#15 Bağlantı semantiği, devre kaynak ayırma, paket katman sorumlulukları, gecikme değişimi, DiffServ/MPLS ve modern ses ağları

Aşağıda defterde yazılan bütün satırlar ve bunlara eşlik eden sesli anlatımın tam metni bulunur.

1. 1. Bağlantı semantiğini devre ve paket anahtarlama tekniğinden ayır

   

   Tekrar hoş geldiniz.

   Önceki derslerde tüm ana iletim ortamlarını ele aldık: büklümlü çift, koaksiyel kablo, mikrodalga, uydu ve fiber optik.

   Şimdi temel bir soru geliyor: bu fiziksel bağlantılara sahip olduğumuzda, iki uç nokta arasında iletişim kanalını gerçekte nasıl kuruyoruz?

   İki temel ağ modu vardır: bağlantı yönelimli ve bağlantısız.

   Bağlantı yönelimli hizmet, veri öncesinde protokol/uç durumunu kurar; bu durum ayrılmış fiziksel yol veya bant genişliği gerektirmez.

   Bağlantı durumu oturum boyunca korunabilir; taşıma yolu değişebilir ve kaynaklar paylaşımlı olabilir.

   Bunu bir telefon görüşmesi gibi düşünün: numarayı çevirirsiniz, bağlantı kurulur, konuşursunuz ve sonra kaparsınız.

   Bağlantısız iletişimde önceden kurulmuş bir yol yoktur.

   Her veri birimi, yani paket, bağımsız olarak gönderilir ve ağ üzerinde farklı bir rota izleyebilir.

   Bunu posta sistemiyle mektup göndermek gibi düşünün.

   Her mektup kendi yolunu bulur.

   Hizmet semantiği ile anahtarlama tekniği ayrı eksenlerdir: bağlantı yönelimli TCP, paket anahtarlamalı IP üzerinde çalışır.

   Sesli anlatım metni

   Tekrar hoş geldiniz. Önceki derslerde tüm ana iletim ortamlarını ele aldık: büklümlü çift, koaksiyel kablo, mikrodalga, uydu ve fiber optik. Şimdi temel bir soru geliyor: bu fiziksel bağlantılara sahip olduğumuzda, iki uç nokta arasında iletişim kanalını gerçekte nasıl kuruyoruz? İki temel ağ modu vardır: bağlantı yönelimli ve bağlantısız. Bağlantı yönelimli iletişimde, veri akmaya başlamadan önce özel bir yol kurulur. Bu yol tüm oturum boyunca ayrılmış kalır. Bunu bir telefon görüşmesi gibi düşünün: numarayı çevirirsiniz, bağlantı kurulur, konuşursunuz ve sonra kaparsınız. Bağlantısız iletişimde önceden kurulmuş bir yol yoktur. Her veri birimi, yani paket, bağımsız olarak gönderilir ve ağ üzerinde farklı bir rota izleyebilir. Bunu posta sistemiyle mektup göndermek gibi düşünün. Her mektup kendi yolunu bulur. Bu iki mod bizi iki ana anahtarlama tekniğine götürür: devre anahtarlama ve paket anahtarlama.

2. 2. Devre anahtarlamayı üç aşama ve belirli kaynak ayırımıyla kur

   

   Devre anahtarlama ile başlayalım.

   Devre anahtarlamada kurulum, uçlar arasında zaman dilimi, frekans, dalga boyu veya çapraz bağlantı gibi mantıksal kaynakları ayırır; ayrı fiziksel kablo şart değildir.

   Ayrılan kanal kaynakları oturum süresince başka trafiğe kapalı olabilir; kesin paylaşım ve koruma yöntemi devre teknolojisine bağlıdır.

   Süreç üç aşamadan oluşur.

   Birincisi, devre kurulumu: ağ, kaynaktan hedefe tam bir yol bulur ve ayırır.

   İkincisi, veri aktarımı: bilgi, ayrılmış yol boyunca sürekli olarak akar.

   Üçüncüsü, devre serbest bırakma: oturum sona erdiğinde yol üzerindeki tüm kaynaklar serbest bırakılır.

   Tarihsel TDM-PSTN klasik devre örneğidir; güncel NGN ses taşıması paket tabanlı da olabilir.

   G.711 PCM klasik olarak 64 kbit/s ses kanalı kullanır; codec, erişim ve çekirdek taşıma güncel telefon ağlarında farklı olabilir.

   Devre anahtarlamanın önemli avantajları vardır.

   Başarılı kabulden sonra ayrılmış kapasite kuyruk rekabetini azaltır; kurulum engellemesi, tesis arızası ve uçtan uca performans yine tasarıma bağlıdır.

   Devre kuyruk gecikmesi değişimini sınırlayabilir; yayılım, codec, çerçeveleme ve anahtarlama gecikmeleri kalır.

   Kaynak ayırma öngörülebilirliği destekler; uçtan uca QoS ancak kapasite, saat, koruma ve SLA koşulları birlikte sağlanırsa garanti edilebilir.

   Kurulmuş devrede her veri birimine ağ adresi eklenmeyebilir; çerçeveleme, senkronizasyon ve sinyalleşme ek yükü yine vardır.

   Ancak devre anahtarlamanın önemli dezavantajları da vardır.

   Sabit ayrılmış kapasite, burst veya sessizlik ağırlıklı trafikte düşük kullanıma yol açabilir; bu her devre uygulamasının tek ya da en büyük sorunu değildir.

   Klasik sabit TDM kanalında sessizlikte zaman dilimi ayrılmış kalabilir; konuşma etkinliği bastırma ve paket ses bunu farklı yönetir.

   Konuşma etkinliği codec, dil, kullanıcı ve ölçüm yöntemine göre değişir; tek bir yüzde evrensel tasarım girdisi değildir.

   İletişim başlamadan önce kurulum süresi gereklidir.

   Korumasız devre yol arızasında kesilebilir; koruma anahtarlaması, yedek devre veya yeniden kurulum sonucu değiştirebilir.

   Sesli anlatım metni

   Devre anahtarlama ile başlayalım. Devre anahtarlamada, iletişim başlamadan önce gönderici ile alıcı arasında özel bir fiziksel yol kurulur. Devre adı verilen bu yol, görüşme veya oturum süresince münhasır olarak ayrılmış kalır. Süreç üç aşamadan oluşur. Birincisi, devre kurulumu: ağ, kaynaktan hedefe tam bir yol bulur ve ayırır. İkincisi, veri aktarımı: bilgi, ayrılmış yol boyunca sürekli olarak akar. Üçüncüsü, devre serbest bırakma: oturum sona erdiğinde yol üzerindeki tüm kaynaklar serbest bırakılır. Geleneksel telefon ağı, Pi Es Ti En, klasik örnektir. Bir telefon görüşmesi yaptığınızda, ağdaki anahtarlar telefonunuzdan karşı telefona 64 kilobit hızında özel bir kanal oluşturur. Devre anahtarlamanın önemli avantajları vardır. Görüşme sırasında tıkanıklık olmadan garantili bant genişliği sağlar. Gecikme çok düşük ve sabittir, bu da gerçek zamanlı ses için idealdir. Yol özel olduğu için hizmet kalitesi garanti edilir. Her veri parçası için adres ek yükü yoktur. Ancak devre anahtarlamanın önemli dezavantajları da vardır. En büyük sorun bant genişliği israfıdır. Bir ses görüşmesindeki sessizlik dönemlerinde devre ayrılmış kalır ama yararlı veri taşımaz. Araştırmalar tipik bir telefon görüşmesinde her yönün zamanın yaklaşık yüzde 50'sinde sessiz olduğunu göstermektedir. İletişim başlamadan önce kurulum süresi gereklidir. Ve devre savunmasızdır: yoldaki herhangi bir bağlantı koparsa tüm bağlantı düşer.

3. 3. Paket iletiminde başlık, sıra, hata ve yeniden iletim sorumluluklarını katmanlara ayır

   

   Şimdi paket anahtarlamayı inceleyelim.

   Paket anahtarlamada, veri paket adı verilen küçük birimlere bölünür.

   Paket başlığı protokole özgü kontrol alanları taşır; IP'de evrensel mesaj sıra numarası yoktur, sıra/güvenilirlik çoğunlukla taşıma veya uygulama katmanındadır.

   Paketler ağ üzerinden bağımsız olarak gönderilir.

   IP yönlendiricileri hedef önek ve iletim tablosuna göre sonraki hop'u seçer; ağdaki her düğüm yönlendirici değildir.

   Depola-ilet yaklaşımı alım, işlem, kuyruk ve çıkış iletimini içerir; her hop'ta tam paket hata denetimi evrensel değildir ve bazı anahtarlar cut-through kullanır.

   Paketler farklı yollar izleyebilir, ancak akış tabanlı yük dengeleme aynı akışı aynı yolda tutabilir; rota/ECMP değişimleri yeniden sıralama oluşturabilir.

   IP parça birleştirme ile uygulama mesajı/sıralı akış farklı işlevlerdir; TCP güvenilir sıralı byte stream sağlar, UDP bunu sağlamaz.

   Paket anahtarlamanın en önemli avantajı istatistiksel çoklama'dır.

   Birden fazla kullanıcı aynı ağ bağlantılarını paylaşır.

   Bir kullanıcı veri göndermiyorken diğerleri o bant genişliğini kullanabilir.

   İstatistiksel çoklama, hedef hizmet düzeyi ve yük altında burst web/e-posta/dosya trafiğinde ayrılmış kapasiteden daha yüksek kullanım sağlayabilir.

   Ancak paket anahtarlamanın kendi zorlukları vardır.

   Jitter gecikmenin kendisi değil paket gecikmesi değişimidir; aynı rotadaki değişen kuyruklar veya rota değişimleri kaynak olabilir.

   Tıkanıklık sırasında, yönlendiriciler tampon bellekleri taşarsa paketleri düşürebilir.

   Kayıp kurtarma kullanılan protokole bağlıdır: TCP yeniden iletir; UDP uygulaması FEC, yeniden iletim veya kayıp gizleme seçebilir.

   Ayrıca ek yük vardır: her paket başlık bilgisi taşır, bu da etkin veri verimini azaltır.

   Sesli anlatım metni

   Şimdi paket anahtarlamayı inceleyelim. Paket anahtarlamada, veri paket adı verilen küçük birimlere bölünür. Her paket, hedef adresi, sıra numarası ve diğer kontrol bilgilerini içeren bir başlık taşır. Paketler ağ üzerinden bağımsız olarak gönderilir. Yönlendirici adı verilen her düğüm, paket başlığını inceler ve yönlendirme tablolarına göre bir sonraki düğüme iletir. Buna sakla ve ilet denir: yönlendirici tüm paketi alır, kısa süre depolar, hata kontrolü yapar ve ardından iletir. Aynı mesajın farklı paketleri farklı yollar izleyebilir ve sırasız olarak varabilir. Hedef, sıra numaralarını kullanarak paketleri doğru şekilde yeniden birleştirir. Paket anahtarlamanın en önemli avantajı istatistiksel çoklama'dır. Birden fazla kullanıcı aynı ağ bağlantılarını paylaşır. Bir kullanıcı veri göndermiyorken diğerleri o bant genişliğini kullanabilir. Bu, paket anahtarlamayı web tarama, e-posta ve dosya aktarımı gibi kesintili veri trafiği için devre anahtarlamadan çok daha verimli kılar. Ancak paket anahtarlamanın kendi zorlukları vardır. Paketler, titreşim adı verilen değişken gecikme yaşayabilir, çünkü her paket farklı bir rota izleyebilir veya farklı kuyruklarda bekleyebilir. Tıkanıklık sırasında, yönlendiriciler tampon bellekleri taşarsa paketleri düşürebilir. Kaybolan paketlerin yeniden iletilmesi gerekir, bunu Ti Si Pi taşıma katmanında halleder. Ayrıca ek yük vardır: her paket başlık bilgisi taşır, bu da etkin veri verimini azaltır.

4. 4. Devre, paket, DiffServ ve MPLS'yi trafik ve SLA hedefleriyle karşılaştır

   

   Şimdi devre anahtarlama ile paket anahtarlamayı yan yana karşılaştıralım.

   Devre kurulumda bir kanal/yol ayırır; paket iletiminde datagram rotası dinamik olabilir, fakat akışlar sabit/etiketli yollar üzerinde de taşınabilir.

   Bant genişliği kullanımı: devre anahtarlama sessizlik sırasında bile bant genişliği ayırır; paket anahtarlama istatistiksel çoklama ile bant genişliğini dinamik olarak paylaşır.

   Devre ayrılmış kapasiteyle kuyruk değişimini azaltabilir; paket kuyruk gecikmesi yüke bağlıdır. Her ikisinde yayılım ve işlem gecikmesi ölçülür.

   Dayanıklılık topoloji ve korumaya bağlıdır: devre koruma anahtarlaması, paket yeniden yönlendirmesi kullanabilir; ikisi de anlık veya kayıpsız olmak zorunda değildir.

   QoS için kaynak, kabul, zamanlama ve politika gerekir; DiffServ sınıf davranışı, MPLS etiket yolu/TE sağlar ama adları tek başına uçtan uca garanti değildir.

   Kaynak ayırmalı devre, öngörülebilir kapasite isteyen bazı gerçek zamanlı hizmetlerde uygundur; seçim codec, yük, SLA ve tesisle yapılır.

   Paket anahtarlama burst veri ve çoklu hizmetlerde esnektir; gerçek zamanlı trafik de yeterli kapasite, kuyruk ve uç mekanizmalarıyla paket üzerinde taşınabilir.

   Modern internet paket anahtarlama kullanır.

   VoIP paket taşıma üzerinde codec, playout/jitter tamponu, kayıp yönetimi ve gerekirse alan-içi QoS araçları kullanır; düşük gecikme yalnız işaretlemeyle garanti edilmez.

   Modern ağlar paket taşıma ile kaynak ayırma, trafik mühendisliği, koruma ve tamponlamayı gereksinime göre birleştirir; tek kazanan özeti eksiktir.

   Sesli anlatım metni

   Şimdi devre anahtarlama ile paket anahtarlamayı yan yana karşılaştıralım. Yol açısından: devre anahtarlama özel, sabit bir yol kullanır; paket anahtarlama her paket için dinamik ve farklı olabilecek rotalar kullanır. Bant genişliği kullanımı: devre anahtarlama sessizlik sırasında bile bant genişliği ayırır; paket anahtarlama istatistiksel çoklama ile bant genişliğini dinamik olarak paylaşır. Gecikme özellikleri: devre anahtarlama sabit ve düşük gecikme sağlar; paket anahtarlamada gecikme ağ yüküne bağlı olarak değişir. Güvenilirlik: devre anahtarlamada tek bir bağlantı arızası tüm görüşmeyi keser; paket anahtarlamada paketler arızaların etrafından yeniden yönlendirilebilir. Hizmet kalitesi: devre anahtarlama hizmet kalitesini garanti eder; paket anahtarlama hizmet kalitesi için Dif Serv veya Em Pi El Es gibi ek mekanizmalar gerektirir. En uygun kullanım alanları: devre anahtarlama, sabit gecikme ve garantili bant genişliğinin önemli olduğu gerçek zamanlı ses için idealdir. Paket anahtarlama, verimlilik ve esnekliğin sabit gecikmeden daha önemli olduğu veri uygulamaları için idealdir. Modern internet paket anahtarlama kullanır. Ancak internet üzerinden yapılan modern ses görüşmeleri, Vo Ay Pi, sesin gerektirdiği düşük gecikmeyi elde etmek için özel hizmet kalitesi mekanizmalarıyla paket anahtarlama kullanır. Yani eğilim nettir: paket anahtarlama kazanmıştır, ama ihtiyaç duyulduğunda devre benzeri garantiler üstüne eklenir.

5. 5. Modern ses taşımasını semantik, trafik, kaynak ve dayanıklılık kapılarıyla toparla

   

   Bugünkü dersimizi özetleyelim.

   Bağlantı yönelimli iletişim veri öncesinde protokol durumunu kurar; ayrılmış ağ yolu zorunlu değildir.

   Bağlantısız iletişim her paketi bağımsız olarak gönderir.

   Devre anahtarlama oturum için belirli kanal kaynakları ayırır; bunlar ayrı fiziksel yol olmak zorunda değildir.

   Devre kaynak ayırma öngörülebilir kapasite ve düşük kuyruk değişimi sağlayabilir; uçtan uca gecikme/tıkanıklık sonucu kabul ve tesis tasarımına bağlıdır.

   Devrede düşük kullanım ve kurulum engellemesi olabilir; arıza etkisi koruma/yedekleme mimarisine bağlıdır.

   Paket anahtarlama veriyi bağımsız hareket eden paketlere böler.

   Paket ağlar burst trafiği istatistiksel çoklar ve yeniden yönlendirme sağlayabilir; verim ve dayanıklılık yük, protokol ve topolojiye bağlıdır.

   Paket ağda yüke bağlı gecikme, gecikme değişimi, kayıp ve başlık ek yükü oluşabilir; hedefler kuyruk ve protokol tasarımıyla yönetilir.

   Tarihsel PSTN TDM devre kullanmıştır; güncel telefon hizmetleri paket tabanlı NGN/IMS çekirdekleri ve geçitler de kullanır.

   İnternet paket anahtarlama kullanır.

   Modern ağlar paket taşıma, rezervasyon, zamanlama, trafik mühendisliği ve korumayı hedef SLA'ya göre birleştirir; otomatik olarak bütün üstünlükleri elde etmez.

   Bir sonraki derste Pi Es Ti En altyapısını detaylı olarak inceleyeceğiz: anahtarlama merkezleri hiyerarşisi, yerel döngüler, trunk hatları ve telefon görüşmelerini mümkün kılan sinyalleşme sistemleri.

   Sesli anlatım metni

   Bugünkü dersimizi özetleyelim. Bağlantı yönelimli iletişim, veri akmadan önce bir yol kurar. Bağlantısız iletişim her paketi bağımsız olarak gönderir. Devre anahtarlama tüm oturum boyunca özel bir yol oluşturur. Avantajları: garantili bant genişliği, düşük sabit gecikme, tıkanıklık yok. Dezavantajları: sessizlikte bant genişliği israfı, kurulum süresi, tek nokta arızası. Paket anahtarlama veriyi bağımsız hareket eden paketlere böler. Avantajları: istatistiksel çoklama ile verimli bant genişliği paylaşımı, bağlantı arızalarına dayanıklılık, esneklik. Dezavantajları: değişken gecikme ve titreşim, olası paket kaybı, başlık ek yükü. Pi Es Ti En devre anahtarlama kullanır. İnternet paket anahtarlama kullanır. Modern ağlar her iki yaklaşımı da birleştirerek her iki dünyanın en iyisini elde eder. Bir sonraki derste Pi Es Ti En altyapısını detaylı olarak inceleyeceğiz: anahtarlama merkezleri hiyerarşisi, yerel döngüler, trunk hatları ve telefon görüşmelerini mümkün kılan sinyalleşme sistemleri.

Kaynak video: Haberleşme Temelleri #15 — Devre Anahtarlama ve Paket Anahtarlama (7:24)