Structura unei rețele telecom

O rețea telecom este împărțită în trei segmente: partea de acces (echipamentele care comunică direct cu telefonul mobil), partea de transmisiuni (segmentul de rețea care transportă datele către rețeaua de core) și partea de core, care prelucrează și rutează apelurile (are rol de centrală).

retea_telecom

RAN (Radio Access Network)

Segmentul de acces într-o rețea mobilă acoperă comunicația între echipamentul utilizatorului și echipamentele de agregare. În funcție de tehnologia implementată (GSM, UMTS sau LTE), arhitectura, principiile și echipamentele sunt mai simple sau mai complexe, mai numeroase sau mai puține.

Scopul rețelelor de telecomuncații mobile este de a acoperi o arie geografică cât mai mare. Această arie a fost împărțită în mai multe celule care folosesc frecvențe diferite pentru fiecare apel pentru a elimina riscul interferențelor. Deoarece numărul de frecvențe este limitat, celulele vecine vor folosi frecvețe diferite și vor fi astfel împărțite din punct de vedere geografic astfel încât să fie posibilă reutilizarea frecvențelor: aceleași frecvențe pot fi folosite de mai multe celule, cu condiția ca aceste celule să nu fie vecine.

În funcție de tehnologia folosită, accesul multiplu în rețea se face prin TDMA (Time Division Multiple Access) și FDMA (Frequency Division Multiple Access) pentru GSM, W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access) pentru UMTS și OFDMA (Orthogonal Frequency-Division Multiple Access) pentru LTE.

via 3gpp.org

Transmisiuni

PDH (Plesiochronous digital hierarchy) este o tehnologie „plesiosincronă” care se bazează pe semnale E1 (2Mbps) sau DS1 (1.544Mbps). Considerând un semnal E1, acesta este împărțit 32 de sloturi temporale de 64kbps, dintre care 30 sunt folosite pentru date utile, iar celelalte două sunt folosite pentru sincronizare și semnalizare. Semnalele de ordin superior folosite de PDH nu sunt sincrone, fiind nevoie de biți suplimentari (care nu transportă informație) pentru a compensa diferența intre ceasurile transmițătorului și receptorului. Mai mult, PDH folosește o metodă de multiplexare asincronă: la fiecare construire de semnal superior se adaugă biți fără informație, de umplutură. Astfel, semnalele de ordin inferior nu pot fi direct extrase dintr-unul de ordin superior. Vorbind despre dezavantaje, se poate spune că tehnologia PDH nu este standardizată, fiecare vendor de echipamente având alte interfețe, acest fapt conducând la o interconectare dificilă. Continue reading

Sisteme de radio comunicații

Până la apariția fibrei optice și utilizarea ei pe scară largă, transmisiunile de date se faceau folosind propagarea undelor electromagnetice în gama de radio frecvență (30KHz-30MHz).

Pricipalele echipamente ce formează legatura punct-la-punct sunt emițătorul și receptorul.

RR1

RE=Radio-emițător
RR=Radio-receptor

Radio-emițătoarele sunt construite începând de la un generator de semnal sinusoidal care trebuie să producă un semnal cu o stabilitate cât mai bună a frecvenţei. Acest semnal va fi modulat cu semnalul util de frecvență mică, adus la parametrii corespunzători din punctul de vedere al gradului de modulaţie, al frecvenţei purtătoare şi al nivelului puterii. Pentru aceasta se foloseşte un număr oarecare de etaje de amplificare dintre care ultimele lucrează la putere mare. Semnalul livrat de etajul final (ultimul amplificator de putere) este transferat antenei de emisie pentru a fi radiat în mediul înconjurător.

Operațiunile inverse celor descrise mai sus sunt realizate de către radio-receptor. Astfel, acest echipament trebuie să selecteze semnalul dorit, să îl amplifice pentru a putea fi prelucrat (puterea semnalului la recepție este mult mai mică decât cea transmisă), să îl demoduleze ca într-un final să se obțină semnalul de frecvență mică de la emisie.

Principiul schimbării de frecvență

Radioreceptoarele din ziua de astăzi se bazează pe idea de compunere a semnalelor într-o manieră neliniară. Mai mult, observându-se că semnalele pot fi prelucrate mai ușor la frecvențe joase, a aparut conceptul frecvenței intermediare: un semnal de o frecvență anume, compus neliniar cu semnalul recepționat de frecvență înaltă, formează un semnal de frecvență joasă.

Continue reading

Wavelength Division Multiplexing (WDM)

Multiplexarea in lungime de unda este o tehnologie care permite transmisia mai multor semnale optice pe aceeasi fibra optica. Pe scurt, o tehnica de multiplexare la nivel optic. Fiecare semnal cu o anumita lungime de unda din fibra urmeaza un drum optic independent de semnalele cu alte lungimi de unda.

Disponibilitatea unui numar mare de lungimi de unda permise de o fibra a condus la o utilizare mult mai eficienta a infrastructurii de telecomunicatii si la o crestere semnificativa a capacitatii de transport si a densitatii serviciilor transportate.

Gama lungimilor de unda folosite pentru transmisiunile optice a fost aleasa in functie de pierderile de putere in fibra. Astfel, s-au selectat trei ferestre optice:

  • prima fereastra – in jurul lungimii de unda de 850 nm
  • a doua fereastra – in jurul lungimii de unda de 1300 nm
  • a treia fereastra – in jurul lungimii de unda de 1500 nm.

A treia fereastra prezinta un minim larg al caracteristicii de absorbtie, astfel incat s-a ales aceasta fereastra pentru WDM.

source: Wikipedia

WDM se imparte in doua categorii, dupa numarul maxim de lungimi de unda suportate:

  •        CWDM (Coarse WDM)
  •        DWDM (Dense WDM)

CWDM este prima varianta implementata de multiplexare in lungime de unda. Numarul maxim de lungimi de unda ce pot fi transportate pe fibra este de 16, distribuite intr-o banda foarte larga. Distanta intre lungimile de unda centrale ale canalelor este mare (20nm), permitand folosirea unei tehnologii nu prea scumpe pentru implementarea CWDM. Primul canal incepe la 1271 nm, iar ultimul se termina la 1611 nm.

Continue reading

Fibra optica

O fibra optica este un mediu de transmisiuni construit din sticla sau plastic de foarte buna calitate, cu dimensiuni de ordinul unui fir de par. Acest mediu este flexibil si transparent, fiind folosit ca un ghid de unda pentru a transmite razele luminoase.

Fibra este formata din:

  • Core sau miez – transporta lumina;
  • Cladding – imbraca miezul de sticla, reflectand lumina inapoi in core;
  • Buffer – folosit pentru protectie mecanica;
  • Jacket

Exemplu de fibra single mode (Wikipedia)

In fibra, lumina se propaga prin reflexii multiple. De aceea este necesar ca indicele de refractie al miezului sa fie mai mare decat cel al cladding-ului astfel incat, cand se raza se loveste de suprafata de separare intre cele doua medii cu un unghi mai mare decat unghiul critic, lumina sa nu paraseasca core-ul fibrei.

Continue reading

PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy)

PDH (plesiochronous digital hierarchy) este o tehnologie (protocol) de transmisiuni care defineste caracteristicile semnalului digital, adica structura cadrului, metoda de multiplexare, ierarhia de rate de transmisiune, interfete etc.
Din cauza evolutiei tehnologiei cat si a cererii de viteze mari de transmisiune, PDH a pierdut teren si s-a renuntat a mai fi dezvoltata in continuare din cauza urmatoarelor dezavantaje:

  • Nu exista un standard international referitor la ratele de transmisiune PDH. Ierarhia prezenta are trei directii: europeana, nord-americana si japoneza.  Fiecare are nivele diferite pentru interfetele electrice, structuri de cadru si metode de multiplexare diferite. De aceea interconectarea internationala este difícil de implementat (sa nu uitam si de scump).

pdh_rates

  • Nu exista un standard pentru interfete optice. Fiecare vendor de echipamente PDH are propriile implementari ale acestui tip de interfata si propriile metode de monitorizare a performantelor echipamentelor. Continue reading

Exemple STP

Am ales urmatoarea topologie pentru a descrie modul de lucru al STP-ului, prezentat aici:
stp1
Pentru inceput, consideram ca administratorul de retea nu a modificat nici prioritatile switch-urilor, nici pe cele ale porturilor, astfel incat ne vom baza doar pe adresele MAC ale switch-urilor si numarul porturilor FastEthernet folosite.
Dupa cum spuneam, primul pas este sa alegem Root Bridge. Cum toate switch-urile au aceeasi prioritate default, ne bazam doar pe adresele MAC ce se vad in imagine. Observam cu SW1 are cea mai mica adresa MAC (aa.aa.aa.aa.bb.cc), asa ca acest switch devine root.
Pasul 2 spune ca fiecare switch non-root trebuie sa isi aleaga portul root, adica portul care vede cea mai scurta cale catre switch-ul radacina. Le luam pe rand:
– SW2 vede un drum cu cost de 2 prin portul 0/1, un drum cu cost 23 (costul total al drumului se calculeaza insumand costurile fiecarui link ce formeaza drumul respectiv) prin portul 0/4 si un drum cu cost 40 prin portul 0/5. Alegand drumul cu cel mai mic cost, va alege portul 0/1 ca root port.
– SW3 vede un drum cu cost 19 prin portul 0/2 si un drum cu cost 6 sau 23 prin portul 0/3. Bineinteles ca va alege drumul cel mai scurt iar portul 0/3 devine root.
– SW4 vede 3 drumuri: unul cu cost 4 prin portul 0/4, unul cu cost 21 prin portul 0/5 si unul cu cost 21 prin portul 0/3. La fel, se va alege drumul cel mai scurt prin portul 0/4, care devine root.
stp2

Continue reading

Spanning Tree Protocol

Peste tot se vorbeste de redundanta in retea, despre cat de bine este sa ai echipamente de backup in caz de nevoie. Dar ce se intampla in momentul in care echipamentele active si cele de backup se incurca intre ele?
Nu vorbim despre routere, care lucreaza la nivel 3 in stiva OSI si se ghideaza dupa campul TTL (Time to Live) din headerul IP. Dar ce se intampla in cazul switch-urilor, care lucreaza la nivel 2 in stiva OSI iar headerul Ethernet nu are niciun camp echivalent TTL-ului? Daca un mesaj intra intr-o bucla, acesta va ramane in retea pana cand echipamentele din bucla sunt scoase din priza. Aici intra in joc Spanning Tree Protocol (STP). Acest protocol are grija sa construiasca din reteaua plina de linkuri redundante o retea de tip tree, unde nu exista bucle. Pe scurt, protocolul dezactiveaza anumite porturi astfel incat intre 2 switch-uri sa nu existe decat un singur drum.

STP tine cont de cateva elemente ale switch-ului. In primul rand, ID-ul sau propriu, numit Bridge ID. Acest ID este format dintr-un camp de prioritate, setabil de catre user, si adresa MAC a switch-ului. In al doilea rand, STP-ul ia in calcul si porturile switch-ului, ce primesc si ele cate un ID, format dintr-un alt camp modificabil (prioritatea sau costul portului) si numarul portului. In al treilea si ultimul rand, STP-ul se uita si la tipul de link dintre 2 switch-uri. Cu cat e mai rapid, cu atat are cost mai mic.

Cum functioneaza STP-ul? Switch-urile comunica intre ele prin mesaje specifice, numite BPDU (Bridge Protocol Data Unit), construind reteaua arbore pas cu pas.
1. Se alege radacina arborelui (root bridge): switch-ul cu cel mai mic Bridge ID devine root. Dupa cum spuneam, acest Bridge ID este format din prioritatea switch-ului si adresa MAC. Prioritatea se compara prima. Valoarea default este 32768, la care se adauga numarul VLAN-ului (Virtual LAN). Daca aceasta nu este modificata de catre user si toate switch-urile au aceeasi prioritate, atunci se compara adresele MAC. Acestea nu vor fi niciodata identice, deci se poate alege usor un root.

Continue reading