Geniş Alan Ağları-Devre Anahtarlama

Şimdiye kadarki derslerde, işaretlerin iletimi, kodlanması, noktadan noktaya iletişim üzerinde durduk. Ancak haberleşen aygıtlar çoğunlukla doğrudan bağlanmayıp bir ağ üzerinden bağlanırlar. Şimdi daha kapsamlı olarak ağ yapılarını inceleyeceğiz.

Bağlantılı Ağ• Bağlantılı bir ağ birbirleri ile hatlarla bağlanmış

ve birbirleriyle tek bir bağlantıyı kullanarak doğrudan yada diğerleri aracılığıyla birden fazla bağlantı kullanarak haberleşen aygıtlardan oluşur

•A ve B doğrudan bağlantılı

•A ve D dolaylı bağlantılı

• Ağ yapılarını iki farklı düzeye ayırırız• Yerel alan ağları• Geniş alan ağları

Anahtarlamalı Ağlar• Uzun mesafe haberleşmesi tipik olarak anahtarlama

noktalarından oluşan ağlar üzerinden yapılır• Anahtarlama noktaları verini içeriği ile ilgilenmez• Kullanıcıların biribirleriyle haberleştiği uç birim

aygıtları istasyon olarak isimlendirilir (Bilgisayar, terminal, telefon, vs.)

• Anahtarlama noktaları ve bağlantıların oluşturduğu topluluğa haberleşme ağı adı verilir.• Veri, ağ üzerinde, bir anahtarlama noktasından

diğerine anahtarlanarak yönlendirilir

Anahtarlama Noktaları• Anahtarlama noktaları, yalnızca diğer noktalara bağlı

olabileceği gibi, istasyonlar ve diğer anahtarlama noktalarına da bağlı olabilir.

• Anahtarlama noktaları arasındaki bağlantılar genellikle çoğullanmıştır (trunk).

• Haberleşme ağları genellikle tam bağlı değildir.• Kısmi bağlantılıdır• Bazı fazla bağlantılar, ağın güvenilirliği için gereklidir.

• İki temel anahtarlama teknolojisi kullanılır• Devre anahtarlama• Paket anaktarlama

Anahtarlamalı Ağ Örneği

Devre Anahtarlama• İki istasyon arasına, bu bağlantı için ayrılmış haberleşme yolu

• Bağlanan hatlar, bir çok anahtarlama noktası üzerinden geçer• Devre anahtarlama üç evreden oluşur.

• Devre kurulması• Yol üzerindeki her bir noktada boş bir kanal ayrılmalıdır.

• Veri transferi• Veri , ağ yapısına bağlı olarak analog veya sayısal olabilir• Ses ve verinin sayısal iletimi ağırlıklıdır• Tipik olarak, çift yönlüdür

• Devrenin sonlandırılması• Haberleşen istasyonlardan herhangi birinin isteği ile• Ayrılmış kaynaklar, boşaltılır

• Ağ, bağlantıyı kurabilmek için, yeterli derecede anahtarlama ve kanal kapasitesine sahip olmalıdır.

• Ayrıca, Yönlendirme yapabilmek için akıllı bir yapıda olmalıdır.

Devre Anahtarlama uygulamaları• İlk olarak ses haberleşmesi amacıyla geliştirildi,

ancak günümüzde veri haberleşmesi için sıklıkla kullanılır

• En çok bilinen örneği PSTN dir.• Modemler aracılığıyla oldukça fazla veri trafiği taşır• Adım adım, bir veri şebekesine doğru dönüşmektedir.

• Bir diğer örnek ise özel şirket santralleridir (PBX)• Bağlantı sağlandığında , ağ şeffaf olur

• Bağlantılar için sabit bir gecikme oluşturur• Gecikme minimum dur.• Sabit akışlı bir trafik yaratan, karşılıklı ses ve görüntü

iletişimi uygulamaları için idealdir

Devre Anahtarlama dezavantajları• Verimsiz

• Kanal kapasitesi, kullanılsın yada kullanılmasın bağlantı süresince ayrılmıştır

• Gönderecek veri yoksa bağlantı boşa gider• Özellikle ani yüksek kapasiteli veri iletimi için

problemlidir.• Bağlantı süresi zaman alır

• Kısa süreli karşılıklı bilgilendirme verileri için, etkin bir bağlantı sağlanması zordur.

Telekom ağı bileşenleri• Abone

• Ağa bağlı kullanıcı aygıtlarıdır• Yerel çevrim (abone çevrimi)

• Ağa bağlantı sağlar• Tipik bağlantı şekli bükülü kablodur

• Santraller• Ağın anahtarlama merkezleridir• Uç santraller (End office, local exchange, co) abone

bağlantılarını destekler• Trunk’lar

• santraller (anahtarlar) arasındaki kollardır• Hemen hemen daima çoğullanmıştır

Kamusal devre anahtarlamalı ağ örneği

Bağlantı kurulması

Devre Anahtarlama Kavramları• Sayısal anahtarın rolü

• Bağlanmış herhangi iki aygıt arasında , şeffaf bir bağlantı sağlar

• Üç ana anahtarlama bileşeni vardır.• Ağ arayüzü• Kontrol birimi• Anahtarlama birimi (matrisi)

• Ağ arayüzü• Aboneleri sayısal anahtara bağlayan donanım ve fonksiyonlar• İşaretleri sayısallaştırmak için gerekli donanım • Anahtarlama noktalarını birbirine bağlamak için Trunk arayüzleri

• Kontrol birimi• Bağlantıları sağlar

• Genelde abonenin isteği üzerine• İstemleri bilgilendirir ve işler• Hedef istasyonun meşguliyetini algılama• Anahtar üzerinden bir yol oluşturma

• Ana Bağlantı• İstenildiğinde bağlantıyı sonlandırma• Diğer yönetim ve izleme fonksiyonlarını sağlama

• Anahtarlama yapısı (daha sonraki slaytlarda incelenecek)

Bloke olan yada Bloke olmayan• Sayısal anahtarların iki önemli özelliğidir

• Veri haberleşmesinin trafik hesaplarındaki olasılık yöntemlere dayalı olarak belirlenir

• Bloke-olabilen• Bir anahtar yada ağda bütün yolların dolu olmasından dolayı

bağlantı sağlanamamasıdır• Bloke olabilen sistemler bu duruma izin verir.• Ses iletişiminde (çağrıların nispeten kısa olması) tüm hatların

aynı anda kullanımda olması olasılığı çok düşük olduğundan tercih edilir.

• Bloke-olmayan• Bütün istasyonların (karşılıklı olarak) aynı anda bağlanmasına

izin verir• Bazı veri uygulamalarında kullanılır – Veri haberleşmesi

genellikle ses haberleşmesine göre daha uzun sürelidir.

Uzay bölmeli anahtarlama• İki temel anahtarlama tekniğinden biridir

• Analog ortamlar için geliştirilmiştir. Ancak sayısal veride taşıyabilir.

• Kullanımı giderek azalmaktadır• Bağlantılar için ayrı fiziksel bağlantı yolları kurar• Temel birimi crossbar anahtar dır.

• Crossbar anahtarlama matrisi• Kesisen nokta sayısı, haberleşen istasyon sayısının karesiyle

artar• Yeterli kesişen nokta olmaması bağlantıyı engeller.• Kesişen noktalar verimsiz kullanılır.

• Tüm istasyonlar bağlandığında, küçük miktardaki kesişin nokta kullanılır.

• Bloke olmaz

Crossbar Switching Matrix

Giriş Hatları

Çıkış hatları

Çok-katlı anahtarlama

• Tek bir Crossbar anahtarlama matrisinin deavantajlarını ortadan kaldırmak için, çok-katlı anahtarlar geliştirilmiştir

• Çok katlı anahtarlamanın özellikleri• Kesişen noktaların sayısı azaltılmıştır• Ağ boyunca birden fazla yol, ağın güvenilirliğini artırır• Daha karmaşık bir kontrol yapısı vardır• Maliyeti azaltmak için tipik olarak bloke-olan yada

bloke-olmayan a yakın mimaridedir

Üç Katlı Crossbar anahtar

Sayısal Anahtarlama (zaman bölmeli anahtarlama• Sayısallaştırılmış ses ve TDM kullanımı ile sayısal

anahtarlama anahtarlanmış telekom ağları üzerinde temel teknoloji haline gelmiştir

• Düşük hızlı bir dizileri kanallar oluşturur, bu kanalalar bir bellek üzerinde, gitmek istediği kanalın bellek bölgesine yazılır. Böylece uygun zaman dilimi geldiğinde bu bellek kaynağa aktarılarak iletişim sağlanmış olur

• Örnek: TDM bus anahtarlama• Senkron TDM’e dayanır• İstasyonlar çoğullayıcılar aracılığıyla, yüksek hızlı bus’a bağlanır• Zaman dilimi küçük miktardaki verinin bus’ a gitmesini sağlar• Bir başka hattın kapısı aynı zamanda aktif olarak, bilgiyi okur

Ağ arayüzünebağlı, Çift yönlü haberleşen aygıtlar

Yönlendirme ve Devre anahtarlama• Büyük ağlarda pek çok kullanıcı bağlantısı, birden fazla anahtar üzerinden

geçen yollar gerektirir.• Yönlendirme stratejisini etkileyen iki temel ağ yapısı gereksinimi vardır

• Verimlilik• Ağ trafiğini kaldırabilecek minimum sistem bulunması (Anahtarlar,

trunklar vs)• Esneklik

• Aşırı talep oluşması, arıza durumları gibi durumlarda ağ’ın belirli bir oranda hizmet verebilmesi

• Kamusal telefon ağları ağaç yapıları biçiminde gelişmiştir• Pek çok çağrı, ortak bir anahtarlama noktası bulunana kadar ilerler• Ağa esneklik katabilmek için, ağacı kesen trunk hatları sisteme dahil

edilir• Basitlik için statik yönlendirme kullanılır – çağrılar daima aynı yolu

kullanır• Kamusal telefon sistemleri büyüdükçe, Bu statik ve hiyerarşik yapı bir

takım zorluklara neden olmaktadır• Örneğin, meşgul olan saatler artan ihtiyaç ve şebeke yapılarına göre

değiştikçe statik yaklaşım tıkanmalara neden olmaktadır.

Değişken Yönlendirme• Bu kavram, birincil yol dolu iken yedek bir yola

sahip anahtarlar mevcut ise kullanılır• Yedek yollar statik olarak tanımlanmıştır

• Nasıl işler• Uç ofisler arasındaki, olası yollar önceden

tanımlanmıştır; her anahtarlama noktası bir listeye sahiptir

• İşlemi başlatan anahtar uygun yolu listeden seçer• Yollar tercihe göre sıralanmıştır• Farklı zamanlarda farklı yollar kullanılabilir (örneğin

günün sati veya trafik yükü)

Değişken yönlendirme diyagramı

X den Y noktasına gidişte yönlendirme tablosu

Dinamik Değişken yönlendirme• Yönlendirme tabloları, anahtarlama noktaları

tarafından, o anki koşullara göre dinamik olarak hesaplanır• Yönlendirmeyi trafik yüküne göre yada sistem

hatalarına göre değiştirebilir• Anahtarlama noktaları, ağın durumunu izlemelidir.

• Daha karmaşık kontrol işlemleri gerektirir. Ancak daha güvenilir ve verimli bir sistem sağlar.

• Buna benzer uygulamalar özellikle uzun mesafe ağlarında kullanılır• İlk uygulamalar

• BOC Multialtenate routingAT&T’s DNHR (Dynamic Non-hierarchal Routing)

• AT&T Dynamic Non-Hierarchical Routing

Kontrol İşaretleşmesi• Dinamik değişken yönlendirme, çağrıların kurulması,

sonlandırılması gibi ağ fonksiyonlarının gerçekleştirilmesi için kontrol bilgilerinin anahtarlama noktaları arasında dağıtılması gereklidir

• Kontrol işaretleşmesini gerekli olduğu yerler• Abone ve bağlı bulunduğu uç – ofis• Ağ içerisindeki anahtarlama noktaları• Anahtarlama noktaları ve ağ yönetimi ve izleme bileşenleri (ağ

yönetim merkezi)

• Bir çok kontrol işaretleşmesi fonksiyonu oluşturulmalıdır

Temel kontrol işaretleşmesi fonksiyonları• Abone ile duyulabilir haberleşme

• Çevir sesi, zil çalma sesi, meşgul işareti vs.• Çevrilen numaranın iletimi• Çağrının tamamlanamadığının belirtilesi• Çağrı sonlandırmanın belirtilmesi• Telefon çaldırma işaretinin üretilmesi• Ücretlendirme bilgisi• Cihaz ve trunk durumları bilgisi (örenğin yönlendirme

tablosu hesabı, tıkanıklık kontrolü amacıyla)• Test ve sorun giderme bilgisi• Özel aygıtların kontrolu (örneğin uydu kanalı aygıtları)

Tipik kontrol işaretleşmesi dizisi (telefon)• Her iki telefon kapalıdır ; bir abone telefonu kaldırır (off-

hook)• Yerel santral bunu algılar; çevir sesi üretir• Arayan numarasını çevirir;tonlar uç- santral anahtarına

gider• Eğer hedef meşgul değil ise, zil çaldırma işaret alıcıya

gönderilir• Arayana geri besleme yapılır (zil çalıyor, meşgul vs.)• Hedef ahizeyi kaldırarak çağrıyı kabul eder (off-hook)• Anahtar zil işaretini ve çaldırma tonunu durdurur• Anahtarlayıcı nağlantıyı kurar• Bağlantı herhangi bir abone hattı bırakırsa sonlandırılır

Anahtarlama noktaları arasındaki işaretleşme• Aboneler farklı anahtarlara bağlı ise gereklidir.• Çağrıyı başlatan anahtar boş bir anahtarlararası

trunk kanalı yakalar• off hook işartini trunk hattına gönderir ve hedef

anahtarda digit kayıtçısını ister• Sonlandıran anahtar önce off hook sonra on

hook gönderir. Bu digit kayıtçısının hazır olduğunu gösterir

• Çağrıyı başlatan anahtar adresi gönderir

Devre anahtarlamalı telefon ağı üzerined kontrol işaretleşmesi

Kontrol işaretlerinin gruplanması• PSTN kontrol işaretleri tipik olarak 4 sınıfa ayrılabilir

• Denetleyici• Anahtar kaynaklarının kontrolü• Çağrı yada çağrı isteği durumlarını sağlama

• Adres• İstasyon -anahtar arasında numara aktarımı• Anahtar-anahtar arasında numara aktarımı

• Çağrı Bilgisi• Uyarım• Çağrı işleme

• Ağ yönetimi• Ağ ve yönlendirme kontrolü• Ağ ve anahtarlar üzerindeki durum bilgileri

İşaretleşmenin yeri• Genel olarak iki kısıma ayrılabilir. Çünkü

bibirinden farklı çalışırlar• Aboneden ağa

• Abone ve ağa bağlıdır• Genellikle çok basit işaretleşme fonksiyonlarıdır

• Ağ içerisinde• Ağın ve abone aramalarının yönetimi• Daha karmaşık ve daha fazla işlevlere sahiptir

• Kontrol işaretleşmesi iki şekilde yapılır• Kanal içi işaretleşmesi• Ortak kanal işaretleşmesi

Kanal-İçi işaretleşme• Çağrı ve işaretleşme için aynı kanalı kullanır

• Ekstra iletim faaliyetlerine ihtiyaç yoktur• Band-içi işaretleşme

• Ses işaretleri ile aynı frekansları kullanır• Ses işaretinin gittiği her yere gidebilir• Bozuk bir konuşma kanalında çağrıyı kurmak imkansızıdır

• Band-dışı işaretleşme• Ses işaretleri, 4 KHz lik band genişliğinin tamamını

kullanmaz, 4KHz içerisinde dar bir band genişliği bu amaçla kullanılabilir.

• Ses işareti varken yada yokken gönderilebilir• Ekstra elektronik devreler ihtiyaç duyulur• Dar band genişliğinden dolayı düşük veri hızı

Band-İçi işareleşmenin dezavantajları• Kontrol bilgisi için sınırlı veri aktarım hızları

• Ağın işleyebileceği fonksiyonları sınırlar

• Adres girilmesi ve bağlantı sağlanması arasındaki gecikme• bilgi değişimlerini etkiler (kısa mesajlar)

• Girişim

Ortak kanal haberleşmesi• Kontrol işaretleri ses işaretinden bağımsız olarak farklı kanallarda

taşınır. • Ayrı fiziksel kanallarda

• Bir kontrol kanalı, birden fazla abone kanalına ilişkin kontrol bilgilerini taşır

• Kontrol kanalı, zengin bir içerik kümesini destekleyebilmek içinyeterli band genişliği olacak biçimde tasarlanır.

• Yinede bazı kanal-içi işaretleşme gereklidir (meşgul, çevir sesi vs.) • Birleşik mod

• Kontrol işaretleri ses kanallarının iletildiği yollardan gönderilir• Kontrol işaretleri doğrudan kontrol işaret işleyicilerine gönderilir.

• Birleşik olmayan Mod• Ek düğüm noktaları - işaret aktarım noktaları (signal transfer

points)• Görünüm olarak iki ayrı ağ (ses ve kontrol)

Ortak kanal ve Kanal –içi işaretleşmesi

İşaretleşme modları

Birleşik

Birleşik olmayan

Numara 7 işaretleşmesi (SS7)• ITU.T tarafından standartlaştırılmış, birleşik olmayan Ortak-Kanal

işaretleşme yapısıdır• ISDN in işaretleşme çekirdeği olacak biçimde tasarlanmıştır

• Çağrı kontrolü, uzaktan kontrol, yönetim ve bakım için kullanılır• Devre anahtarlamalı kanallar üzerinde çalışan paket

anahtarlamalı bir ağ içerir• Kontrol işaretleşmesi paket anahtarlama ile yapılır• SS7 fonksiyonları tanımlar. Belirli bir donanım tanımlamaz

• Özellikleri• 64-kbps sayısal kanal ağına göre düzenlenmiştir• Bilgiyi ardışıl olarak güvenli bir biçimde aktarır. Tekrarlama yada

kayıp yoktur• Analog hatlarda, 64 kbps altındaki hatlarda• Noktadan-noktaya mikrodalga yada yüksek gecikmeli uydu

kanallarında çalışabilir

SS7 İşaretleşme ağı bileşenleri• İşaretleşme noktası (SP)

• SS7 kontrol mesajlarını işleyebilecek herhangi bir ağ noktasını belirtir (Örenğin – uç ofis)

• İşaret aktarım noktası (STP)• Kontrol mesajlarını yönlendirebilecek bir işaretleşme

noktasıdır• Kontrol düzlemi

• Abone bağlantılarını kurma ve yönetme ile sorumludur

• Bilgi Düzlemi• Bağlantı kurulduğunda aboneler arasındaki bilgiler

bilgi düzleminde gönderilir

SS7 Kontrol ve Bilgi Düzlemleri

SS7 İşaretleşme ağı tasarım faktörleri• Tek yada çok-seviyeli SS7 ağ yapısı• STP kapasiteleri

• İşlenebilecek işaretleşme hatlarının sayısı• Mesaj aktarım süresi• Mesaj çıkış kapasitesi

• Ağ performansı• İşaretleşme noktalarının sayısı• Birden fazla işaretleşme noktası üzerindeki gecikme

• Ağ güvenilirliği• STP hatalarında ağın hizmeti sağlayabilme yeteneği• ITU.T SP ve STP ler için ikili bağlantılar önermektedir.