Изучение сетевого взаимодействия IAD при технологии xDSL. Практическое занятие №6

1. Практическое занятие 6 Изучение сетевого взаимодействия IAD при технологии xDSL

2. Распределение типов оборудования по уровням NGN

Уровень NGN
уровень
услугами
Тип оборудования
управления сервера приложений
уровень
управления Softswitch
коммутацией и передачей
информации
транспортный уровень
маршрутизаторы и IP коммутаторы
уровень доступа
медиашлюзы
AMG – Analog Media gateway
TMG – Transport Media gateway
UMG – Universal Media gateway
DSLAM – DSL access module
MSAN – Multiservice access node
mini-MSAN
IAD – Integrated access device

3. Общая схема широкополосного доступа xDSL

• xDSL (ADSL, RDSL, SDSL, HDSL) представляет собой
семейство технологий, позволяющих организовывать для
абонентов высокоскоростные каналы доступа и совмещать
высокоскоростную передачу данных и передачу голоса по одной
и той же медной паре

4. Преобразование протоколов в ADSL

5. Телефония и стек протоколов TCP/IP

семейство протоколов TCP/IP и включает в себя протоколы 4-х
уровней коммуникаций
Видео, голос
Сигнальные
протоколы
Прикладной:
Telnet, FTP, E-mail, RTP, RTCP, SIP,H.248, H.323
Транспортный:
TCP, UDP
Сетевой:
IP, ICMP, IGMP
Сетевой интерфейс:
Драйвер устройства и сетевая плата
На базе протокола IP строится не только сеть Интернет, но и любые
другие сети передачи данных (локальные, корпоративные), которые
могут иметь или не иметь выход на глобальную сеть Интернет.

6. Скорость и дальность передачи данных по медной паре в зависимости от вида технологии

7. Архитектура ССП с IAD и DSLAM

• IAD - важный фактор распространения технологий «речь по
DSL» (VoDSL) и «речь по кабелю» (VoCable)
• IAD, установленные в помещении клиента, позволяют
поставщикам услуг интегрировать речь, данные и Internet
трафик в одном сетевом соединении.
• Назначение IAD - подключение стандартных ТА к линии
передачи данных. IAD разбивает трафик на пакеты и
мультиплексирует его в сеть по высокоскоростному соединению.

8. Область применения IAD и DSLAM

• IAD позволило провайдерам привлечь частных пользователей,
небольшие и средние компании - заказчиков, пока не
определившихся с выбором услуг широкополосной связи.
• США - провайдеры ориентировались на клиентов, которые не
способны позволить себе линию T1 за 1000 дол. У крупных
операторов не было предложений для подобного рынка,
поэтому клиенты использовали коммутируемый доступ в Internet
и обычные телефонные линии.
• Небольшим компаниям редко требуется много каналов
передачи речи в дополнение к каналам ПД. По данным
американских ТК компаний,
– оптимальное количество необходимых линий для
применения VoDSL от 4 до 20;
– компания с одним офисом,
– крупная компания - с множеством небольших филиалов и
потребностью в постоянных услугах по передаче речи и
данных.

9. Характеристики IAD серии U-SYS

10. Принципы пакетной передачи речи

Процесс передачи голоса по пакетной сети состоит из
нескольких этапов.
• оцифровка голоса.
• анализ и обработка оцифрованных данных с целью
уменьшения физического объема данных,
передаваемых получателю - подавление ненужных
пауз и фонового шума, компрессирование.
• разбивка на пакеты и добавление протокольной
информации - адрес получателя, порядковый номер
пакета (на случай, если они будут доставлены не
последовательно) и дополнительные данные для
коррекции ошибок.
• временное накопление необходимого количества
данных для образования пакета до его
непосредственной отправки в сеть.

11. Принципы пакетной передачи речи

Временное накопление
Кадр
20мс
11001101
11011101
11000101

12. Принципы пакетной передачи речи

Извлечение переданной голосовой информации из
полученных пакетов также состоит из нескольких
этапов.
• проверка порядковой последовательности голосовых
пакетов на терминале получателя. пакеты со
старшими порядковыми номерами могут прийти
раньше, более того, интервал времени получения
также может колебаться.
• временное накопление пакетов для восстановления
исходной последовательности и синхронизации.
• включение алгоритма аппроксимации для
потерянных при доставке пакетов, либо пакетов,
задержка доставки которых превышает допустимый
разброс.
• декомпрессия и преобразование полученной
последовательности данных непосредственно в
аудио-сигнал, несущий голосовую информацию
получателю.

13. Принципы пакетной передачи речи

Выравнивание по времени
Т=125мкс
Кадр
20мс
11001101
11011101
11000101

14. Структура IP дейтаграммы

Идентификатор фрагмента
Время жизни (TTL)
Общая длина
(16-бит)
Тип обслуживания
(8-bit) (Precedence, ToS)
D M Смещение фрагмента (13-bit)
протокол (8-бит)
Контрольная сумма заголовка (16-бит)
IP адрес отправителя (32-бит)
IP адрес получателя (32-бит)
Дополнительные поля и заполнение
данные
20 ~ 65,536 байт
Длина
заголовка
20 ~ 60 байт
версия
(4-bit)

15. Структура IP дейтаграммы

1
8
4
версия
Длина заголовка
16
Тип обслуживания
Total length
Identification
Fragment offset
D M
Time-to-live
IP
Header
Protocol
Header checksum
Source IP address
Destination IP address
Options (0 or more words)
Порт отправителя
порт получателяt
длина
UDP
datagram
UDP
заголовок
Контрольная сумма
данные
UDP
тело

16. Основной заголовок RTP-пакета

• V (2 бита) - поле версии протокола.
• Р (1 бит) - поле заполнения. Сигнализирует о наличии
заполнения в конце поля полезной нагрузки. Заполнение
применяется, когда приложение требует, чтобы размер
полезной нагрузки был кратен, например, 32 битам.
• Х (1 бит) - поле расширения заголовка.
• СС (4 бита) - поле отправителей. Содержит идентификаторы
отправителей, чьи данные находятся в пакете
• М (1 бит) - поле маркера. используется для указания границ
потока данных, Смысл зсвисит от типа полезной нагрузки.
передача видеоинформации маркер определяет конец кадра.
речевая информация маркер указывает начало периода
активности после периода молчания.

17. Основной заголовок RTP-пакета

• РТ (7 битов) - поле типа полезной нагрузки. тип полезной
нагрузки и формат данных - сжатие и шифрование.
• Порядковый номер пакета (Sequence Number, 16 битов).
Каждый источник начинает нумеровать пакеты с произвольного
номера, увеличиваемого затем на единицу с каждым
переданным пакетом RTP. позволяет обнаруживать потери
пакетов и определять порядок пакетов с одинаковым
временным штампом. Несколько последовательных пакетов
могут иметь один и тот же штамп, если логически они
порождены в один и тот же момент, например, пакеты,
принадлежащие одному и тому же видеокадру.

18. Основной заголовок RTP-пакета

• Временной штамп (Timestamp, 32 бита). Момент времени, в
который был создан первый октет данных полезной нагрузки по
локальным часам отправителя.
• Идентификатор SSRC (Synchronization Source Identifier, 32 бита)
-поле идентификатора источника синхронизации.
• Идентификатор CSRC (Contributing Source Identifier, 32 бита) список полей идентификаторов источников, участвующих в
создании RTP-пакета. Устройство смешивания информации
(миксер) вставляет целый список SSRC идентификаторов
источников, которые участвовали в построении данного RTPпакета. Количество элементов в списке: от 0 до 15. Пример
речевая конференция, RTP-пакеты с речью всех участников каждый со своим идентификатором SSRC.

19. типы речевых кодеков

• Все существующие сегодня типы речевых кодеков по
принципу действия можно разделить на три группы

20. типы речевых кодеков

21. Основные характеристики кодеков

22. оценка MOS (Mean Opinion Score)

• определяется для конкретного кодека - средняя
оценка качества большой группой слушателей по
пятибалльной шкале. Для прослушивания экспертам
предъявляются разные звуковые фрагменты - речь,
музыка, речь на фоне различного шума и т.д.
• 4-5 - высокое качество; аналогично качеству
передачи речи в ISDN, или еще выше;
• 3.5-4 - качество ТфОП (toll quality); аналогично
качеству речи, передаваемой с помощью кодека
АДИКМ при скорости 32кбит/с. Такое качество
обычно обеспечивается в большинстве телефонных
разговоров. Мобильные сети обеспечивают качество
чуть ниже toll quality;

23. оценка MOS (Mean Opinion Score)

• 3-3.5 - качество речи, по-прежнему,
удовлетворительно, однако его ухудшение явно
заметно на слух;
• 2.5-3 - речь разборчива, однако требует
концентрации внимания для понимания. Такое
качество обычно обеспечивается в системах связи
специального применения (например, в вооруженных
силах).
• В рамках существующих технологий качество ТфОП
(toll quality) невозможно обеспечить при скоростях
менее 5 Кбит/с.

24. Задание

АТС
Оборудование
абонентского
доступа
Задание
Оборудование потребителя
TA1
TA2
TA31
`
a/b
a/b
Комп 1
ADSL модем
IAD 132
10Base-T
TCP/IP
a/b
DSLAM
`
Факс (ТА32)
Комп 30
• На стороне потребителя к IAD подключены:
• к ______ портам абонентов ТфОП - _____ телефонный аппарат
и _____ аппарат факсимильной связи. Для _____ ТА требуется
более высокое качество при передаче речи
• к порту передачи данных через HUB подключены _____
компьютеров.
• Требуется рассчитать полосу DSL канала для подключения на
порту DSLAM узла доступа.

25. Задание

26. Трафик IP-телефонии (VoIP) состоит из нескольких видов трафика:

• речевой трафик RTP протокола IP-телефонии
• сигнальный трафик, включающий поддержку
протоколов H.248, MGCP, SIP, H.323, ISUP, TCAP
• биллинг-трафик CDR
• NMS (Network Management System) трафик

27. Требуемая полоса на 1 абонента (в кбит/с)

• Заголовок RTP-протокола - 58байт
• Управляющая информация для протокола RTP (по
протоколу RTCP) - 5% от размера потока RTP
• размер речевой информации в одном IP пакете
зависит от длительности кадра для кодека

28. Расчёт размера речевой информации в одном IP пакете для кодека G.711

• Макс скорость на выходе кодека G.711 64кбит/с.
• Переводим эту величину в байты
• Эта величина
64кбит/с ≈8 кбайт = 8000 байт/с означает, что в 1с
8
поступает 8000
байт
• Размер кадра 1мс (0,001с) 8000 байт = 8 байт
1000
• Размер кадра в 20мс
8000 байт *20 = 160 байт
1000
• Размер кадра в 30мс
8000 байт *30 = 240 байт
1000

29. Размер речевой информации в одном IP пакете в зависимости от длительности кадра для G.711

Тип кодека
Скорость
кодирования
Длительность
кадра (мс)
Размер кадра
(байт)
G.711
64кбит/с
20
160
30
240
• Зависимость требуемой полосы от
длительности кадра
Тип
кодека
G.711
Длительность
Размер
кадра (мс)
кадра (байт)
20
30
160
240
Размер RTP
заголовка
(байт)
58
58
Требуемая
полоса на 1 аб
(кбит/с)
92
83

30. Расчёт ширины канала на участке IAD -DSLAM

• Для вычислений делаются следующие допущения:
• речевой трафик имеет приоритет над трафиком данных
• ТА установлены в компании, в рабочее время нагрузка на них
гораздо выше нагрузки квартирного сектора
• передача Интернет-трафика занимает длительный промежуток
времени, поэтому будем считать, что одновременно
разговаривают все абоненты. В момент, когда нет вызовов от
голосовых абонентов (ТА) нагрузку создают компьютеры,
подключённые к сети Интернет.
• Необходимо рассчитать эти значения для других видов кодеков

31. Зависимость требуемой ширины канала от типа кодека