching" - upřednostňování různých druhů obsahu, podle alternativních redundantních cest
• řešení: čtení 4. úrovně: adresy portů, souč. se řídí i informacemi nižších vrstev; bývá optimalizován na rychclost
• load balancing -- víc serverů jako jeden; to 4. úroveň občas nestačí (HTTP1.1,SSL) - relace -> L7 (Content distribution networks)

Jaké jsou možnosti propojování různých segmentů na úrovni linkové vrstvy (např. Ethernetu a Token Ringu)?

• pomocí repeaterů nelze, switche/bridge - někdy ano, trochu komplikované, routery - OK (přebalování rámců -- fragmentace - rozdělení paketů, to ale IP umí)
• problémy E x TR: source routing/zpětné učení; priority rámců v TR; max. velikosti; překlad (omezení max. vel. rámce) x zapouzdření (jen pro průchozí konf.) - to je obecně použitelná technika

K čemu slouží brouter a technika tunelování?

• pro nesměrovatelné protokoly (místo zapouzdření) - chová se jako bridge pokud nemůže být router.
• tunelování: zapouzdření 1 spojení do druhého - např. obejití omezení sítě (přes přestupní stanici), zajištění šifrování nešifrovaného protokolu, VPN

~Firewally

• zajištění bezpečnosti, blokování / prostupnosti; realizace: org. opatření, SW (konfig. routerů), HW, HW/SW
• konfig. routerů často nestačí -> paketové filtry (vylepšení ~ HW/SW), problém: jen L3/L4. stateful/stateless
• nebo: aplikační brány; na apl. vrstve lze čistě SW prostředky; demilitarizovaná zóna (1/2 routery, apl. brány - proxy)

  Otázky k lekci č. 3: Ethernet

Jaký je rozdíl mezi DIX Ethernetem a IEEE 802.3? V čem se tento rozdíl projevuje ještě dnes?

• DIX Ethernet - puv. standard DEC, Intel & Xerox (R.Metcalfe & D. Boggs), předložen IEEE 1980, ta ho pozměnila
• změny: druhy rámců, hlavičky rámců: info o délce & obsahu; DIX se už nevyvíjí -> 802.3 - jiná přenos. média, rychlost

Ethernetové adresy, jejich vnitřní struktura, EUI-48 a EUI-64

• MAC : 48bit, ∀ rozhraní by mělo mít světově unikátní. jsou zabudovány do adaptérů při výrobě; někt. přesto umožňují měnit (kabelové modemy, PCMCIA)
• výrobci: dostávají bloky adr. prostoru od IEEE -- OrganizationallyUI (3 byty). nový název - EUI-48 (= "MAC48" ~ deprecated)
• EUI-64 - aby nedošly adresy, rozšíření o další 2 byty (tj. 24 + 40 bit)

Struktura ethernetových rámců a jejich varianty

• na úrovni MAC (nižší) x LogicalLinkControl (vyšší) - LLC rámce zabaleny v MAC rámcích. MAC definují adresy & typ obsahu
• DIX (Ethernet II), 802.3 (s vloženými 802.2 LLC), RAW 802.3 (Novell), 802.3 SNAP
• preamble (sync) 8byte (II)/ 7byte (802.3) + 1 StartofFrameDelimiter 0xF5; 6 + 6 byte (from, to); typ paketu (Ethertyp 1500+, II) / délka paketu (max 1500, 802.3); data; na konci 4 byte CRC.
• big endian.
• II - velikost se poznává podle obsahu! (ethertyp IPv4 - 0x800); RAW802.3 - 0xFFFF, SNAP - 0xAAAA další 2 byty po délce; mohou koexistovat - rozlišitelné; zař. by měla přijímat všechny, ale generovat jen 1 druh.

Ethernet ve verzi 10Base5 - vlastnosti, kabeláž, výhody a nevýhody

• 10Base5 ~ 10Mbps, 500m max. kabel (tlustý coax), terminátory, transceiver/vampire tap & drop cable (AttachmentUnitInterface) - 15pin konektor (dnes i pro opt. sítě)
• vhodné pro páteřní sítě ale ne pro připojování

Ethernet ve verzi 10Base2 - vlastnosti, kabeláž, výhody a nevýhody

• tenký coax - nový standard (fyz. vrstva) - max. 185m. připojení pomocí BNC-T konektoru - obvody příjmu a vysílání z transceiveru jsou přímo na kartě; zakončující členy zůstávají
• připojení na koax. konektor síťovky

Důsledky koaxiální kabeláže a kroucené dvoulinky na Ethernet a jeho topologii, přednosti a nevýhody

• vychází z koax. - sběrnicová topologie, i na dvoulinkách se používala log. sběrnicová (i když 2linka to neumí sama), až postupně "switched ethernet" ~ netřeba CSMA/CD.

Princip strukturované kabeláže, systém EAD

• EthernetAttachmentDevice: varianta rozvodů na tenkém koax., zásuvky EAD & drop kabely = 2jice koaxů vytvářející smyčku; je strukturované
• strukturované = lze se dynamicky připojovat; systematické prokabelování všeho v objektu, stromovitá struktura (zásuvky, propojovací (patch) panely, kam lze podle potřeby připojit huby - ty nejsou souč. strukt. kabeláže)

Ethernet ve verzi 10BaseT - vlastnosti, kabeláž, výhody a nevýhody

• snaha o využití telef. rozvodů - použití UnshieldedTwistedPair (802.3i), 10Mbps, 100m; 2 páry 2linky na 1 uzel
• rozvětvení - jedině huby (na různých úrovních)
• kolize = přenos po obou párech (příjem i vysílání); RJ45 (1T+,2T-,3R+,6R-) ~ nesymetrické. zapojení hub -> uzel: 1:1 kabel (patch), uzly mezi sebou: cross-over kabel
• fyz. hvězdicovitou topologii pořád používá jako sběrnicovou. výhoda: vadný segment = 1 uzel (1 uzlové segmenty -- trochu rozpor na slajdech, tohle platí za předpokladu že PC jsou připojeny ke switchi), u koaxu vyhodil 1 vadný uzel celý segment

~Optický ethernet

• FiberOptic Inter Repeater Link - mnohovid., 1km (2 opakovače); úprava - 10Base-F ~ 2km (10BaseFL - i propojení konc. uzlů; FB - páteřní spoje, přes limit počtu opakovačů; FP - pasivní varianta s pasiv. rozbočovači)

  Otázky k lekci č. 4: Ethernet II.

Historie stomegabitového Ethernetu, verze se změnami a beze změn

• bez změn: snaha o co nejlepší přechod, jen zrychlení na 100Mbps, jinak nic (3Com, Intel)
• se změnami: snaha o zachování jen pozitiv -> zrušení CSMA/CD a nedeterminismu.
• oba 1992 před IEEE, bez změn schválen jako 802.3u FastEthernet 6/'95, pro druhý "už není ethernet" založena zvl. skupina a schválen jako 802.12 100VG-AnyLAN 6/'95
• bez změn: 10x kratší bit-interval; kódování Manchester->4B/5B, auto detekce rychlosti; zkrácení dosahu; koexistence možná (bez nutnosti moc měnit kabeláž, jen prvky; jde postupně)

Jak je řešena fyzická vrstva 100BaseT?

• 2 podvrstvy - MediumIndependentInterface, PhysicalLayerDevice (standardy převzaty z FiberDistributedDataInterface - ANSI protokol)
• víc médií - 2 2linky kat. 5 (100m): 100baseTX, fiber (412m): 100baseFX, 4 2linky kat. 3: 100baseT4; 2 2linky kat. 3: 100baseT2
• díky tomu možné opět osamostatnit transceiver (řídké), PHY je z větš. analog. - implementována transceiverem; MII - spojení PHY s řídícími obvody ethernetu (implementujícími CSMA/CD & PHY)
• kódování 100baseTX: 4B/5B (min 2 jedničky) + MLT-3 ~ sinusoida zastavovaná 0 s 3 úrovněmi (31.25MHz), FX: podobné, NRZI místo MLT-3; 100baseT4: 8B/6T (37.5MHz -> 3x12.5 + CD); 100baseT2: 4-state PAM (12.5MHz)
• detekce rychlosti: NormalLinkPulse signály (1 u 10base2/5, 17-33 u 100baseTX: FastLP)

Opakovače v 100 BaseT

• kolizní doména - zas na 64B -> při 10x větší rychlosti se zmenšuje (ale ne 10x) - omezení na délku segmentu, opakovače - složitější
• 2 druhy: Class I (Translational) - dekóduje bity, může spojit různé typy 100base. zpoždění 140 bitů, max 1/kolizní doménu
• Class II (Transparent) - nedekóduje, jen vyhlazuje signál - jen pro stejné typy. max 2/kolizní doména

Plně duplexní ethernet - předpoklady, výhody a nevýhody

• běžný - jen poloduplex - podle CSMA/CD; kabely ale umí duplex - za předpokladu mikrosegmentace, podpory všech zařízení, bez interferencí -- lze dosáhnout
• netřeba řešit kolize - už není sdílené médium --> neex. max. dosah, min. velikost rámce;
• běžné uzly větš. poloduplex, větší rozdíl u serverů a switchů
• 100baseT4 nelze - 1 směr = 3 páry, 4. sig. kolize

Gigabitový Ethernet a způsob, jakým zvyšuje svůj dosah

• 1995-8: 1000BaseX ~ 802.3z (optika, Fiber channel -- SX: 850nm laser, mnohovid, 300-550m; LX: 1300nm laser, mnoho/1vid, 550m-3km), 1000BaseT ~ 802.3ab (4 UTP kat. 5, 100m), CX ~ 802.3z (2 STP 25m) - 2linka (nový std.)
• poloduplex - zvětšuje min. velikost rámce, kvůli rozsahům koliz. domén (512B) -- Carrier Extension = vycpávky (plýtvá), Frame Bursting (dávky) / plný duplex : OK (ale jen buffered repeatery), až 1000km experimentálně
• max. 1 opakovač na koliz. doménu. 1000baseT - (4 UTP kat. 5) zpětně komp., negociace NLP/FLP; všechny 4 páry v 1 směru, MLT-4 @ 31.25

Desetigigabitový Ethernet a jeho dosah

• jen full duplex; jen fiber, max. 40km; 802.3ae - 6/2002. použití mnoho(SR,SW 850nm, 65-300m)/1vid. vláken (LR,LW 1310nm, 10km; ER,EW 1550nm, 40km) vláken v celém spektru; WWDM (LX-4) - mnohovid(850nm, 300m), 1vid. (850nm, 10km).
• vrstvy PHY pro LAN i WAN (+ WanInterfaceSublayer), serial (celé spektrum) / WWDM (wide wavelength div multiplex)

Iso-Ethernet a jeho princip

• "Isochronous" - kombinace ISDN (96xB + 1D) + 10BaseT (10+6.144Mbps) - s cílem vyjít vstříc potřebám přepojování paketů i okruhů (efektivně), spojit LAN & WAN.
• kabeláž zůstává, nové síť. prvky (TDM - 1 ISDN P = 10Mbps ethernet, + 96B; akt. prvky: kombinace Ether/ISDN); 3 režimy - ethernet only, multiservice mode, isochronous only

Power over Ethernet - základní principy

• napájení malých zařízení z ethernetu - 2003 802.3af, funguje na TX -- var. 1: pro data 2 stř. páry, 2 krajní - proud; 2: jen 2 páry, pro vše.
• 13W / 48 V max. zjišťování podpory -> bez poškození

Ethernet in the First Mile - podstata a varianty

• cíl: použití v přístupové síti to samé co je na koncích (Ethernet) - eliminace režie s propojováním, ethernet místo ATM (pro DSLAMy) a potom i místo DSL -- zvýšení dosahu
• EFMoverCopper - kompatibilní s IDSN/telef., koexistuje; min. 10Mbps/750m, 2Mbps/2700m; modulace jako DSL, rámce na fragmenty 64B, menší režie než DSL.
• EFMoverFiber - 2bod. spoje po 1vid. opt. vláknech - 100Mbps/1Gbps ~ 10km
• EFMoverPassiveNetworks - vícebodové s pasiv. rozbočením - 1Gbps ~ 20km

Metro Ethernet - cíle a záměry

• podobné jako EFM - propojení celé MAN/WAN na úrovni linkové! vrstvy, subscriber se připojuje do ethernet. sítě
• cíl: i podpora VLAN, QoS; přenos skrze MAN/WAN může být na ATM apod., ale zákazník to nevidí

  Otázky k lekci č. 5: Bezdrátový Ethernet (IEEE 802.11)

Jaký je vztah mezi bezdrátovým Ethernetem, WLAN, RLAN, HiPERLAN, IEEE 802.11 a Wi-Fi?

• pův. snaha o bezdr. ethernet, post. menší důraz na ethernet, jde o 1 variantu WLAN
• WLAN - nejobecnější, pod ním: EU (ETSI, CEPT): RadioLAN, z něho se vyvinul HiPERLAN - neujalo se; pův. úplně nekompatibilní, posl. HiPERLAN2 (2000) zal. na 802.11a;
• bezdrátový ethernet = 802.11 (US, 1997+); Wi-Fi je jenom známka, udělovaná Wi-Fi aliancí zařízením splňujícím 802.11
• 1985 FCC uvolňuje 900MHz, 2.4GHz (intl.) a 5.8GHz (US-only); '88 - 802.11 vznik, hledání řešení

Standard IEEE 802.11 (bez přípony!!), jeho řešení fyzické vrstvy

• MAC + PHY; zbytek obecně ethernetový. - MAC: 2 varianty: PointCoordinationFunction, DistributedCF (řízení přístupu AP nebo distribuovaně); PHY: FrequencyHoppingSpreadSpectrum, DSSS, DiffusedIR (v praxi se nepoužilo)
• 802.11 sám o sobě hned zastaralý -> 802.11a - 54M/s @ 5.8GHz, OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing; 802.11b - 11M/s @ 2.4GHz - DSSS only.

Architektura IEEE 802.11, režimy infrastruktury a ad-hoc

• 2bodově "ad-hoc", "peer-to-peer" x přes přístupový bod - "infrastructure" - terminály komunikují jen s AP, nikdy mezi sebou (sdílená přen. kapacita)
• přechod: no transition, BSS transition, ESS transition (roaming) - proprietární, moc nefunguje (jen novější 802.11f)

Buňky a sítě v IEEE 802.11 (BSS, ESS, BSSID, SSID)

• Basic Services Set - nejmenší prvek struktury ~ 1 buňka; 2 - víc PC které se vidí a komunikují; bez AP = "IndependentBSS" - ad hoc; častěji s AP - brána do drát. sítě (do hvězdy)
• ESS - spojení víc BSS ~ 1 síť WLAN; umožňuje přechod mezi buňkami. AP v 1 ESS mají stejný SSID, ale odlišný BSSID
• SSID - 32zn. jméno sítě (nešifr.), ESSID (rozšíření), BSSID - pro 1 BSS -- infrastructure: MAC(AP), jinak random.

Bezdrátové distribuční systémy v IEEE 802.11 (WDS, repeating WDS)

• WireslessDS = propojuje 2 drát. sítě, provoz mezi 2 AP nepřijímá žádný jiný uzel - "wireless bridge"
• Wireless Repeater = 1 uzel - běžný AP, 2. má 2 bezdr. rozhraní, k 1. se chová jako klient, k ost. jako AP -- prodlužuje dosah sítě (emuluje první - stejný MAC, SSID, šifrování)

Funkce DS v IEEE 802.11

• vzájemné propojení BSS (větš. ne IBSS) - "DistributionSystem" - na úrovni link. vrstvy ~ neviditelné, propouští broadcast (bezdr./drát)
• služby poskytované skrze AP, které jsou jeho součástí: Station Services - Authentication (WEP), Deauthentication, Privacy (šifrování), MAC service data unit delivery (přenos link. rámců); Distributed SS - Association (proti 1 AP), Reassociation (přechod mezi BSS), Disassociation, Distribution (přenos dat po DS), Integration - přenos dat mimo

MAC rámce a MAC adresy v IEEE 802.11

• 802.11 - PhyLayerConvergenceProtocol rámce (fyz. vrstva ~ indikují rychlost, zajišťují šíření signálu, synchro) + nad nimi MAC rámce
• MAC rámce: control frame (RTS/CTS), ACKnowlegment; management frames: beacon, probe (req/resp), association (req/resp), reassoc, disassoc, auth, deauth; data frames
• MAC rámce 802.3 - 2 adresy; MAC 802.11 - až 4: kvůli průchodu přes AP a DS - ACK se posílá jinam než odesílateli - odlišení - 2 bity ve frame control: ToDS, FromDS; vždy jen tolik adres kolik potřeba, fyzické na zač. (přítomny vždy), příjemce dřív než odesílatel.
• další údaje: frame control: verze protokolu, retry, power management, more data, WEP encrypted; duration, sequence control, data, CRC

Power management a beacon rámce v sítích IEEE 802.11

• omezení výkonu, vypínání - awake/sleep - nepřijímá ... musí pravidelně pollovat data; awake - čeká na další data, pokud mají následovat
• Timing Synchronization Fction; Traffic Indication Map (pro koho jsou data?)
• TSF počítá s Beacon rámci (AP/jeden z ad-hoců), pravidelně ~ 100ms, němely by se zpožďovat (jen jednotlivě); měly by přijímat i spící; obsahují TIM

  Otázky k lekci č. 6: IEEE 802.11 – II..

Doby SIFS, PIFS a DIFS v řídících metodách IEE 802.11 - k čemu slouží?

• příst. metody 802.11 - DistributedCoordFction: CSMA/CA, & RTS/CTS výměna (volitelně); PointCF - v praxi zatím není
• kolize nelze detekovat (poloduplexní vysílače) -> ACK; CSMA/CA - 0-perzistentní (random),
• čas: sloty (50μs FHSS, 20μs DSSS), ShortInterFrameSpacing - jak dlouho čeká příjemce než odešle potvrzení (10μs FHSS, 28μs DSSS), PIFS - PCF IFS - jak dlouho čeká AP než začne vysílat (= SIFS + 1 slot); DIFS - DCF IFS - jak dlouho čeká lib. odesílatel, než začne vysílat (= SIFS + 2 sloty).
• SIS < PIFS < DIFS

Fungování přístupové metody DCF CSMA/CA, se zohledněním doby DIFS

• Před vysíláním - je-li volno, čekat min. DIFS. pokud je obsazeno (nebo se obsadí) - čekat znova min. DIFS + náh. dobu (soutěž ~ contention window) - pokud někdo začne dřív, vzdá a pamatuje si kolik měl ještě čekat pro příště.
• okénko soutěže (range náh. doby) - na zač. - 7 DIFS, při kolizích zvětš. 2x, max. na 255 DIFS. kolize - detekce jedině pomocí ACK.

Fungování přístupové metody DCF CSMA/CA s RTS/CTS, se zohledněním doby DIFS a SIFS

• snaha eliminovat problémy předsunuté/skryté stanice: RTS signál s dobou vysílání, odpověď CTS taky -> všichni v dosahu odesílatele i příjemce ví že se bude vysílat, nastaví si Network Allocation Vector na dobu signálu
• SIFS ~ doba mezi RTS a CTS, mezi CTS a daty, daty a ACK. stejně negarantuje nic

Fungování přístupové metody PCF, se zohlednění dob SIFS a PIFS

• (DFWMAC-PCF) garantuje propustnost, zajištění přístupu k médiu; vyžaduje AP který vykonává řízení
• čas-> (super)rámce. každý čas. rámec má část se soutěží (s DCF) a bez ní - AP se dotazuje na data k přenesení
• AP čeká PIFS, pošle dotaz k PC1 to za SIFS začne posílat data -> po skončení čeká AP jen SIFS; pokud nezačne, čeká PIFS a ptá se PC2 atd.

Řešení fyzické vrstvy v IEEE 802.11b (DSSS)

• vysílání v širokém rozsahu frekvencí, signál nemusí být silnější než šum. FHSS -- přeskakování pseudonáhodně všude stejně, (rand. seed - v beacon) je jen v pův. 802.11 (kvůli regulacím, ty jsou už mírnější - HomeRF)
• signál o vyšší modulační rychlosti (s větší šířkou), na něj XORují data -- pseudonáh. 11bit Barker kód ("chipping code") & XOR data ~ 1/11bit. nutné znát chipping code odesílatele, ∑ -> výsl. bit.
• ortogonalita chipping codes -> odlišení přenosů (CDMA), v DSSS se nepoužívá (tam je jen pro eliminaci šumu) - všechny stanice mají STEJNÝ kód. 1Mbps - 1/11, 2Mbps - 2/11. -- 1Mchips/s, pro 5.5/11Mbps - jiný (8bit) kód, kódování ComplementaryCodeKeying. 11/8: 1.375 Mchips/s. 11Mbps - 8bit/1chip, 5.5Mbps - 4bit/1chip.

Problematika frekvencí a frekvenčních kanálů pro IEEE 802.11b, překrývání kanálů

• 1 kanál = 22MHz, EU/US - 2.400 - 2.4835 GHz, JP - do 2.497 GHz. kanály s odstupem 5MHz -> překrývají se!
• existují jen 3 nepřekrytá pásma (1,6,11 US; 1,7,13 EU) -> 3 sítě bez rušení

Řešení fyzické vrstvy v IEEE 802.11h a IEEE 802.11a (OFDM)

• 54Mbps max. - pásmo dělí na menší části ~ 10-100vky, v každé vlastní nosný signál - sousední jsou ortogonální; na každý je modulován dat. tok; může být pomalý, s odstupy symbolů
• 802.11a 20MHz pásmo -> 52subcarriers (48+4 pilotní); rychlost 250kchips/s pevně, mění se modulační rychlost/typ modulace; mezi přenášené se vkládají režijní opravné bity (ForwardErrorControl)

Srovnání IEEE 802.11h a IEEE 802.11a, vzájemné odlišnosti

• US: 5GHz volné 3 rozsahy (50mW - 1W); EU - 2 rozsahy, 2 dodatečné podmínky: DynamicFrequencySelection, TransmitPowerControl -> 802.11h. (v ČR nově od 2005 - 5.47-5.725 1W - 11kanálů/20MHz)
• oba OFDM

Antény, používané pro sítě WLAN (varianty, zisk)

• ideální - bodová anténa všesměrová (zisk 0 dBi (izotropní))
• reálná - nikdy bodová, nikdy všesměrová -- vyzařovací diagram: zisk oproti ideální pro směry (kolikrát víc)
• všesměrová (2D) - 2-6 dBi ~ 15 dBi, max. 1 km; sektorová - 30-120°, 10-20 dBi, jednotky km; směrová - 8-15°, 13 dBi+, velký dosah
• provedení - paraboly, štěrbinové, prutové, panelové atd.

Vyzařovací výkon, EIRP a omezení ve všeobecném oprávnění

• EIRP: výkon vyzářený bodovou anténou do všech směrů (abstrakt - antény nejsou bodové), Watty nebo dBm (dB miliwatt) - 0 dBm = 1 mW, 3 dBm = 2 mW, 10 dBm = 10 mW, 20 dBm = 100 mW
• výstupní(vysílací) výkon - to co jde z karty, vyzařovací (omezený) - to co jde z antény; vyzař. = vysílací - útlum kabelů + zisk antény.
• ČR: 2.4GHz - max. 100 mW; 5GHz - max. 200 mW/ max. 200 mW s TPC/ max. 1 W s TPC/DFS (802.11h).

Srovnání IEEE 802.11b a IEEE 802.11g, vzájemné odlišnosti

• b - 1999, g - 2003 - max. 54 Mbps, ve stejném pásmu; různé techniky přenosu - OFDM, DSSS a PacketBinaryConvolutionCoding (1 nosná v celém kanálu, 256 stavů); kompatibilita s 802.11b - DSSS

Možnosti dalšího zvyšování rychlostí u sítí WLAN (IEEE 802.11n, MIMO)

• 802.11n - min. 100 Mbps efektivně!, ještě není hotov (odsuny - pův. 2005/6, dnes 2008) - neshody
• proprietární: MIMO (MISO, SIMO) - víc rozhraní pro příjem/vysílání (stejné počty & šířky kanálů). využití odrazů

  Otázky k lekci č. 7: ATM, X.25 a Frame Relay

Původ ATM, jeho koncepce a celková filosofie, ATM buňky

• ze světa spojů -> spojované; snaží se vyhovět i světu PC, přijato kladně; ale komplikované & drahé -> nestalo se jediným řešením všeho (2.pokus o konvergenci); ale přežívá jako jedno z mnoha (páteřní sítě kde je QoS)
• 2. pokus o konvergenci - kde ISDN neuspělo, širokopásmové (B-ISDN nevzniklo, ATM jako jeho přenos. technologie zůstalo)
• spojované & malé bloky dat (svět spojů) x PC -> 48 bajtů/blok (kompromis) - pevná délka; + 5B hlavička; lze zpracovávat HW

Třídy služeb ATM: CBR, VBR, ABR a UBR

• UBR - unspecified bitrate = negarantuje nic; "best effort", FIFO; nepravidelnost, zahazování; např. TCP/UDP přenosy
• CBR - garantuje celou kapacitu, i zpoždění - "dat. roura", vhodné pro konst. dat. tok - ∀ n-tá buňka vyhrazená;
• VBR - garantuje tu kapacitu kterou je právě potřeba - v daném rozmezí, rezervuje se max. potřebné, pokud je část volná, možno přenechat jinému, konst. zpoždění; rt-VBR x nrt-VBR (transakční systémy) AvailableBR - garantuje urč. minimální -- lze provádět díky malé velikosti buněk
• ABR - taky konst. rozmezí, ale rezervuje se pro min., víc je poskytnuto jen je-li k disp.; řízení toku: odesílatel se dozví jestli jsou jeho požadavky plněny
• bandwidth se dělí na část pro CBR, VBR/UBR/ABR a UBR/ABR podle potřeb

Okruhy a cesty v ATM, adresy a identifkátory, rozhraní UNI a NNI

• spojovaný princip - v hlavičce jen ID okruhu (kanálu) VirtualCircuitId & ID cesty VirtualPathId -- ústředny rozhodují jen podle nich (VPI přepisují cestou!), VCI berou v úvahu jen na koncích cesty. okruhy - pevné (PermanentVC) / komutované (SwitchedVC)
• okruhy jednoduše zřizovány v ex. cestách; rychlejší směrování & obejití výpadků; nutnost ale 2 rozhraní Network-Network Interface, Network-User Interface (jiné formáty buněk -- NNI má 12bit VPI, UNI jen 8bit)

Vrstvový model ATM - problematika fyzické vrstvy, dosahovaná rychlost, adaptační vrstva

• ATM vrstva -- přenos buněk, pod ní fyz. vrstva ~ není souč. standardu; nad ní ATM Adaptation Layer -- přizpůsobení vyšším vrstvám; jen konc. uzlech, ne ústředny. není vázano na konkr. rychlost! něco mezi link. & síť. vrstvou; nespolehlivé, spojované
• předp. provozování po optice, nejč. SONET, SDH, bezdrát atd. ATM vrstva: TransmissionControlSublayer: CRC hlaviček, zarovnání do proudu dat; posílá prázdné buňky když není co; PhysicalMediumDependent sublayer -- fyz. přenos. Nejč. použití - SONET/SDH -- 155, 622, 2488, 9950 Mbps -- umožňuje jednoduché vkládání & vyjímání 64kbps kanálů.
• AAL - dělení dat do buněk, nekontroluje obsah -- hl. na výkon a rychlost; odp. transportní vrstvě (ale nad ní bývá skutečná t.v.), může detekovat chyby přenosu, řízení toku, QoS. (ConvergenceSublayer \> Segmentation & Reassembly sublayer)
• AAL - 8 možností: zpoždění, bitrate, spojovanost; vybráno 4 smysluplné -- AAL1-4; 3&4 spojeny, přidáno AAL5. AAL1 - CBR, AAL2 - rt-VBR, AAL3&4 - nrt-VBR, ABR, stream režim / režim zpráv; AAL5 - spolehlivý i nespolehlivý, stream i zprávy, ze světa PC, menší režie (8B patičky/64K), ale není poznat od koho je - nelze multicast, není poznat protokol -- řešení: VC Multiplexing, LLC/SNAP encapsulation.

Sítě X.25 - koncepce, vlastnosti, využití

• 70's ze světa spojů (ConsultativeCommite on InternationalTelegraphy & Telephony), 3 nejnižší vrstvy ISO/OSI; spojovaný (VC) & spolehlivý
• řeší připojení konc. uzlů, neřeší VDS -- předpokládá její inteligenci
• dnes překonané, korekční mechanismy - příliš silné; moc velká zátěž routerů

Frame Relay - koncepce, vlastnosti, využití, parametry CIR a EIR

• link. & fyz. vrstva; z 80's, používá se od 90's - propojování sítí (např. pobočky obch. řetězce), dnes na ústupu; spojovaný (VC), nespolehlivý; end-to-end flow control
• end-to-end už na link. vrstvě jako ATM!, přenáší link. rámce ~ max. 4K, běžně 1600B podle Ethernetu; garance kapacity podobně jako ABR (CommitedInformationRate), max. - ExtendendedInformationRate; lze garantovat i CommitedBurstSize, umožnit ExtendedBurstSize (dávky). pokud rámce překračují CIR/B_C, dostávají příznak DiscardEligibility

Podstata tag/label switchingu, možnosti implementace, MPLS

• pokus o přizpůsobení IP možnostem nižších spojovaných vrstev, aby se nehledala cesta ∀ paket
• pakety se označí tagem IP streamu, podle nějž se budou rozhodovat switche (ne podle IP!)
• MultiProtocolLabelSwitching - standard., pro lib. link. technologii (např.ATM, Frame Relay). Edge Router -- detekuje streamy, opatřuje pakety nálepkami; Label Switching Router - vnitřní prvek sítě, přepíná podle tagu; Label Switching Path -- cesta v síti pro 1 tag; Label Distribution Protocol - distribuce tagů v síti
• MPLS: IP stream == "ForwardEquivalenceClass" (nejen cesta, ale i QoS požadavky shodné); label se dává mezi link header & paket síť. vrstvy, podle technologie různý; lze zásobníkově vrstvit. obsah:( Label, CoS, Base?, TimeToLive )
• typicky: IP over MPLS, lze ale třeba i ATM over MPLS -- dost pružné, rozhodovací strategie různé.

  Otázky k lekci č. 8: POTS, ISDN, xDSL

Struktura veřejné telefonní sítě (POTS/PSTN), rozdíl mezi analogovou a digitální sítí, srovnání s ISDN

• telefon -> local loop -> ústředna; tam: přepojování (circuit switching). ústředny: hierarchie: pobočkové (PBX) /> místní (HOST) /> transitní
• analog: omezení 300-3400Hz; hovory skládany FDM, čím užší pásmo na 1 hovor, tím víc projde -> omezení přenos. rychlosti!
• digitál: mezi ústřednami skládání TDM, digitální; local loops pořád analog, A/D převodníky na ústřednách
• ISDN: TDM mezi ústřednami stejný; i local loops digitální; PCM modulace - 64Kbps (4KHz pásmo)

Datové přenosy skrze telefonní síť (analogovou i digitální) s využitím modemů

• analog: 3.1KHz bandwidth (Shannon: max. rychlost = šíř. pásma * log₂(1+odstup signál/šum )) -> 33.6 Kbps max. A/D - jen modemy na obou stranách; žádný rozdíl oproti hlas. službám
• dig.: navíc konverze A/D zpět na ústřednách (mezi nimi 64Kbps) -- externě žádný rozdíl, ale plýtvání pásmem kvůli A/D konverzím. odstraněním 1 A/D konverze (u serveru) lze dosáhnout 56Kbps/33.6 nebo 48 upstream (V.90/92)

Vlastnosti a standardy telefonních modemů, princip jejich ovládání

• max. 3.1KHz -> V.34 ~ 33.6 Kbps (o něco víc), analogově proti JEN dig. ústřednám - V.90 ~ 56Kbps, V.92 ještě 48Kbps upstream & quick connect (liší se server/klient modemy); externí/interní atd.,
• ovládání : ATtention příkazy, 2 režimy (command/data) ATDP0,123456 - vytočení čísla; programovatelné, profily
• komprese, korekce chyb - zabudované; přizpůsobení; komprese MNP5, V.42 bis, V.44 (8:1 - WWW)

Síť ISDN - koncepce, kanály, přípojky PRI a BRI, připojování koncových zařízení

• IntegratedServicesDigitalNetwork plně dig.; představa integrace služeb, 1984, jednotnosti; kanály B - základ (64Kbps); přípojky účastníků: A-analog 4KHz, B-dig.64Kbps, C-dig.8/16Kbps, D-dig.16/64Kbps signalizace
• kombinace kanálů: Basic(2B+1D), Primary (23B+1D), Hybrid (1A+1C); Basic -- domácnosti, 198Kbps, předp. využití local loops; max. 8 zař./1 přípojka, 2 mohou komunikovat souč., víc tel. čísel (MultipleSubscriberNo);
• ISDN BasicRateInterface - PBX: telef. síť -> local loop: U -> NT1 (network terminal) -> T -> NT2 (PBX) -> S, TA-> R (dig/analog); bez PBX: síť -> U -> NT1 (sběrnice pro 8 zař. & 2 páry vodičů) -> S/T -> dig./ -> TerminalAdaptor -> R analog.
• PRI - 23B+1D (T1 1.5Mbps) / EU: 30B+1D (E1 - 2Mbps); sdružování kanálů (ale nejde donekonečna); stejné jako BRI s PBX; ústředna = NT2, link & síť. vrstva; hl. pro firemní ústředny, ISP - modemová pole

Princip nasazení technologií xDSL na místní smyčky a jejich využití pro datové přenosy, koexistence s hlasovými přenosy

• využití nadhovorového pásma u LL -> souč. přenos i hlasu; spec. modemy; hodně variant (ADSL - nadhovorové, SinglepairHighbitrateDSL - celé pásmo, symetrické). dat. tok odkloněn před vstupem do ústředny (telef. síť by nepřenesla);
• hovor./nadhovor. pásmo mohou mít jiní operátoři, koexistence i s ISDN. oddělení - splitter (FDM)

ADSL a její nasazení - DSLAMy, splittery, modulace, rychlosti

• ADSL max. 6-8Mbps down, 600-800Kbps up. Annex A - od 6. subkanálu (25KHz), B - od 32. (138KHz) (s ISDN); do 255 (1104KHz). rychlost závisí na vzdál. od ústředny (teor. max. 8 km, bez měření 3.8 km), max 8/1Mbps; na rušení, přesleších.
• DiscreteMultiTone - subkanály, ∀ 4.3125 kHz, v každém 1 nosná (4 kBaud), na ní modulována data 6.5-50 Kbps - QAM, na nižších kmitočtech větší odstup signál/šum -> lepší rychlost; druh OFDM
• DSLAccessMultiplexer - před ústřednou do internetu (oddělené splittery i před ústřednou)

Institut zpřístupnění místní smyčky (LLU) a možnosti jeho využití, plný a sdílený přístup)

• LL patří inkumbentovi (ČTc), budování nových nemá smysl -> sdílení (není tech. problém, jen konkurenční) - řešení - pronájem: na úrovni "holé mědi" - osadí vl. technikou.
• SUALL - sdílený přístup k metalickému vedení (shared access to the local loop) - jen nadhovor. pásmo => zák. platí dvěma firmám; FUALL - plný přístup k m.v. - pronájem celé smyčky => zákazník platí jen alt. operátorovi.
• dobrovolně se to nestane -> nutné zásahu regulátora / zákona (ČR: 255/2003Sb, stanovené ceny)

Bitstream - podstata a srovnání s LLU a xDSL

• LLU - holá měď, vl. technika - DSLAMy, modemy - "kolokace" (ceny nereg.); bitstream - technologii dělá inkumbent, alt. op. si pronajímá (izochronní) přenos bitů (fyz. vrstvu), sám staví vl. služby na tím

Mechanismus volby operátora - princip a možnosti využití

• předp. že LL má furt inkumbent, přenos stř. části hovoru je v režii alt. op., končí zas u inkumbenta
• zpoplatnění v ČR: za provoz sítě ČTc, za hovory alt. operátorovi (jenom!) - ten část dá ČTc
• krátká předvolba: CarrierSelection - pro každý hovor prefix (ČR 1.7.2002); CarrierPreSelection - předem daný operátor, lze overridovat pomocí CS (ČR 2003)

  Otázky k lekci č. 9: "drátový" broadband

Jaká jsou možná vymezení broadbandu? Jaké další aspekty souvisí s jeho definicí? Např. symetrie, efektivní rychlost atd.

• "dost rychlé" / bez úzkého hrdla (neomezující); vágní, někde se nesnaží stanovit hranici, eČesko (státní inform. & kom. politika): obecná (neomezující časem, předmětem) & upřesňující (256Kbps min./2005) - ale už neříká kolika uživatelům najednou!
• "širokopásmový" - nepřesné (EU), šířka = využití, ne efekt (rychlost), alt. - dig. šířka pásma = rychlost.; "vysokorychlostní" - lepší - def. v ČR.
• drátovost: wired: využití ex. techniky (xDSL, DOCSIS, elektrika), wireless: UMTS, Wi-Fi/WiMAX, FWA/WLL; DVB (broadcast)
• symetrie: musí být? - pro co je hranice rychlosti? WWW x FTP x VoIP
• nominální rychlost: teoretická (přenos 1 bitu), bez režie, efektu agregace; efektivní - skutečný pocit ~ 40-90%. rozdíl: míra agregace, počet zákazníků, cena, kvalita, chování lidí, FUP

Agregace a její vliv na broadband, problematika Fair Use Policy

• zákazníci nevyužívají furt -> využití sdílení kapacity, sloučení víc do společné; poměr 1:n - ∑ vstupů / n = výstup; "overbooking"; zlevňuje, ale může zhoršit služby (od urč. poměru - zál. na char. služby i zákazníků, jejich počtu) - zlomová hodnota
• domácnosti ~ až 1:50 (ale občas nestačí), firmy ~ 1:5-1:20, 1:1 - provideři kteří už mají agregované
• problém stanovení míry agregace - odhad chování - stahovači -> přinucení k chování "normálním" způsobem: tech. opatření (priority, rychlost), restrikce (ufiknutí), penalizace (placení navíc) -- dohromady "FUP"
• limit: za různé období, různě UP/DOWN; často definován nejasně; FUP může brzdit rozvoj obsahových služeb -> i ISP samotné

ADSL a střední míle: DSLAMy a jejich napojení na BRAS (SSG/SSD), PPPoA

• ADSL std. pokrývá jen ATU-R (modem), ATU-C (DSLAM) - multiplexor - návaznost na dat. sítě (mimo tel. síť)
• z DSLAMu - sdílený spoj, pomocí PPP logicky 2-bodové až na BroadbandRemoteAccessServer (agregační směrovač & přístupový server)
• mezi ATU-R a BRAS - PVC nad ATM - protokol PPP pro přenos IP paketů; PPP rámce se vkládají do AAL5 a ATM buněk - PPPoA
• BRAS: autentizace, poskytnutí konfig. údajů (IP adresa, rychlost, kvalita ..), agregace, prioritizace; může sloužit k výběru ISP pro přístup, chráněného/placeného prostoru; může sloužit jako ServiceSelectionGateway (přepínač služeb), ServiceSelectionDashboard (web-systém kde si už. vybírá službu)
• další varianty - tunelování Layer2TunnellingProtocol-em přes BRAS až k ISP; PPPoE - přenos nad Ethernetem - lze protáhnout přímo ke konc. počítači za ATU-R; DSLAMY pův. spojené ATM, dnes přechod k IP.

ADSL2 a ADSL2+

• ADSL2 - stejné pásmo, ale o 50kbps a 180 m víc; lepší kódování & modulace, proměnná délka rámce (komprese hlavičky), standby mode; lepší přizpůsobení šumu, rychlejší start; podpora CVoDSL; AllDigitalMode - pro až 2 Mbps upstream (celé pásmo)
• 2+ - pro IPTV a další - využití vyšších frekvencí - až do 2.208 MHz - až 25Mbps downstream (1.5km, jinak 12-16Mbps), nadhovor/vše; jinak stejné jako ADSL2

Symetrické varianty xDSL technologií

• lepší pro firmy (větší upload/VoIP) - SymmetricDSL - staré, proprietární, USA; HighbitrateDSL - staré, pro PBX - 1.54Mbps(USA)/2Mbps(EU), celé pásmo, 2-3 2linky; HDSL-2 - stačí 1 smyčka
• SymmetricHighbitrateDSL = SinglepairHighspeedDSL - první intntl. standard; 192Kbps-2.3Mbps (na 1 smyčce), dosah 3km; lze spojovat linky, používat opakovače na vedení; vylepšení pro USA - až 5.7Mbps
• vždy využívá CELÉ pásmo!

Možnosti řešení hlasu v přístupových sítích (VOIP, VoATM, CVoDSL)

• hlas a data samostatně - hovorové & nadhovor. pásmo; hlas pod VoIP - nad ADSL (bez spec. podpory od ADSL, bez QoS)
• VoATM - DSL neví o hlasu, ten se vkládá do AAL2/ATM rámců; podpora oproti běžným AAL5 datům
• ChannelizedVoiceOverDSL - digitalizovaný hlas (PCM) se přenáší v někt. DSL kanálech, zbytek pro data

Optika v přístupových sítích, varianty FTTH

• optika - větší potenciál, ale drahá -> kompromis, optiku co nejdále / zvl. případ - až k uživateli.
• pouze optika: FTTHome, FTTAppartment, Office, Subscriber; na konci OpticalNetworkTermination
• opt + metal: zač. - OpticalLineTermination (stejné), konec: OpticalNetworkUnit - převod opt.->drát; FTTExchange (ústředna), FTTCurb/FTTNeibourghood, FTTBuilding/Basement/Cabinet.

Sítě PON a jejich řešení (APON, BPON, GPON a EPON)

• opt. síť - buď s pasivními, nebo i s akt. prvky (huby)(nákladné) -> Passive Optical Network - pro přístup. sítě stačí; metal. část nesmí optiku moc brzdit -> použití VDSL (ta jde i samostatně, na krátkou vzdál.)
• úkol: rozvést k ONU/ONT; vlnový (WPON - λ ∀ příst. bod)/ časový multiplex (TDM/TDMA pro upstream). downstream = broadcast - každý vidí vše, oddělení - šifrováním
• AtmPON=BroadbandPON - nad ATM, 155/622Mbps; nabízí Ethernet, video; GigabitPON - stejné, jen rychlejší; EthernetPON - základem přenosu je ethernet (802.3ah)

Technologie VDSL a možnosti jejího nasazení v přístupových sítích

• VeryHighspeedDSL: nejrychlejší, sym/asym; až 52Mbps down; menší dosah - 300m; využití pásma 200kHz až 30MHz, dokáže koexistovat s telef./ISDN (52/6.4, 26/26Mbps na 300m, 26/3.2, 13/13 na 1km ...)
• nasazení s pomocí FTTC

Rozvody kabelové TV a dnešní kabelové sítě HFC, problematika zpětného kanálu

• pův. - rozvod do míst se špatným příjmem - CommunityAntenna, jednosměrné; pozd. specif. vysílání, hl. domácnosti; koax.; post. zvětšování, zhušťování, hybrid fiber-coax.
• HFC - head end -> optické huby (1st/2nd..) -> optický uzel (přechod na metal) -> distrib. zesilovač -> TV. furt jednosměrné, 2 směry -> úprava všech prvků, head end = cable modem termination system, konec = cable modem

Přenosy dat v kabelových sítích, DOCSIS a euroDOCSIS

• ∀ CMTS má pod sebou skupinu modemů - 1 segment, sdílejí kapacitu; mezi modemy a CMTS - síť podle std. DataOverCableServiceInterfaceSpec.
• DOCSIS1.0 (1997) - kanály 6MHz(US)/8MHz(euroDOCSIS), FDM; někt. - jednosměrná televize; dopředný směr k modemu - 108-862MHz (39-57Mbps/kanál), zpětný - užší kanály (5-65MHz), 10Mbps - asymetricky. kapacita - sdílená, lze uživ. snižovat rychlost, zvyšovat dostupnost zmenšením počtu modemů/použitím více kanálů
• DOCSIS1.1 (1999) - QoS; DOCSIS2.0 - 35Mbps upstream, zabezpečení, reálný čas; DOCSIS3.0 - připravovaný (IP, IPv6, channel bonding)

  Otázky k lekci č. 10: mobilní komunikace

Generace mobilních sítí a způsob, jakým hospodaří s přiděleným frekvenčním spektrem, techniky FDD a TDD

• 1947 1. síť AT&T, Southwestern Bell (MobileRadioTelephoneService) - 150MHz, zónový princip; 1969 - 1. buňková síť - Bell System - 450 MHz, z vlaku NYC-Washington; 1973 - 1. mobil - M.Cooper, Motorola
• 1G - analog: FDM/FDD, celé kanály pro 1 hovor; AdvancedMobilePhoneService 800MHz (US), NordicMT 450MHz (EU) - 25 kHz/kanál, TotalAccessControlSystem 900MHz (upravený AMPS, GB); ČR 1991 Eurotel NMT
• 2G - digitální: TDM/TDD, TDM/FDD - jen části kanálů pro hovory; GSM (EU 900/1800MHz, US 1900MHz) FDMA/TDMA, CDMA,D-PAMS(USA), PDC(JP)
• 2.5G - + GPRS, HSCSD, EDGE
• 3G - UMTS - víc dat, nejen hlas.
• frekvence - lic. pásma -> málo -> buňkový princip, struktura proměnná, zahušťuje se dle potřeby -> frekvenční plánování
• FDDuplexing - každý směr jiná frekvence (analog), TDDuplex - střídání v čase

Architektura GSM sítě (BTS, BSC, MSC, …) a její registry (HLR, VLR, …)

• TDMA rámce: 8 timeslots, 217Hz, 26 jich tvoří 1 multirámec (24 využito); vysílání up/down o 3 timesloty od sebe (+ na jiném kanále: FDD); hlas - PCM 13bit/8kHz, komprese na 13kbps RPE/LTP, korekce atd. 22.8kbps; burst 2x57 bit data + 26 training + režie (156.25bit)
• buňky, v 1 BaseTransceiverStation; několik BTS je napojeno na 1 BaseStationController; páteřní síť řídí MobileSwitchingCentre - ústředna, ta ovládá BCS a skrz ně BTS. BTS -> BaseStationSubsystem. Propojení s ost. sítěmi: GatewayMSC
• HomeLocationRegister - info o uživatelích sítě, info kde je mobil; každý účastník vždy jen v 1 HLR; AuC - authentication center - souč. HLR. Může být sdílen více MSC
• VisitorLocationRegister - obvykle 1x pro MSC - údaje o uživ. v dosahu MSC, včetně roamingu; cache pro HLR
• Operation & Maintenance Center, Network Management Center, Administrative Center

Identifikace terminálů v GSM síti (SIM karty, identifikátory IMEI a IMSI, MSISDN, registry HLR, EIR ...)

• EquipmentIdentityRegister - blacklist, whitelist, greylist mobilů; spolupracuje s AuC
• IntntlMobileEquipmentIdentity - 15místné, každý mobil, nemělo by se dát změnit; TypeApprovalCode + FinalAssemblyCode (výrobce) + SerialNumber
• SubscriberIdentityModule - uživatel -> jeho operátor, služby; obs. IntntlMobileSubscriberIdentity: MobileCountryCode + MobileNetworkCode + MobileSubscriberIdNumber
• MobileSubscriberISDNnumber - ČR - 12čísel - telef. číslo, uchovává se v HLR, vztaženo k IMSI
• identifikace: mobil dá síti IMEI a IMSI -> EIR zkontroluje IMEI, HLR zjistí MSISDN, zapamatuje polohu, předá do VLR. AuC - vyšle do mobilu náh. číslo, podle návr. hodnoty identifikuje SIM; VLR přidělí podle údajů z AuC/HLR dočasné TMSI (pro pobyt v dosahu VLR/MSC)

GSM a možnosti přenosu dat (CSD a HSCSD), kapacita na timeslot, třídy

• hlas = data; 33.8 kbps/slot - vč. režie, 22.8 - s kontrolou chyb, 13 čistý; CSD - data se přenáší stejně jako hlas po 2-bodovém spoji 9.6/14.4 kbps (O2) - míň opravných kódů, dál od BTS horší
• HSCSD - channel bundling, nevyžaduje změnu HW sítě, stačí SW (jen O2), prioritně mezi hlasem a GPRS
• GPRS na principu přepojování paketů - když nepřenáší, nežere timesloty -> trvalé připojení, levnější; best-effort (obvykle operátor v 1 TDMA rámci dá 1-2 na GPRS); vyžaduje zásahy do sítě (GprsSupportNode k MSC), SW upgrade BTS/BSC; nové kódování dat, QoS.

GPRS - způsob začlenění do sítě GSM, GGSN a SGSN

• GPRSRegister - obvykle v HLR, data ke GPRS;
• ServingGSN (GprsSupportNode) - na stejné úrovni jako MSC, napojen na BSC datovým spojem (FrameRelay), může jich být víc, získává údaje od GR, vede evidenci kde je mobil, překládá adresy, přenáší data k BSC
• GatewayGSN - vazba na externí dat. sítě, spojen ven a s SGSN - pomocí IP spoje, po něm se data ze SGSN tunelují GPRS Tunelling protocolem

GPRS a jeho fungování (kódovací schémata, třídy, attach/detach, APN)

• CS-1 až 4 - dělení hrubých 22.8 mezi zabezpečení a data; vyšší schéma chce lepší podmínky; mobil si volí sám (i podle nabídky sítě) CS1 - 9kbps -> 13.4 -> 15.6 -> CS4 - 21.4kbps
• třídy: podle využití timeslotů: 1: up1/down1/max2; 4: 3/1/4, 8:4/1/5, 10:4/2/5 atp.
• GPRS-attach: přihlášení do sítě (proti SGSN: ověření, zkopírování údajů, přidělení Packet-Temporal MSI), odhlášení - detach
• pro komunikaci: PacketDataProtocol context: adresa (obvykle IP), param. QoS atp. - uchovává se v mobilu, SGSN a GGSN. 1 už. - i víc PDP kontextů
• std. využití - spojení 2 GPRS modemů; přístup do internetu - AccessPointName - příst. bod, stanovuje parametry spojení, IP, NAT, QoS; operátor může mít víc APN s různými podmínkami

EGPRS/EDGE - odlišnosti od GPRS, vlastnosti a přínosy, kódovací schémata

• EGPRS - mění rádiovou část komunikace, nový způsob kódování -> 8stav. fáz. modulace -> 3x větší rychlost; nová kódovací schémata (4x s pův. 2stav. modulací, 5x s novou) MCS 1-9; nutný upgrade HW BTS. dyn. volba schémat - podle propustnosti, chyb (link adaptation, incremental redundancy). MCS-9: 59.2 -> 5:22.4 -> 4:17.6 -> 1:8.8kbps
• EDGE (Enhaced Data Rate for GSM Evolution) - obecnější, týká se i HSCSD; v ČR jen EGPRS = EDGE
• pořád velká latence: 500-800 ms -> IP telefonie nelze; prakt. rychlosti - GPRS cca 25-30Kbps (85 teor. pro 4 TS); EDGE cca 90 (240 teor. pro 4 timesloty)

UMA - princip, možnosti využití a implementace

• Unlicenced Mobile Access - snaha o využití bezlicenčních frekvencí k pokrytí; skrze dostupné technologie (WiFi, Bluetooth, WiMAX), s pomocí zařízení v majetku operátora; když je mobil v dosahu stanice s bezlicenčním pásmem, měl by ho použít -> nový prvek: UMA Network Controller (BSC pro zákl. stanice v bezlicenčním pásmu) - ten napojen na MSC

  Otázky k lekci č. 11: bezdrátový broadband

Důvody vzniku technologie Bluetooth, požadavky kladené na tuto technologii a její další vývoj

• Personal Operating Space; 1994 Ericsson -> Bluetooth SIG, 2001: provoz, 2004 v2.0; - snaha o náhradu kabelů na krátkou vzdálenost, šikovnější alt. k IrDA; PC/mobil/PDA periferie, ad-hoc; bridging (PC->mobil->net)
• pož. bezlicenčnost -> snadné nasazení; odolnost proti rušení; nízká spotřeba, malé rozměry, cena; podpora dat i hlasu, peer-to-peer komunikace bez AP; inspirováno IEEE 802.11
• 2.0 - až 3Mbps (2.1Mbps ef.), šetření energií; 2.1 - další šetření, bezpečnost; další: broadcast, akt. správa topologie, alt. řešení přenosu dat -> v3.0 (+UWB)

Princip fungování technologie Bluetooth, piconety a scatternety, režimy SCO a ACL

• 2.4GHz, 79 kanálů à 1MHz; FHSS, TDD pro obousměrnost; class 1-3 (100m -> 1m), úspora: hold mode (jen hlas), sniff mode (nemá AMA, budí se sám), parked mode (budí master)
• SynchronousConnectionOriented - "voice link" - 64kbps duplexní 2-bod. spoj, přepoj. okruhů (handsfree)
• AsynchronousConnectionLess - "data link" - 433kbps sym. / 723/57kbsp asym., přepoj. paketů, point-to-point / multipoint; bez režie 1Mbps
• piconet = nejm. síť sjednocená na stejné posl. frekvencí; 1 master (určuje hopping) + 7 active slave (3-bit ActiveMemberAddress) + další (parked/sniff)
• scatternet = spojení několika piconetů (přes membery)
• 1600 hopů/sec. ~ 1 timeslot, data se přenáší v 1/3/5 timeslotech, při přenosu se neskáče & pak skočí víc; střídání druhů provozu

Princip fungování technologie UWB a její vztah k technologii Bluetooth

• využití velké šířky pásma, i v lic. oblastech, ale tak slabě aby nerušilo; USA 3.1-10.6MHz (2004), EU 4-6MHz (2007) -42.3dBm/MHz.
• použití pro BT3.0 (varianta WiMEDIA); modulace: četnost pulzů, velikost pulzů atd.; 480 Mbps

Základní principy technologie WiMAX a její srovnání s Wi-Fi

• WorldWide Interoperability for Microwave Access IEEE 802.16 - bezdrát pro poslední míli, konkurence kablu a DSL (WMAN, narozdíl od WiFi - WLAN), použití v licenčním pásmu (ale ne vždy); pro providery, ne uživatele
• víc tech., společné: centralizované řízení, spojovaný způsob (SubscriberStation & BS) - přidělení kanálu, QoS
• fixed: OFDM, 256 nosných, FDD nebo TDD; mobile: Scalable Orthogonal DMA - až 2048 nosných, různé kódování (64 QAM), TDD, MIMO
• MAC: šifrování, přizpůsobení, řízení komunikace, šetření energií; QoS - flexibilita, vše rozhoduje BS, třídy QoS UnsolicitedGrantService (T1,E1) -> BestEffort

Vývoj WiMAXu (včetně pevného a mobilního WiMAXu)

• IEEE 802.16 1999, 1. std. 2002 - 10-66GHz (atm. podmínky) -> neprosadil se, nutná viditelnost, až 134Mbps/až 5km.
• 2003: 802.16a jiné parametry; 2004 - IEEE 802.16d - 2-11GHz (bez LOS), až 48km (ef. 8), až 75Mbps ("fixed")
• 2005/6: 802.16e lic. pásma do 6GHz, 30 Mbps, bez LOS, mobilita do 150km/h (ef. 60km/h); handover, řeší komunikaci za pohybu ("mobile"), 1.25 až 20 MHz kanál

Standardizace a certifikace WiMAXu

• std. - IEEE 802.16
• nezávislá org. WiMAX Forum - "conformance" & "interoperability" -> nálepka "WiMAX Forum Certified", jiná označení nevypovídají o ničem; dlouho neexistovalo (do 2006) nez. testování; jen někt. řešení pro WiMAX
• je víc technologií dohromady (už kvůli různým pásmům), nekompatibilní -> profily, proti nimž se certifikuje.
• vlny certifikace: testy různých fčností: Air Protocol, Outdoor Services, Indoor pro fixed (2006); Portable services, Mobile services pro mobile (2007)

Scénaře možného nasazení technologie WiMAX

• použití - backhaul ~ připojení (např. Wi-Fi hotspotů) k páteř. síti; připojení koncové sítě LAN - proti DSL; připojení nomadického už., mobilního už. - mobilní WiMAX
• možnost garantovaní, na rozdíl od Wi-Fi, fixní i mobilní; zař. s vnějšími i integrovanými anténami

Technologie WiBRO

• příbuzné WiMAXu, v Jižní Koreji v komerč. provozu od 6/2006; 30-50Mbps, 120km/h mobilita, 1-5 km dosah; využití - hlas, data, TV
• podle WiMAX fóra jde o implementaci WiMAXu - jeden jeho profil (nad 802.16e)

Technologie IEEE 802.20 a její vztah k mobilnímu WiMAXu

• MBWA (MobileFi) - konkurence pro 2.5G a 3G telef. sítě; na WiMAXu nezávislé (vznik už 2002), práce moc nepokračují
• použití pásma pod 3.5GHz, Non-LOS, TDD & FDD, OFDMA (možná CDMA), 1Mbps/300kbps, přepojování paketů, IP-based; kanál ~ 1.25MHz; mobilita do 250 km/h

Technologie IEEE 802.22 a její přístup k využití frekvenčního spektra

• WirelessRegionalAreaNetworks - větší než WMAN; nejnovější prac. skupina IEEE (2004), využití UHF volných kanálů TV (54-862MHz) - "frekvenční oportunismus"
• cíl: 19Mbps/30km, "cognitive radio" - nemá danou frekvenci a další parametry, samo akt. volí podle zjišťované situace; point-to-multipoint

Vývoj mobilních technologií 3G, v rámci ITU, 3GPP a 3GPP2 (základní přehled)

• ITU (mezinár. telk. unie) - projekt IMT2000 - hodně pomalý -> '98 vznik 3GPP pro urychlení - vývoj WCDMA & odvozených; 3GPP2 - '99 -> pro CDMA2000 & EV-DO/DV
• 1G: FDMA, EU: NMT, US: AMPS, hlas
• 2G: TDMA & CDMA, EU: GSM, US: CDMA one, hlas
• 2.5G: TDMA & CDMA, EU: HSCSD, GPRS, EDGE, US: CDMA2000, data nad hlas. sítí
• 3G: CDMA, EU: WCDMA, HSDPA, HSUPA, US: 1xEV-DV, 1xEV-DO, 3xRTT, Čína: TD-SCDMA, data i hlas
• 4G: OFDMA, EU: LTE, US: UMB, svět počítačů: WiMAX, MBWA, hlavně data

Technologie UMTS (včetně WCDMA, HSDPA, HSUPA, LTE)

• UniversalMobileTelecommunicationsSystem - ozn. pro evropskou verzi 3G (ETSI -> 3GPP)
• UmtsTerrestrialRadioAccessNet - 5MHz kanály - "W-CDMA", FDD -> párové pásmo, jinak stejná síť jako 2G (BTS = Node B, BCS = Radio network controller), v ČR Eurotel (T-Mobile: TDD); 384Kbps ideálně (pův. chtěli 2Mbps)
• HighSpeedDown/UplinkPacketAccess - v 3GPP release 5/6, upgrade pro UMTS aby dosáh fakt 2Mbps (ČR-HSDPA - Eurotel UMTS, HSUPA není)
• HSPA+ - další vylepšení (42/11Mbps), snaha vyždímat CDMA před přejitím na OFDMA, MIMO, paket. přenos
• LongTermEvolution - další vývoj UMTS - prototypy, cíl: down 100Mbps, up 10Mbps, ping 10ms, užití různě širokých kanálů; přechod na OFDMA, MIMO (3GPP Release 8)

Technologie CDMA2000 a jejich vývoj

• nástupce cdmaOne 2G -> 3G; kanály 1.25MHz; standard 3GPP2; down-307kbps, up-153kbps; fakticky spíš 2.5G
• CDMA2000 1xEV-DO: evolution data only/optimized; služby jen nad IP, s QoS (2.4-4.9Mbps/153kbps-1.25Mbps podle revize); ČR - O2, U:fon
• EV-DV - data & voice, pro nezájem zastaveno; 3xRTT - snaha o využití širších kanálů - až 5MHz (až 9.3Mbps down)
• UltraMobileBroadband - vylepšení CDMA2000 pro 4G broadband -- 275Mbps down/75Mbps up; OFDMA, FDD, MIMO, různě široké kanály (2009)