TEHNICI AVANSATE ÎN REŢELE DE COMUNICAŢII SELECTED TOPICS IN COMMUNICATIONS ENGINEERING https://cv.upt.ro Septembrie 2017

coordonator curs conf. dr.ing. Corina Botoca cab. B228

corina.botoca@upt.ro

Concediu medical

alexandru.isar@upt.ro

asistent:dr.ing. Cristina Stolojescu-Crisan cab. B210

cristina.stolojescu-crisan.upt.ro

Concediu medical

Obiectivele cursului • O trecere în revistă a comunicațiilor moderne, a

tehnologiilor curente și a provocărilor

• Cunoașterea și înțelegerea evoluției tehnologice, care stă la baza fuziunii diferitelor tipuri de rețele

• Familiarizarea cu diferite tipuri de rețele, cu protocoalele de dirijare a traficului și control al congestiei

• Identificarea problemelor ce pot apare și a metodei adecvate de aplicare, clasice sau inteligente

Sumar

1. O trecere in revista a sistemelor de comunicatii

• Scurt istoric • Tipuri de rețele • Standarde • Caracteristicile rețelelor moderne de comunicații • Tehnologii • Introducere în algoritmica de reţea • Modele de implementare a reţelelor • Principii de implementare a reţelelor

2. Interconectarea rețelelor • Diferențe între rețele • Modalitați de conectare între rețele

– Circuite virtuale concatenate – Interconectare fără conexiune (Connectionless

Internetworking)

• Tunelare • Dirijarea între reţele

– Algoritmul Dijkstra – Arbori cu prefix cu compresia nodului – Filtrarea pachetelor în router-e

• Fragmentare – Evitarea fragmentării pachetelor de stare a legăturii

3. Dirijare • Clasificare

• Proprietați

• Routing Information Protocol (RIP)

• Interior Gateway Routing Protocol (IGRP)

• Exterior Gateway Routing Protocol (EGRP)

• Open Shortest Path First (OSPF)

• Border Gateway Protocol (BGP)

• Multiprotocol label switching (MPLS).

4. Controlul congestiei

• Principii generale –Supravegherea structurii traficului

–Identificarea celor care monopolizează resursele

• Politici de prevenire a congestiei

• Controlul congestiei în rețele cu circuite virtuale

• Copierea datelor

• Controlul transferului

• Controlul congestiei in Internet

5. Rețele Neuronale – Egalizare

– Dirijare inteligentă

– Controlul congestiei

– Controlul traficului

6. Algoritmi genetici - Dirijare

- Controlul traficului

PROCEDURA DE EVALUARE

• Activitățile practice reprezinta 40% din nota finala. Evaluare pe parcurs și prin proiect final

• Examinarea scrisă din perioada de evaluare reprezintă 60% din nota finală

• Materiale didactice disponibile pe Campus

Virtual și Intranet. – legătură interactivă cu coordonatorul cursului pe

Campus virtual respectiv prin e-mail

Cerinţe ☺ • Dorinţa de a învăţa

• Prezenţă efectivă (nu doar fizică la curs şi laborator)

• Minte deschisă

• Seriozitate • Să vă străduiţi să comunicaţi corect cu cadrul didactic,

pornind de la premiza că el chiar vrea să vă înveţe ceva util

Ce să nu faceţi • Să nu dormiţi în timpul orelor • Să nu faceţi altceva decât vi se cere • Să nu încercaţi să fraieriţi cadrul didactic • Să nu (vă) minţiţi

Bibliografie selectiva

• 1. Dimitri Bertsekas, Robert Gallagher, Data communications networks, 2nd edition, Prentice Hall International, Inc. Englewood Cliffs, New Jersey, 1991

• 2 William Stallings, Data and Computer Communications (8th Edition), Prentice Hall, Inc, 2009

• 3. George Varghese, Network Algorithmics, Morgan Kaufmann, 2005

• 4. Deep Medhi, Karthik Ramasamy , Network routing. Algorithms, Protocols, and Architectures. Morgan Kaufmann Publishers, 2007

• 5. Simon.Haykin "Neural Networks" Mcmillan Publishing Co.,Englewood Cliffs,1994

• 6. William Stallings Wireless communications and networks, Pearson Prentice Hall, Inc.2005

• 7. Wayne Tomasi, Introduction to data communications and networking, Pearson Prentice Hall, Inc., 2005

• 8. Gilbert Held, Understanding Data Communications: From Fundamentals to Networking. Third Edition, John Wiley & Sons Ltd, 2000

• 9. Andrew Tannenbaum, Computer Networks, Prentice Hall, Inc, 2003

• 10. Corina Botoca, Crsitina Stolojescu Crișan, Selected Topics in Communications Engineering, Editura Politehnica, Timișoara, 2015

Publicații

• " IEEE Communications Magazine"

• " IEEE Transactions on Communications"

• " IEEE Transactions on Neural Networks"

• "Neural Computation"

• " IEEE Transactions on Networking"

1.1. Introducere

1830 – primul sistem de comunicații- telegraful a utilizat codul Morse ptr. transmiterea de informații pe cablu În 1876 patentul obținut de Alexander Graham Bell pentru inventarea telefonului dă naşterea telecomunicaţiilor. După 10 ani 155.000 de telefoane în uz în SUA. În 1890 Gulielmo Marconi a realizat primele transmisii radio la mare distanță. 1893 Tesla – demonstrație publică de comunicație radio 1901 Marconi a transmis semnale telegrafice prin radio peste Atlantic din Cornwall la Newfoundland

1946 in St. Louis (SUA) primul telefon mobil într-o mașină

1962 lansarea primului satelit (Telstar) -240 circuite de voce manipulate

1988 ISDN Integrated Services Digital Network –proiectat să înlocuiască rețeaua telefonică publică pentru a transmite atât voce cât și date Arhitectură stratificată – similară modelului OSI cu următoarele avantaje • Standardele dezvoltate ptr. aplicații relaționate cu

OSI- au putut fi utilizate cu ISDN. Un exemplu X.25 nivelul 3 ptr acces la serviciile cu comutare de pachete în ISDN.

1988 primele studii asupra B-ISDN (Broadband Integrated Services Digital Network) – sistem digital care asigură transmisia atât a semnalelor analogice video /audio cât şi a celor digitale Evoluţia BISDN a fost oprită de dezvoltarea Internet-ului. Internet a început ca o reţea care unea reţelele de calculatoare a mai multor universităţi şi laboratoare de cercetare din SUA (ARPAnet)

Telecomunicaţiile au avut o evoluţie fără precedent în ştiinţă:

de la comutarea de circuite la comutarea de pachete, de la transmisiile prin cablurile de cupru la cele prin fibre

optice, prin satelit şi comunicaţiile mobile. Revoluţie tehnologică - determinată de :

creşterea volumului de informaţii vehiculate pe canalele de comunicaţii,

cererea de noi servicii, necesitatea realizării unor aplicaţii la viteze din ce în ce mai mari, de ordinul gigabiţilor pe secundă (sau chiar Tbiţilor)

Reţeaua de comunicaţii globală 1990 autostrada informațională- acces universal la informație de calitate pentru educație, informare, distracție, mediu de afaceri

Evoluţia traficului comunicaţiilor mobile (în Gigabiţi pe an), ptr. un operator tipic la o populaţie de 60 milioane

Exemple de servicii care necesită integrarea reţelelor telefonice cu reţelele de calculatoare, pentru a se putea asigura :

videoteleconferinţa, comunicaţiile multimedia, televiziunea de înaltă definiţie, comunicaţiile la distanţă interumane însoţite de

realitate virtuală (telemedicină, învăţământul la distanţă)

servicii de comunicaţii personale

• World Wide Web (www) a fost dezvoltat în 1989 de un cercetător în domeniul calculatoarelor Timothy Berners-Lee pentru European Organization for Nuclear Research

• 1990 numărul telefoanelor mobile depășește 11 millioane

• 2002 nr. telefoanelor mobile depășește nr. celor fixe

• in ianuarie 1992 nu exista posibilitatea transmiterii semnalelor audio şi video prin Internet. Trei ani mai târziu reprezenta deja 20-50% din traficul Internetului

• În prezent aproape toate comunicaţiile prin Internet au conţinut multimedia.

• evoluţia spectaculoasă şi potenţialul comunicaţiilor a schimbat radical activitatea umană

• Noua generație de telefoane mobile 4G are acces la Internet, televiziune prin internet și camere foto de mare rezoluție

• Pentru dezvoltarea reţelelor de comunicaţii există mai multe scenarii

• toate au la bază transmisiile prin satelit • fie că utilizează tehnica ATM, fie protocoalele

INTERNET.

• Reţeaua globală trebuie să integreze – reţele ATM cu Internetul – Comunicațiile prin satelit; – Rețelele de comunicații mobile – Rețelele terestre

Reţeaua globală de comunicații trebuie să asigure: • Integrarea și compatibilitatea tuturor componentelor • global roaming : • Comunicații multimedia, în condițiile - unei rate de transmisie de bit cat mai ridicate ( 1 Gb/s) - asigurării parametrilor de calitate a serviciilor

quality-of-service (QoS) - unei capacități tot mai mari

SISTEMUL GOBAL DE COMUNICAȚII

Tipuri de rețele

• Corespunzător autorizației de utilizare

– Private – rețele cu uz privat, ptr o intreprindere de ex. – Publice – rețele cu utilizare publică, de ex. rețeaua telefonică,

• Corespunzător ariei de acoperire (WAN, MAN, LAN și PAN)

O comparație între sitemele multiprocesor s, LANs, MANs și WAN

Tipuri de rețele • Rețele personale (Personal Area Networks):

comunicație între computere și diferite dispozitive pe o distanță de câțiva metri. Example: Bluetooth, ZigBee.

• Rețele locale (Local Area networks) rețele dedicate unei mici zone geografice (ex., o clădire sau campus).

• Rețele metropolitane (Metropolitan Area Networks) - rețele dedicate unei zone metropolitane

• Rețele pe Arie Largă (Wide Area Networks) rețele dedicate unei zone geografice extinse (țări, continente)

Gradul de acoperire al rețelelor PAN, LAN, MAN și WAN

Circuit switching • Advantages of circuit switching – Fixed bandwidth

– Fixed delays – Guaranteed continuous delivery.

• Primary technology for: -voice telephone and video telephone -video conferencing

• Disadvantages

– Inefficient for bursty traffic – Circuit switching usually done using a fixed rate stream

(e.g., 64 Kbps) - If capacity is used, calls are blocked

Packet Switching

• Especially designed for data communications

• Source data are split into packets containing route or destination identification

• Types :

– Virtual circuits (ex: X.25, ATM, Frame Relay) Circuit is established in the beginning, then data is transferred via the same path and in the end virtual circuit is released. Each packet includes circuit identification. Capacity between nodes is shared by all users.(connection mode)

– Packet by packet routing (LAN, INTERNET) Each packet includes destination address and is sent and routed independently –no dedicated connection between communicating devices (connectionless mode)

Packet Switched Networks

•Different packets may follow different routes •Packets may arrive out of order at the destination

Circuit vs packet switching

• Advantages of packet switching – Efficient for bursty data – Easy to provide bandwidth on demand with

variable rates • Disadvantages of packet switching – Variable delays – Difficult to provide QoS assurances (Best-effort

service) – Packets can arrive out-of-order

Frame Relay

• Viewed as an “encapsulation technique” employed to interconnect LANs composing a WAN • Data is encapsulated in variable size packets • Issued from the need for an error-free and effective transmission • Important overhead required to deal with the bit errors

• Unnecessary correcting information is suppressed

• Provides an efficient mechanism to “deliver” data,

transparent to the end users • Allows user data rates of 2Mbps

32

Standards Organizations

• contribute to internetworking standards by providing forums for discussion, turning informal discussion into formal specifications, and proliferating specifications after they are standardized.

• International Organization for Standardization (ISO)—responsible for a wide range of standards, including networking. Its best-known contribution -the OSI reference model and the OSI protocol suite.

• American National Standards Institute (ANSI)—ANSI, a member of the ISO, is the coordinating body for voluntary standards groups within the United States.

ANSI developed the Fiber Distributed Data Interface (FDDI)

33

Standards Organizations (cont)

• Electronic Industries Association (EIA)—EIA specifies electrical transmission standards, including those used in networking. The EIA developed the widely used EIA/TIA-232 standard (formerly known as RS-232).

• Institute of Electrical and Electronic Engineers

(IEEE)—IEEE is a professional organization that defines networking and other standards. The IEEE developed the widely used LAN standards IEEE 802.3 and IEEE 802.5.

34

Standards Organizations (cont)

• International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector (ITU-T)—Formerly called the Committee for International Telegraph and Telephone (CCITT),

-ITU-T is now an international organization that develops communication standards. The ITU-T developed X.25 and other communications standards.

• Internet Activities Board (IAB)—IAB is a group of internetwork researchers who discuss issuespertinent to the Internet and set Internet policies through decisions and task forces.

-The IAB designates some Request For Comments (RFC) documents as Internet standards, including Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP) and the Simple Network Management Protocol (SNMP).

Standarde ptr. comunicaţiile radio mobile

• 4G se referă la cea de-a 4 a generaţie de standarde de comunicaţii mobile

• 4G este succesor al standardelor 3G and 2G, avand

obiectivul de a creşte viteza transmisiilor pana la Gbps în scopul de a asigura accesul utilizatorilor ficşi şi mobili la Internet

• 4G este un termen cu diferite semnificaţii

• Uzual 4G se referă la IMT Advanced (International

Mobile Telecommunications Advanced), aşa cum au fost definite de ITU-R (International Telecomunications Union-Requirements)

Standarde

Mobile WiMAX (IEEE 802.16e-2005) • Standardul mobile wireless broadband access

(MWBA) a fost uneori considerat 4G • Ofera rate de bit de 128 Mbit/s ptr. legătura

downlink şi 56 Mbit/s uplink pe canale cu o lăţime de bandă de 20 MHz.

• standard IEEE 802.16m este o evoluție a predecesorului şi are obiectivul de a satisface cerinţele IMT-Advanced de 1000 Mbit/s ptr. recepţia staţionară şi 100 Mbit/s ptr. cea mobilă