Hálózati és Szolgáltatási Architektúrák Architectures of Networks and Services

Átírás

1 Hálózati és Szolgáltatási Architektúrák Architectures of Networks and Services Mérnök informatikus szak, MSc képzés Hálózatok és szolgáltatások szakirány 1. alkalom (előadás) február 11., hétfő, IB.145, 10:15-11:45 Dr. Cinkler Tibor cinkler()tmit.bme.hu Egyetemi Docens BME TMIT TMIT: Távközlési és Médiainformatikai Tanszék

2 2

3 3

4 4

5 5

6 Előadás és gyakorlat Hétfőnként előadás 13 alkalom (ápr1 Húsvét hétfő) Páratlan naptári egyben páratlan oktatási heteken péntekenként szemináriumok, melyeket a hallgatók tartanak! 7 alkalom Témákat válasszunk! (Pénteken beszéljük meg.) PPT, kb 45 perc előadás jut 1-2 főre. 6

7 1. Introduction (Bevezető) Increasingly more terminals (Egyre több végberendezés) Increasingly more Traffic (Forgalom) Increasingly more Network Capacity (Kapacitás) Increasingly more revenue (Nyereség) Revenue earned mostly by services, not by leasing network capacity 7

8 the number of IP addresses that have been assigned a name Hálózatba kötött munkaállomások száma július: 681,064, augusztus 213 8

9 2012 9

10

11 (2009 dec) Germany: Hosts: 19,588,493 Growth speed: 4.13% People per hosts: 4.19 Hungary: Hosts: 1,637,265 Growth speed: % People per hosts: 6.03 Denmark: Hosts: 3,358,350 Growth speed: -2.84% People per hosts: 0.87 Netherlands: Hosts: 8,204,168 Growth speed: 9% People per hosts: 1.92 Italy: Hosts: 12,221,061 Growth speed: -6.99% People per hosts: 4.75 Total: Hosts: 106,247,471 Growth speed: -1.25% Web sites: 1,602,583 11

12 (2010 dec) Germany: Hosts: 17,349,965 Growth speed: -5.51% Web sites: 212,572 Hungary: Hosts: 2,659,564 Growth speed: 5.1% Web sites: 315,287 Denmark: Hosts: 3,618,545 Growth speed: -0.1% Web sites: 7,598 Netherlands: Hosts: 11,638,982 Growth speed: -3.02% Web sites: 148,785 Italy: Hosts: 15,593,354 Growth speed: % Web sites: 765,782 Total: ( Hosts: 130,972,222 Growth speed: -2.16% Web sites: 3,778,250 12

13 BIX: Budapest Internet Exchange) ( Prevent... loading international connections of the Internet service providers Provide platform for exchanging traffic between different Internet service providers 1 Gbps (full duplex) capacity to the BIX service access point at Budapest, XIII. Victor Hugo u ISzT (Internet Szolgáltatók Tanácsa - Council of Hungarian Internet Service Providers) There are several connection types to establish a new BIX connection as follows: 100 Mbps, Gigabit Ethernet port with SFP SX/LX optics 100 Mbps, Gigabit Ethernet port with SFP ZX optics 1 Gbps, Gigabit Ethernet port with SFP SX/LX optics 1 Gbps, Gigabit Ethernet port with SFP ZX optics 10 Gbps, 10GE port with XFP SR/LR optics 10 Gbps, 10GE port with XFP ER optics 13

14 - history BIX reached the 50Gbit/sec aggregated traffic. At 6th of September the BIX total aggregated traffic was 50.9Gbit/sec, and 8.2MPacket/s. With this traffic currently BIX is the biggest Internet exchange in the Central and East European region, and 5th in Europe New server for Today we have installed a new Dual Intel Xeon Processor based IBM server. From now, the webpage, and the on-line generated network statistic graphs displayed much faster ISZT BIX Node upgrades: One new CISCO Catalyst 6509 (SUP720) switch installed in the ISZT Node, so the BIX core now have two active switch. Between the core switches there is a 40Gbit/sec connection. Now the current member port capacity on the ISZT node is: 24x 10GE (XENPAK), 48x GE (SFP) and 96x FE (100BaseT) port The first IPv6 peering started on the BIX. The upgrade of the route servers and the Looking Glass page finished, now it supports the IPv6. The first two IPv6 members who has IPv6 peering are the Hungarnet and the ISZT. 14

15 current: 2011 feb BIX enlargement: Two new locations added to the BIX: From 1st september 2010 the same services are available in the new Dataneum and Dataplex co-location facility as in the current central location at Victor Hugo street. The tree sites form a fully redundant, geographically distributed core system under the management of ISZT. BIX members are free to join one or more PoPs in order to provide more reliability. For further information please use the contacts. 15

16 16

17 IPv4 Yearly Graph (1 day averages) Weekly Graph (30 minute averages) Forrás:

18 IPv4 1-Month and 3-Year Graph Forrás: 18

19 IPv4, éves, 3éves 19

20 IPv6 Yearly Graph (1 day averages) Daily Graph (5 minute averages) Forrás: IPv4 150 Gbit/s!!! x több!!! 20

21 IPv6 Yearly Graph (1 day averages) Daily Graph (5 minute averages) Forrás:

22 2013 IPv4 és IPv6 22

23 23

24 The maximum and minimum daily traffic volume on the IX backplane in bits per second. 24

25 25

26 Távközlési szolgáltatások fejlődése Service Provision Technologies for Next Generation Communications Edited by: Kenneth J. Turner, Evan H. Magill, David J. Marples John Wiley & Sons,

27 Sávszélességéhes alkalmazások Peer-to-Peer (BitTorrent, és tömérdek más...) GRID, Cluster, Cloud SAN, osan (adattár) Audio and Video Broadcast (műsorszétosztás/szórás) VoD (video) (youtube.com), HDTV, 3DTV, 4k UHDTV ( ) VoIP (beszéd) (skype, stb.) Twitter Facebook 27

28 Sávszélességéhes alkalmazások Peer-casting On-line gaming Web-Desktop/Office Web 2.0, Web 3.0 Semantic Web Service-Oriented Architecture (SOA) Network computing Virtualisation of resources and services Telemedicine (Távorvoslás) Distant Learning (Távoktatás) Video Conferencing (Videokonferencia) Stb. 28

29 29

30 HDTV variációk 1920 x 1080 HDTV 4k UHD ( ) 7680 x 4320 UHD TV (Super Hi-Vision or Ultra HD ) 8K UHD which is 7680 pixels x, 4x 60 FPS (frames per second) September 29th, 2010 the NHK and BBC successfully broadcast a Super Hi-Vision signal from England to Japan. 20 minutes (requiring 4 terabytes) 30

31 Digital Broadcast Standards 31

32 HDTV magyarországon: Magyarországon jelenleg HD adást műholdon, kísérleti rendszerben földfelszínen sugárzott csatornákon, illetve egyes kábelszolgáltatók által lehet nézni Magyar nyelvű HD csatornák Duna Televízió HD[1][2][3] HBO HD National Geograpic HD The History Channel HD m1 HD m2 HD ATV HD Filmbox HD Eurosport HD Spektrum HD DIGI sport HD Budapesten 2008 augusztus elejétől kísérleti adásként DVB-T rendszerben az m1 HD minőségben vehető. Ezzel egy időben optikai kábelen elérhetővé tették a kábeltévék számára is. 32

33 Capacity of all person-interfaces vs. Network capacity? Total bandwidth requirement: Population: Bandwidth per person: 10 9 bit/s Fiber capacity: bit/s/cable 10 3 fiber/cable 10 3 /fiber 10 9 bit/s/ Each connection uses every 10-4 th link I.e., we have technology for enough capacity today 33

34 Capacity of all person-interfaces HTE hírlevél 2010 január 1 Index Napi 34 GigaByte Adatot fogyasztunk Az elmúlt 30 évben 350%-kal nőt a fogyasztásunk USA-ban (University of California eredményei) 5 óra TV 2.2 óra rádió 2 óra Internet 1 óra videojátékok 36 perc olvasás kép, hang, játákok, stb Eszerinnt 10 Gbit Ethernet / fő sem elég... 34

35 MON-LHON Positioning OR: Access Metro Metro-Aggregation Metro-Core Core or Backbone OR: Metro Access First mile access Metro aggregation Core HORIZONTAL STRUCTURE Source: ITU-T: 35

36 Hálózati és Szolgáltatási Architektúrák Architectures of Networks and Services Mérnök informatikus szak, MSc képzés Hálózatok és szolgáltatások szakirány 2. alkalom (előadás) február 18., hétfő, IB.145, 10:15-11:45 Dr. Cinkler Tibor cinkler()tmit.bme.hu Egyetemi Docens BME TMIT Tel: 1861, IE.319B TMIT: Távközlési és Médiainformatikai Tanszék

37 Mi ez? Üdvözöljük Budapest lakosságát. Üdvözöljük olyan szokatlan módon, mely páratlan a világon. Üdvözöljük az első várost, amelyből a telefonhírmondó az egész világon győzedelmes útjára indul százhúsz éve, február 15-én indult Budapesten a Telefonhírmondó 37

38 1897-ből való program, vagy ahogy akkor nevezték, napirend: Tőzsdejelentés Hírlapszemle, érdekesebb hírek, táviratok Tőzsdejelentés Helyi és színházi hírek, sport Tőzsdejelentés Országgyűlési hírek Udvari, politikai, katonai hírek Tőzsdejelentés Ismétlés az eddig olvasott érdekes hírekből Törvényhatósági hírek, táviratok Helyi hírek Tőzsdejelentés Érdekesebb tárcák felolvasása Pontos idő, időjárás, törvényszéki vegyes hírek Tőzsdejelentés Bécsi lapok hírei, pénzügyi és gazdasági hírek Színház, sport, művészet, divat, irodalmi műsorok. Helyi hírek Az angol, francia és olasz nyelv rendszeres előadása és tanítása; éspedig: angol nyelv = hétfőn, szerdán, pénteken francia nyelv = hétfőn, szerdán, pénteken olasz nyelv = kedden, csütörtökön, szombaton minden csütörtökön gyermekdélután tól időnként operaközvetítés 38

39 120 éves a telefonhírmondó talalmany-120-eves-a-radiozas-elodje-- video.html A hírmondó huszonöt előfizetővel indult, de ez a szám egy évvel utóbb már hétszázra, újabb egy esztendő múlva pedig ötezerre nőtt, 1900-ban pedig már 6437-en igényelték e szolgáltatást havonta egy forint ötven krajcár előfizetési díj ellenében. Operaház,népszínház: négy-négy mikrofont helyeztek el, amelyek tisztán továbbították a zene- és énekhangokat 39

40 Története Első operaközvetítés 1896 Ekkor már 750 kilométeres saját hálózattal A feltaláló Puskás Tivadar alig egy hónapig vezethette a vállalkozást, mivel március 16-án meghalt. Szinkronizálás: 1911-ben szerelték fel a pontos idő jelzésére szolgáló óraüzemet a rádiókészülékek rohamos elterjedésével az előfizetők száma egyre apadt, ezért 1943-ban a magán vevőkészülékeket leszerelték, kizárólag közületek, kórházak tartottak fenn néhány vonalat. A második világháború után, a magyar rádiózás újjáalakulásakor már nem hívták ismét életre a szolgáltatást. 40

41 Network Architecture (folytatás múlt óráról...) Access/Aggregation: LAN (Eth, GbE, 10GbE), xdsl, Cable Modem, FTTx, PLC,... PON (EPON, GPON,WDM PON, OCDM PON ) DECT, GSM, HSCSD, GPRS, EDGE, 3G (UMTS, CDMA2000), HSPA (HSUPA/HSDPA), HSPA+, 4G LTE, LTEadvanced... WLAN: WiFi (IEEE a,b,g) ( Wireless MAN: WiMAX (IEEE ) ( p2p microwave, terrestrial, satellite(inmarsat, Iridium, Thuraya,), free space optics, etc. METRO: SDH, METRO Ethernet (STP, RSTP, MSTP), ATM, MPLS, METRO Access/Aggregation: aggregate the traffic from access networks classical approaches (SONET/SDH aggregation rings, (RPR), Full Ethernet, Pt2Pt Optical Ethernet) METRO Core: ROADM with CWDM or DWDM Transport (Backbone, Core) (ng)sdh/sonet, DW/OTN, ASON/ASTN, GMPLS (MPLS-TP)... 41

42 Circus viciosus 1. Content and Service Price! 3. Transport 2. Access 42

43 Internet Architektúra téma vázlat Útvonalválasztók (Router) Routerek összekötése Kolokáció Peering és Transit Depeering Tier 1, 2, 3 45

44 Router (/'rautər/ in the USA and Canada, /'ru:tə/ in the UK and Ireland) Core and Edge Internet core link speeds are 10 Gbit/s (STM-64, OC-192, STS-192) 40 Gbit/s (STM-256, OC-768, STS-192) ISP: Internet Service Provider A company that offers its customers access to the Internet Interconnected physically, running BGP Autonomous System (AS) is a collection of connected IP routing prefixes under the control of one or more network operators that presents a common, clearly defined routing policy to the Internet, cf. RFC 1930, Section 3. PoP: an artificial demarcation point or interface point between communications entities ( Internet exchange points (IX, IXP, régen NAP: Network Access Point) colocation centres ( Single-Homing, Dual-Homing, Multi-Homing A multihomed Autonomous System is an AS that maintains connections to more than one other AS. 46

45 Colocation center a type of data centre where multiple customers locate network, server and storage gear and interconnect to a variety of telecommunications and other network service provider(s) with a minimum of cost and complexity. Most Internet exchange points provide colocation. Advanteges Shared data centre infrastructure cheaper Lower latency faster access Greater bandwidth 47

46 Kiknek kell kolokációs központ? Major types of colocation customers are: Web commerce companies, who use the facilities for a safe environment and costeffective, redundant connections to the Internet Major enterprises, who use the facility for disaster avoidance, offsite data backup and business continuity Telecommunication companies, who use the facilities to interexchange traffic with other telecommunications companies and access to potential clients Követelmények: Hűtés, fűtés, páratartalom, tűzvédelem, beléptető rendszer, redundáns táp, statikus elektromosság védelem, stb. 48

47 pont_kolokacios_kozpont_szerver_hosting.html, január 22. alapterülete 8800 négyzetméterről négyzetméterre bővül Európában mintegy 500 ezer négyzetméternyi adatközpont üzemel, 40 százalékuk London körzetében. A további hot spotok közé tartozik még Párizs, Frankfurt, és néhány más város is, de a mostani bővítéssel Budapest is felkerülhet a térképre: regionális szinten fővárosunk már most is első, de a Dataplex bővítésével már egész Európát tekintve is a tíz legnagyobb között lesz a kapacitást tekintve. A Dataplex teljes energiaszükséglete egy Szolnok vagy Szombathely méretű városénak felel meg: tavalyi ottjártunkkor kiderült, hogy az energiaköltség az éves bevétel mintegy felét teszi ki, ami nagyjából másfél milliárd forintot jelent. 49

48 Routers Provider Edge Router: Placed at the edge of an ISP network, it speaks external BGP (ebgp) to a BGP speaker in another provider or large enterprise Autonomous System (AS). Subscriber Edge Router: Located at the edge of the subscriber's network, it speaks ebgp to its provider's AS(s). It belongs to an end user (enterprise) organization. Inter-provider Border Router: Interconnecting ISPs, this is a BGP speaking router that maintains BGP sessions with other BGP speaking routers in other providers' ASes. Core router: A router that resides within the middle or backbone of the LAN network rather than at its periphery. 50

49 Edge Router From SOHO (Small Office Home Office) to Enterprise Routers 51

50 Core Router A core router is a router designed to operate in the Internet backbone, or core. able to support multiple telecommunications interfaces of the highest speed in use in the core Internet and must be able to forward IP packets at full speed on all of them. It must also support the routing protocols being used in the core. Core router manufacturers Alcatel-Lucent Avici Systems Cisco Systems Huawei Technologies Ltd. Juniper Networks Nortel Networks 52

51 Core Routers Source: Cisco CRS-1 16-Slot Single-Shelf System is a massively scalable routing system that integrates multiple POP functions while providing the service flexibility, continuous system operation, and system longevity of the Cisco CRS-1 platform in a full-height configuration. The Cisco CRS-1 16-Slot Single-Shelf System: Consists of a single, 16-slot, 40-Gbps-perslot line-card shelf for a total switching capacity of 1.2 Tbps Features a midplane design based on a linecard shelf built from a line-card chassis Protects investments by using modular services cards (MSCs) and physical layer interface modules (PLIMs) that are fully interchangeable across the CRS-1 product family Contains slots for 16 MSCs and eight fabric cards in the rear of the chassis, and 16 PLIMs, two route processors or additional distributed route processors, and two fan controllers in the front of the chassis Accommodates eight fabric cards in the rear of the chassis, which perform Stage 1, Stage 2, and Stage 3 switching, supporting service-intelligent fabric-based queuing and multicast replication 53

52 Core Routers Source: Terabit Switch cluster 3 configurations: 8003, a 3-slot chassis most commonly used for access or distribution / aggregation of switches; 8006, a 6-slot chassis for backbones of low density or high space premium; 8010, a 10-slot chassis for high availability and high scalability. 54

53 Hálózati és Szolgáltatási Architektúrák Architectures of Networks and Services Mérnök informatikus szak, MSc képzés Hálózatok és szolgáltatások szakirány 3. alkalom (előadás) február 25., hétfő, IB.145, 10:15-11:45 Dr. Cinkler Tibor cinkler()tmit.bme.hu Egyetemi Docens BME TMIT Tel: 1861, IE.319B TMIT: Távközlési és Médiainformatikai Tanszék

54 Gyakorlat / Szeminárium Beosztás 56

55 Vizsgaidőpontok ( péntek elővizsga???) hétfő hétfő

56 Transit vs. Peering Internet architektúra lényege Peering is voluntary interconnection of administratively separate Internet networks for the purpose of exchanging traffic between the customers of each network. The pure definition of peering is settlement-free or "sender keeps all" meaning that neither party pays the other for the exchanged traffic, instead, each derives revenue from its own customers. Two networks exchange traffic between each other's customers freely, and for mutual benefit. Transit provider: pay money (or settlement) to another network for Internet access (or transit) Only ISPs as customer Charge transit fee 58

57 Depeering peering is the voluntary and free exchange of traffic between two networks, for mutual benefit. If one or both networks believe that there is no longer a mutual benefit, they may decide to cease peering: this is known as depeering. Some of the reasons why one network may wish to depeer another include: A desire that the other network pay settlement, either in exchange for continued peering or for transit services. A belief that the other network is "profiting unduly" from the settlement free interconnection. Concern over traffic ratios, which related to the fair sharing of cost for the interconnection. A desire to peer with the upstream transit provider of the peered network. Abuse of the interconnection by the other party, such as pointing default or utilizing the peer for transit. Instability of the peered network, repeated routing leaks, lack of response to network abuse issues, etc. The inability or unwillingness of the peered network to provision additional capacity for peering. The belief that the peered network is unduly peering with your customers. Various external political factors (including personal conflicts between individuals at each network). 59

58 Point Default Only send us traffic that destined for the prefixes we announce to you. Do not point default at us or use static routes to send us traffic that does not match the routes we announce to you. Hurricane Electric 2.6. Neither Network shall point default into or transit the other Network where that network has not advertised a route for the destination in question. AboveNet Rules_of_the_Road_- _Dont_Abuse_Peering_Clauses.html 60

59 PEERING POLICY: Don t Abuse Peering _Dont_Abuse_Peering_Clauses.html The following are snippets of Peering Policy Clauses found in the Peering Rules of the Road - A Brief Study of Peering Policies study. Clauses were categorized and put into rough categories for comparison. Here are the clauses we categorized as Don t Abuse Peering Excerpts from Peering Polices Peers must not utilize any form of gateway of last resort or default route that is directed at Speakeasy. SpeakEasy Only send us traffic that destined for the prefixes we announce to you. Do not point default at us or use static routes to send us traffic that does not match the routes we announce to you. Hurricane Electric 2.6. Neither Network shall point default into or transit the other Network where that network has not advertised a route for the destination in question. AboveNet Each Internet Network must set next hop to be itself, the advertising router of the network. Each Internet Network will propagate such routes to its transit customers with its own router as next hop. Verizon Each Internet Network will restrict its advertisements to non-transit routes originating within the geographic region for which peering is established and will not propagate the received route announcements outside such region. Verizon note, more like keeping announcements in region... 61

60 Transit vs Peering ( 62

61 Tier 1, 2, 3 ISPs Source: api.ning.com 63

62 Tier 1, 2,

63 ISP hierarchy: Tier 1, Tier 2, Tier 3 Tier 1 networks are those networks that don't pay any other network for transit yet still can reach all networks connected to the Internet. A Tier 1 is constantly faced with customers trying to bypass it, and this is a threat to its business. (de-peering). ( A Tier 2 Network is an Internet service provider who engages in the practice of peering with other networks, but who still purchases IP transit to reach some portion of the Internet. Tier 3 is sometimes also used to describe networks who solely purchase IP transit from other networks (typically Tier 2 networks) to reach the Internet. Single or Dual Homing. (depeering) Nice maps at: 65

64 ISP hierarchy: Tier 1, Tier 2, Tier 3 Tier 1 networks usually have only a small number of peers (typically only other Tier 1s and very large Tier 2s), while Tier 2 networks are motivated to peer with many other Tier 2 and enduser networks. Thus a Tier 2 network with good peering is frequently much "closer" to most end users or content than a Tier 1. By definition, there are networks which Tier 1 networks have only one path to, and if they lose that path, they have no "backup transit" which would preserve their full connectivity. Some Tier 2 networks are significantly larger than some Tier 1 networks, and are often able to provide more or better connectivity. Only Tier 3 networks (who provide Internet access) are true "resellers", while many large Tier 2 networks peer with the majority or even vast majority of the Internet directly except for a small portion of the Internet which is reached via a transit provider. ( 66

65 Tier 1 Networks (2010 legelején) The 9 Tier 1 Networks ( The 10th Tier 1 Network? 67

66 Tier 1 Networks 1 évvel később (2011 feb)... The 12th Tier 1 Network? 68

67 Tier 1 Networks 2 évvel később (2012 feb)... 69

68 És 2013 februárban NameHeadquartersAS numberjanuary 2011 degree[2][3]peering policy AT&T Inc.USA AT&T Peering policy CenturyLink (formerly Qwest and Savvis)USA209 / North America; InternationalDeutsche Telekom AG (now known as International Carrier Sales & Solutions (ICSS))Germany DTAG Peering DetailsXO CommunicationsUSA XO Peering Policy Telecom Italia Sparkle (Seabone)Italy Seabone Peering PolicyInteliquent (formerly Tinet)USA Inteliquent Peering Policy Verizon Business (formerly UUNET)USA Verizon UUNET Peering policy 701, 702, 703 SprintUSA TeliaSonera International CarrierSweden TeliaSonera International Carrier Global Peering Policy NTT Communications (formerly Verio)Japan Level 3 Communications (formerly Level 3 and Global Crossing)USA3356 / 3549 / 14402Level 3 Peering Policy Tata Communications (formerly Teleglobe)India Peering Policy TelefonicaSpain Peering Policy Zayo Group formerly AboveNetUSA AboveNet Peering Policy 70

69 Friss lista régiókra bontva 47-et sorolnak fel! Tier: Magyarul: sor, rend USA: ti:'r UK: tɪər 71

70 -viewer-ipv4-top jpg 72

71 ISP osztályozás Kovács Tamás Majdán András a szolgáltatók Tier besorolása nem triviális Tier1 besorolás egyszerű megközelítése: o o o o nagy forgalom nagy kapacitás széles vásárlókör nagy számú AS a hálózatban Nem a méret a lényeg: hozzáférnek a teljes routing táblához 1 vagy 2 AS kontinensenként, ideális esetben 1 világszerte nemzetközi üvegszálas hálózat adatcsere vásárlókkal és peer-ekkel az egész világon 73

72 ISP osztályozás caida.org CAIDA, the Cooperative Association for Internet Data Analysis, provides tools and analyses promoting the engineering and maintenance of a robust, scalable global Internet infrastructure. Saját szempontrendszer szerint rangsorolt ISP-k 74

73 ISP osztályozás caida.org 75

74 ISP osztályozás caida.org Egy szkript segítségével kétféle módon végzik: degree based AS based Metric Ases Prefixes Description number of ASes in the customer cone (ASes that can be reached from a given AS by following c2p links first through to its customers, then on to its customers' customers, and so on) number of unique prefixes announced by all ASes in the customer cone /24 number of unique /24 prefixes in the IP address space covered by the customer cone Degree number of unique ASes connected to this AS via any kind of links (p2c, c2p, p2p, or s2s) 76

75 77

76 Level3 Nemrégiben a Renesys Észak-Amerika és Európa elsőszámú szolgáltatójának minősítette A világ legnagyobb, legfejlettebb Tier1 Telco hálózatát üzemelteti A Renesys az első 10 ázsai szolgáltató közé sorolta CAIDA az első számú ISPnek rangsorolta 78

77 79

78 Verizon 2000-ben jött létre a Bell Atlantic és a GTE egyesülésével Globális IP hálózata 446 ezer mérföld 2700 város, 150 ország 6 kontinensen A hálózat sebessége OC-192 kategóriájú Az első 10 legnagyobb ISP szolgáltató közé tartozik. 80

79 Forrás: isp-planet.com 81 81

80 Sprint A világ egyik legnagyobb Tier1 hálózata A gerinchálózaton több AS hálózati kapcsolat, mint bármely másikon Nagysebességű összeköttetések (OC- 192/STM64) 1. számú ISP Ázsiában, 2. Európában, Észak- Amerikában

81 Sűrűbb virtuális vagy logikai topológia A probléma szemléltetése fizikai hálózat 2. virtuális utak rendszere 3. virtuális topológia 83

82 Pl. hullámhossz-rendszer segítségével 84

83 Hálózati és Szolgáltatási Architektúrák Architectures of Networks and Services Mérnök informatikus szak, MSc képzés Hálózatok és szolgáltatások szakirány 4. alkalom (előadás) március 11., hétfő, IB.145, 10:15-11:45 Dr. Cinkler Tibor cinkler()tmit.bme.hu Egyetemi Docens BME TMIT Tel: 1861, IE.319B TMIT: Távközlési és Médiainformatikai Tanszék

84 Gyakorlat / Szeminárium Beosztás 86

85 Vizsgaidőpontok ( péntek elővizsga???) hétfő hétfő

86 Idáig jutottunk Múlt alkalom DRCN 2013 tutorial volt Mozilla Firefox OS (Zimányi Péter előadásához kötődik? Nem...) HTML 5 ( Facebook OS Ubuntu Tizen 88

87 Horizontal and Vertical structure Horizontal: Acces/Aggregation Metro Core Multi-Domain Tier3 Tier2 Tier1 (Transit) Multi-Domain Peering Multi-Vendor Multi-Provider Multi-Service Multi-Region Vertical: Interconnection or Integration Multi-Provider Multi-Service Multi-Region 89

88 Függőleges Tagoltság: Többrétegű hálózatok Egy rétegű hálózat: Gyenge granularitás: 1 fényszál: 1-10 Tbit/s (DWDM: λ) 1 λ csatorna: 2.5 vagy 10 Gbit/s 1 STM-64: 64 x STM-1 További rétegek a finomabb granularitáshoz Több rétegű hálózat: Bonyolult vezérlés és Menedzsment (Control & Management) Útvonalválasztás (Routing) Forgalomterelés (TE: Traffic Engineering) Hibatűrőképesség (Resilience) Kétszerezett vagy többszörözött funkciók 90

89 Beszéd, adat, adattárolás és video a nyilvános szállítóhálózaton Forrás: E.H. Valencia, M. Scholten, Z. Zhu: GFP, IEEE Communications Magazine May 2002 * Fényszálon közvetlenül is 91

90 Többrétegű adatátviteli architektúra Forrás: M. Scholten, Z. Zhu, E.H. Valencia, J. Hawkins: GFP, IEEE Communications Magazine May

91 Mi a forgalom-kötegelés (Traffic Grooming)? C A B D C A B D C A B D 93

92 GMPLS/ASTN Dinamikus (Kapcsolt) és Többrétegű Dynamic (switched) & Multilayer IETF GMPLS: Generalised Multiprotocol Label Switching ITU-T ASTN: Automatic Switched Transport Network PSC L2 TSC SC WBSC FSC (Packet Switching Capable, e.g., IP) (Layer 2 SC, e.g., GbEth) (TDM SC, e.g., SDH VC-4-4c) (Wavelength SC) (WaveBand SC) (Fiber SC) Számítógép hálózatok 25. alkalom vége. 94

93 Általánosított felülcimkézés Generalised Label Stacking Többrétegű architektúra Általánosított LSP-k Multilayer Architecture Generalised LSPs LSP fényszál fénykábel 95

94 Label Stacking or Swapping? Cimkecsere, vagy felülcímkézés? Más technológiákkal! LSP4 LSP3 LSP2 LSP1 LSP4 LSP1 LSP2 data Stacked Headers LSP3 96

95 MPLS történelem ATM MPOA MPLS MPLambdaS GMPLS T-MPLS MPLS-TP 97

96 MPLS MultiProtocol Label Switching (Többprotokollos címkekapcsolás) Egységes IP/MPLS kontroll Valamivel egyszerűbb mint ATM Csökkentett cimketér használat FEC révén (Forwarding Equivalence Class) Cimke lecserélés (Swapping) és többszintű felülcimkézés (Stacking) ATM-hez képest nem sok új Topológia-centrikus vagy forgalom-centrikus (vezérelt) QoS kérdések még nyitottak TE-t és VPN-t támogatja IPoMPLS: Peer Model! RSVP-TE CR-LDP 98

97 MPLS LER: Label Edge Router LSR: Label Switching Router FEC: Forwarding Equivalence Class LSP: Label Switched Path Label Swapping IP Router LER LSR 99

98 Label Stacking vagy Swapping? Ha vermelünk sok réteg lesz! Hierarchikus LSP beágyazás (encapsulation, embedding, nesting) LSP4 LSP3 LSP2 LSP1 LSP4 LSP1 LSP2 data Stacked Headers LSP3 100

99 Az MPLS fejrész 32 bit = 4 byte ebből 20 bit a cimke Label Entry Label: Label Value, 20 bits Label Exp: Experimental Use bits Label Exp S S: Bottom of Stack bit TTL TTL: Time to Live bits 101

100 Az IP fejrész az MPLS fejrész Útvonalválasztás (routing) és adategység továbbítás (forwarding) VERS HLEN Service Type Total Length Identification Flags Fragment Offset TTL Protocol Header Checksum Source IP Address Destination IP Address Options Padding D a t a D a t a... D a t a 0 7 Label Label Label CoS S TTL 102

101 Routing, TE & Resilience manapság: Kliens-szerver megoldás Részben kézzel DP n+2 DP n+1 DP n DP n-1 MP n+2 CP n+2 MP n+1 CP n+1 MP n CP n MP n-1 CP n-1 client server client server client server 103

102 Routing, TE & Resilience vágy: Integrált, automatikus, elosztott! Függőleges együttműködtetés vagy integrálás? DP n+2 DP n+1 MP CP DP n DP n-1 104

103 Multi-Layer (Vertical) Interconnection Models (RFC 3717) Overlay Model The control of layers is independent Server-Client approach like classical IP over ATM or MPOA models optical layer can be statically configured Peer Model Interoperable control plane (e.g., Optical layer is also IP addressable) Augmented (Hybrid) Something between Hides confidential provider information Some information of one routing instance passed through the other E.g., IP addresses could be carried within the optical routing protocol 106

104 Vertical Integration: Multi-Layer Integrated Model The layers owned by the same operator Full interlayer information exchange possible (No interface needed in between) Can be operated by a single CP and a single MP Routing, TE, Resilience more complex MRN: Multi Region Network (Region: interconnected nodes of the same networking technology a bit misleading) 107

105 MLN/MRN Shiomoto, K., Papadimitriou, D., Le Roux, JL., Vigoureux, M., and D. Brungard, "Requirements for GMPLS-Based Multi-Region and Multi-Layer Networks (MRN/MLN)", RFC 5212, July In GMPLS, a switching technology domain defines a region, and a network of multiple switching types is referred to in this document as a multi-region network (MRN). Traffic Engineering Database (TED) Itt van minden infó, ami egy egységes GMPLS síkhoz kell Interface Switching Capability (ISC) - introduced in GMPLS to support various kinds of switching technology in a unified way [RFC4202] Virtual Network Topology (VNT) lower-layer FA-LSP létrehozása: static (pre-provisioned) vagy dynamic (triggered) (FA-LSP: Forwarding Adjacency Label Switched Path) 108

106 MLN/MRN Ed.: JL. Le Roux, D. Papadimitriou, "Evaluation of Existing GMPLS Protocols against Multi- Layer and Multi-Region Networks (MLN/MRN)", RFC 5339, September 2008 MIB modules model and control of GMPLS switches [RFC4803] control and report on the operation of the signaling protocol [RFC4802] a MIB module for managing TE links [RFC4220] (interesting for MLN!) Oki, E., Le Roux, J-L., and A. Farrel, "Framework for PCE-Based Inter- Layer MPLS and GMPLS Traffic Engineering", Work in Progress, June Miyazawa, M., Otani, T., Nadeau, T., and K. Kunaki, "Traffic Engineering Database Management Information Base in support of MPLS-TE/GMPLS", Work in Progress, July

107 Optikai architektúrák (kétrétegű) valami WDM felett: EPS (elektronikus csomag kapcsolás (IP, Ethernet, MPLS, stb.)) OTDM (Optikai időosztásos nyalábolás) OCDM (Optikai kódosztásos nyalábolás) OPS (Optikai csomag kapcsolás) OOFDM 110

108 Elektronikai sebesség a szűk keresztmetszet? Optika elektronika optika? Már nem az elektronika sebessége a szűk keresztmetszet, hanem a fogyasztás! Legyen egyszerű, legyen olcsó: CAPEX + OPEX (beruházási és üzemeltetési költség együtt!) Ezért a hatékonyságból inkább áldozunk... Architektúrák: Alul : C/D WDM (jövőben OOFDM!) Fölötte (ebben az időbeli sorrendben): EPS (elektronikus csomag kapcsolás (IP, Ethernet, MPLS, stb.)) OTDM (Optikai időosztásos nyalábolás) OCDM (Optikai kódosztásos nyalábolás) OPS (Optikai csomag kapcsolás) 112

109 1. EPS + WDM EPS (elektronikus csomag kapcsolás (IP, Ethernet, MPLS, stb.)) IP csomagokat vagy Ethernet kereteket IP vagy Ethernet kapcsolóval, optikai interfésszel közvetlenül hullámhosszakon továbbítunk. Jelenleg is van, legfeljebb SDH/OTN van még közte Két vagy háromrétegű architektúra Egyszerű, viszonylag olcsó Forgalomkötegelés (traffic grooming) Ez az ami az MPLS-TP architektúrának is megfelel 113

110 WDM kapcsolás áramkörkapcsolás - térkapcsolás Egyszerű, olcsó, gyors sem kell legyen sok megoldás van már Demultiplexer Measuring EDFA λ 1 point Optical Fiber 1 λ 2 λ s Demultiplexer Optical Fiber 1 MeasuringEDFA point λ 1 λ 2 k-th Node λ 1 -Switch (N+1)X(N+1) λ 2 -Switch Multiplexer λ 1 EDFA Measuring point λ 2 Optical Fiber 1 λ s Multiplexer Optical Fiber 1 λ EDFA Measuring 1 point λ 2 λ s λ s (N+1)X(N+1) Optical Fiber 1 Optical Fiber 1 Demultiplexer MeasuringEDFA λ 1 point λ 2 λ s -Switch Multiplexer EDFA λ 1 λ 2 Measuring point λ s λ s λ 1 λ... 2 λ s λ... λ s 2 λ 1 (N+1)X(N+1) Add Add-Drop Drop 114

111 EDFA és tsai

112 2 réteg: EPS + WDM Zöld? TDM λxc fibres wavelengths hybrid XC 116

113 Mi a forgalom-kötegelés (Traffic Grooming)? C CSAK ISMÉTLÉS! A B D C A B D C A B D 117

114 2. OTDM + WDM Lassúbb elektronikus jelek bitjeiből nagyon keskeny (rövid) optikai impulzusokat generálunk Ezeket kis késleltetéskülönbséggel ciklikusan időben nyaláboljuk Bontás is így történik. Egyszerű, olcsó. Az egyes WDM csatornáknak így finomabb granularitást biztosítunk. Pl. fényszálanként 40 WDM csatorna WDM csatornánként 40 x 1 Gbit/s vagy 4 x 10 Gbit/s 118

115 OTDMA Forrás: Kaminov et al.: Academic Press 2008, Optical Fiber Telecommunications V Volume B Systems and Networks Feb.2008 ebook 119

116 OTDMA Forrás: Kaminov et al.: Academic Press 2008, Optical Fiber Telecommunications V Volume B Systems and Networks Feb.2008 ebook 120

117 3. OCDM + WDM - Osztott közeg - PON - Grooming: ütközés feloldás puffer nélkül! - Akár aszinkron is lehet!!! Egy OCDMA PON működési elve Forrás: Xu Wang, Naoya Wada, Taro Hamanaka, Tetsuya Miyazaki, Gabriella Cincotti, Kenichi Kitayama, OCDMA over WDM Transmission, ICTON

118 OCDMA Egy kód: Pl 16 bites chipre kódolunk egy bitet. Ortogánilás kód Térben (polarizáció, módus, fázis, stb. is ide értendő, fényszál, hullámhossz, stb.) Idő: Szinkron vagy aszinkron? 122

119 123

120 AWG: Arrayed Waveguide Grating Tömbös hullámvezető rács Működési elv magyarázata: /A B.pdf 124

121 Arrayed waveguide grating AWG Great scalability Low losses Non reconfigurable It requires wavelength conversion Source: Robotiker, Andrea Bianco Redondo Networks 2008, Budapest C2V animation 125

122 Encoding / Decoding / Switching? 126

123 Egy bonyolultabb OCDMA példa Forrás: Xu Wang, Naoya Wada, Taro Hamanaka, Tetsuya Miyazaki, Gabriella Cincotti, Kenichi Kitayama, OCDMA over WDM Transmission, ICTON

124 OCDM + WDM: előnyök-hátrányok Vesztünk sávszélességet a CDM miatt!!! Nyerünk, mert egyszerű: Aszinkron a rendszer semmit sem kell szinkronizálni, késleltetni! Passzív a rendszer Nem kell puffer Tetszőleges granularitás!!! Mi jobb? (itt csak C-band!) 100 lambda x 10 OCDMA x 1Gbit/s vagy 10 lambda x 100 OCDMA x 1Gbit/s 128

125 4. OPS + WDM OPS: Tisztán optikai csomabgapcsolás: OPS (Optical Packet Switching) Alapfunkciók: Fejrészfeldolgozás Ütközés kezelés (pufferelés) Továbbítás/kapcsolás Vezérlés A fejrész hogyan lesz kódolva? Cím vagy Cimke? Stripping vagy swapping? (címke hámozás vagy csere?) Szétkapjuk a csomagot soros-párhuzamos átalakítással több hullámhosszra? 129

126 An Optical Packet Forrás: Kaminov et al.: Optical Fiber Telecommunications, V Volume B, Systems and Networks Feb.2008 ebook, Academic Press 2008 Figure KEOPS optical packet format (courtesy of [39]) 130

127 OPS általános architektúra (Forrás: Andrea Blanco Redondo, Robotiker, Networks 2008) 131

128 OPS: Optical Packet Switch (Optikai csomagkapcsoló) SNB: Strictly Non Blocking 12x12 3 fényszál 4 hullámhossz SPN: Shared Per Node TWC TWC: Tunable Wavelength Converter 4-4 megosztott hullámhossz átalakító MS-SPN: Multi-Stage Shared Per Node TWC Forrás: Carla Raffaelli, Michele Savi, ICTON 2007: Cost Comparison of All-Optical Packet Switches with Shared Wavelength Converters 132

129 Synchronous vs asynchronous Fix vs. Variable packet length Figure 16.9: Optical router architecture with (a) synchronous and fixed-length packet forwarding, and (b) asynchronous and variablelength packet forwarding Forrás: Kaminov et al.: Optical Fiber Telecommunications, V Volume B, Systems and Networks Feb.2008 ebook, Academic Press

130 Table 16.1: Optical switching technologies for OCS, OBS, and OPS. Forrás: Kaminov et al.: Optical Fiber Telecommunications, V Volume B, Systems and Networks Feb.2008 ebook, Academic Press 2008 PDL: Polarisation Dependent Loss PLZT ((Pb,La)(Zr,Ti)O3) 134

131 Table 16.2: Optical header (label) encoding technique comparisons. Forrás: Kaminov et al.: Optical Fiber Telecommunications, V Volume B, Systems and Networks Feb.2008 ebook, Academic Press

132 Hálózati és Szolgáltatási Architektúrák Architectures of Networks and Services Mérnök informatikus szak, MSc képzés Hálózatok és szolgáltatások szakirány 6. alkalom március 25., hétfő, IB.145, 10:15-11:45 Dr. Cinkler Tibor cinkler()tmit.bme.hu Egyetemi Docens BME TMIT TMIT: Távközlési és Médiainformatikai Tanszék

133 MultiGranular Switching Optical Circuit + Packet Switching Optical Migration Capable Networks with Service Guarantee Telenor project PS: Packet separator 137

134 OLS: LASAGNE Label Swapper and Packet Router (Optical Label Switching) 138

135 Label Stripping Belépés: többszörös felülcimkézés (Ingress Nodes: Stacking Labels (Source Routing)) Belső csomópont: Cimke hámozás (Inner Nodes: Stripping Labels one-byone) Kilépés: Cimkék elfogytak (Egress Nodes: Bottom of Stack) Packet Label 3 Label 2 Label 1 Node 1 Packet Label 3 Label 2 Node 2 Packet Label 3 Node 3 Packet 139

136 Optikai memóriák (Forrás: Ken-ichi Kitayama, APOC 2008) Static Random Access Memory (SRAM), 140

137 5. O-OFDM OFDM: Orthogonal Frequency-Division Multiplexing O-OFDM: Optical OFDM SpectrumElasticMukherjee_ _002.pdf G. Zhang, M. De Leenheer, A. Morea, B. Mukherjee A Survey on OFDM-Based Elastic Core Optical Networking IEEE COMMUNICATIONS SURVEYS & TUTORIALS Ahol már használták: IEEE a/g WiFI WiMAX LTE DAB és DVB DSL 141

138 Hogyan működik az OFDM? Többhordozós moduláció Minden hordozó kissebességű adatot visz Míg WDM nagy táv kellett a csatornák között OFDM-nél átlapolódhatnak az ortogonalitás miatt WDM és O-OFDM jelek spektruma 142

139 Ortogonalitás Amikor egy segédhordozó spektruma csúcsosodik, akkor a többi segédhordozónak 0 pontja van - itt mintavételezünk Ortogonalitás Hatékony spektrumhasználat 143

140 Időtartományban 144

141 Védő idők 145

142 QAM-ek 146

143 Hagyományos és Spektrum-rugalmas 147

144 Spektrum-rugalmas kapcsoló 148

145 Carrier Ethernet Transport (CET) Wednesday 23rd February, CET 2.0 is described as "a step towards fully integrated and managed end-to-end Carrier Ethernet Transport". The joint venture is based in The Netherlands and was established to combine NSN switches with Juniper's heavy duty Ethernet routers, targeting mobile backhaul, plus business and residential broadband. 149

146 Ethernet optika felett a gerinchálózatban PTT megoldások CCE / CGE: Carrier Class/Grade Ethernet PTT: Packet Transport Technologies CET: Carrier Ethernet Transport Solutions: MPLS-TP PBB-TE (IEEE 802.1Qay ) stacked VLAN PBB (IEEE 802.1ah) VPWS (Pseudowire or PWE3) VPLS using Label Distribution Protocol signaling VPLS using Border Gateway Protocol signaling T-MPLS MPLS-TP (Transport MPLS MPLS Transport Profile) connection-oriented packet-switched (CO-PS) Networks2008 konferencia: C. Gruber, A. Autenrieth - Tutorial (MPLS 2008 konferencia: L.Andersson - Tutorial 150

147 What is Carrier Grade? 153

148 Transport Network Definition and Requirements (Forrás: T-MPLS Technology Overview, Stéphan Roullot, October 2007, Alcatel-Lucent) Transport Network Reliable aggregation and transport of any client traffic type, in any scale, at the lowest cost per bit Scalability Multi-service Quality Cost-Efficiency Ability to support any number of client traffic instances whatever network size, from access to core Ability to deliver any type of client traffic (transparency to service) Ability to ensure that client traffic is reliably delivered at monitored performance e2e Acting as server layer for all the rest by keeping processing complexity low and operations easy Layering Partitioning Client agnosticism (any L1, L2, L3) Connection oriented OAM, resiliency Traffic engineering, resource reservation CAPEX: low protocol complexity OPEX: multilayer ops across packet/tdm/λ Transport values have evolved through long TDM evolution They hold through transition to packets 154

149 Transport Network vs. Service Network: Horizontal View (Forrás: T-MPLS Technology Overview, Stéphan Roullot, October 2007, Alcatel-Lucent) User IPTV, 3G, Storage, etc. Application Service Edge Access Home Business Transport Network Metro Aggregation Fiber Core Aggregation Fiber OSI layers Protocol complexity BW efficiency Intelligent CPE Intelligent Access Efficient Transport (PKT, TDM, λ) Rich Subscriber & Service- Awareness, IP Routing IP Routing Efficient Transport (PKT, TDM, λ) 155

150 Transport Network vs. Service Network: Vertical View (Forrás: T-MPLS Technology Overview, Stéphan Roullot, October 2007, Alcatel-Lucent) OSI layers, Cost User/Application Service Network IP Transport Network Fiber Geographic Reach Different roles, features (and costs): Protocol Complexity ($$$) Detailed Service Management/QoS Localized Service & Subscriber-Awareness High # Entities Deep-Touch Service Richness & OAM State-full, Short holding times Bandwidth Efficiency ($) Effective Bandwidth Management/QoS Ubiquitous Transparency (Service)-Awareness Low # Entities Resilience, Robust OAM State-less, long holding times Placing appropriate functions in the network where it makes sense Separation between service and transport for overall cost-efficiency 156

151 Data Capacity Feature richness Transport Network - Portfolio Strategy (Forrás: T-MPLS Technology Overview, Stéphan Roullot, October 2007, Alcatel-Lucent) Key drivers Capacity/Scalability Performance Reliability/Availability SONET/SDH rings DCS WDM pt-to-pt Key drivers Changing service mix Bandwidth optimization Automation NG-SONET/SDH ION ROADM Key drivers Capacity/Scalability Operational efficiency Reliability/Availability Full-packet transport Transparent photonics < > 2006 Multi-service platform enabling efficient transport of data on today s networks Evolution path towards full packet and photonic networking 157

152 PW / T-MPLS Interworking: Data Plane & OAM Perspective (Forrás: T-MPLS Technology Overview, Stéphan Roullot, October 2007, Alcatel-Lucent) T-MPLS Network Client MPLS PW MPLS PW T-MPLS channel 1:1 1:1 MPLS PW T-MPLS channel T-MPLS path MPLS tunnel TMPLS path TMPLS path N:1 1:N TMPLS path N:1 1:N MPLS tunnel Client OAM BFD (e2e) / MH-VCCV T-MPLS channel OAM G.8114 (Tandem Connection) T-MPLS path OAM BFD G.8114 BFD G.8114 BFD: Bidirectional Forwarding Detection (Hello Protocol-hoz hasonló, de alsó rétegben) PW: Pseudowire, RFC 4448, An Ethernet PW emulates a single Ethernet link between exactly two endpoints 158

153 IP/MPLS Backbone Routers Interconnection (Forrás: T-MPLS Technology Overview, Stéphan Roullot, October 2007, Alcatel-Lucent) T-MPLS Network PE(P) T-switch T-switch PE(P) MPLS DP: MPLS CP: MPLS OAM: MPLS Protection: MPLS MPLS T-MPLS DP: T-MPLS CP:GMPLS OAM: T-MPLS Protection: T-MPLS/GMPLS T-MPLS T-MPLS T-MPLS DP: MPLS CP: MPLS OAM: MPLS Protection: MPLS ETY ETY ETY ETY ETY ETY ETY ETY ETY ETY MPLS MPLS MPLS tunnel with MPLS label swap T-MPLS path with T-MPLS label swap T-MPLS is an overlay network with respect to MPLS PE-P routers are aware of border T-switch only (Provider Edge) The interface between a border T-switch and a PE-P router is a MPLS interface Two different MPLS/GMPLS IWF can be defined: trusted and not trusted 159

154 160

155 161

156 162

157 163

158 164

159 Fa Cső 165

160 166

161 Packet Switching Where Multi Protocol Label Switching (MPLS) fits in (Forrás: MPLS/T-MPLS Technology Overview Sergio Belotti et al., October 2007, Alcatel-Lucent) IP Routing MAC Bridging (Ethernet Swtiching) Provider Bridging, Provider Backbone Bridging PBB-TE/PBT Label Switching T-MPLS/MPLS ATM Switching Time Division Multiplex Swtiching/ Cross-Connecting Wavelength Division Multiplexing/Switching Topology Determined and Circuit Path established by... management interface, and/or routing protocols (BGP, OSPF, IS-IS, RIP) used to exchange information among nodes in the network and populate routing tables. Connectionless service - no circuit paths. management interface, L2 control portocols (STP/RSTP/MSTP) and/or MAC addresses learned from MAC address and VLAN ID in received packets. Connectionless service - no circuit paths. (802.1ag adds some circuit-like maintenance capabilities) Connectionless. Connection-oriented. Topology determined by management interface, and/or routing protocols (OSPF-TE, IS-IS-TE). Circuit path determined by management interface and/or label distribution protocols (RSVP-TE, LDP, with GMPLS/ASON enhancement for TMPLS) Connection-oriented. Connection set up by management interface or virtual circuit signaling. Topology configured by management interface. Circuit established by management interface, and/or routing protocols (GMPLS, ASON). Topology configured by management interface. Circuit established by management interface, and/or routing protocols (GMPLS, ASON). Forwarding decision is based on... per-packet lookup in forwarding tables using IP address in packet header per-packet lookup in MAC tables using MAC address and VLAN ID in packet header per-packet lookup in MAC tables using MAC address and VLAN ID in packet header per-packet lookup in MAC tables using MAC address and VLAN ID in packet header per-packet lookup in label tables using labels in packet header per-cell lookup using VPI/VCI configured connections between timeslots in SDH/SONET and PDH interfaces configured connections between wavelengths on WDM trunks and client 167 interfaces

162 PBB-TE, T-MPLS, MPLS Comparison Technology Equipment Data Plane PBB-TE IP/MPLS T-MPLS p2p connections Tunnel protection based on G.8031 with 802.1ag triggers Ethernet physical layer IP-free OAM with 802.1ag p2p, (m)p2mp, rmp connections Path and Link protection (FRR) Ethernet or SONET/SDH (POS) physical layer Data-plane topology coincides with IP topology Vertical & horizontal scalability Services Ethernet p2p services Any p2p or Ethernet mp (H-VPLS) services Control Plane Management Plane Logical Connection Architecture Not yet defined in IEEE GMPLS proposed (IETF) Static provisioning via NMS possible Fixed domain-wide Trunk identifier, no label swapping - header remains unchanged Dynamic: IP Routing (OSPF/IS-IS), Signaling (RSVP/LDP) OAM with BFD/VCCV Label swapping at switching nodes p2p, (m)p2mp, rmp connections Channel/Tunnel protection based on G.8131 Many transport layers: Ethernet, GFP/SDH, OTN IP-free Vertical & horizontal scalability OAM with ITU-T G.8114 Any p2p or Ethernet mp (H-VPLS) services Not yet defined in ITU-T ASON/GMPLS proposed (ITU-T - reqt/arch, IETF - protocols) Static provisioning via NMS possible Label swapping Use of bidirectional LSPs No PHP, no ECMP, no LSP merge 168

163 MPLS-TP Forrás: 169

164 A Technológiák összevetése: Forrás: 170

165 171

166 CE/PE: Customer/Provider Edge 172

167 LFIB: Label Forwarding Information Base 173

168 Not compatible with MPLS!!! 174

169 Mi az MPLS-TP? Új szabvány az MPLS bővítésére, melynek célja a jövő PTN (Packet Transport Network) kialakítása IETF és ITU-T összefogás!!! JWT: Joint Working Team IETF MPLS bővítése transzport követelmények teljesítésével (ennek megfelelően 5 JWT munkacsoport) Forwarding Plane Protection Management OAM Control Plane Architecture (e.g. G ) Equipment (e.g. G.8121) Protection (e.g. G.8131, G.8132) OAM (e.g. G.8113, G.8114) Network management (e.g. G.7710, G.7712, G.8151, ) Control plane (e.g. G.7713, G.7715, ) 175

170 aspx MPLS TP Possible extensions of IETF MPLS forwarding, OAM, survivability, network management and control plane protocols in support of ITU transport network requirements. The main effort is foreseen to be spent on extensions in support of OAM requirements. The group also has an activity on more general and fundamental multi-layer architectural questions. The goals are to clearly motivate a multi-layer network, through the answers to these questions, and to conclude on the relevant functions and corresponding network scenarios. 176

171 Alcatel-Lucent touts T-MPLS support on 1850 TSS C=NEWPR&dcmp=rss "Packet-based applications are driving service providers to transform their transport networks, migrating to packet-optical transport," explains Sterling Perrin, senior analyst, optical networking at Heavy Reading. "These converged packetoptical transport products will require connection-oriented Ethernet to make the SONET/SDH-to-Ethernet migration possible. T- MPLS today, with a path to MPLS-TP as it becomes standard, is the logical evolution path for this connection-oriented Ethernet technology," he says. 177

172 IETF doksik JWT Report on MPLS Architectural Considerations for a Transport Profile draftbryant-mpls-tp-jwt-report-00 Requirements for OAM in MPLS Transport Networks draft-vigoureux-mpls-tp-oam-requirements-01 M. Vigoureux (Editor) Alcatel-Lucent, D. Ward (Editor) Cisco Systems, Inc. M. Betts (Editor) Nortel Networks Internet Draft, Intended status: Informational Expires: April

173 MPLS-TP Leads In Transport Where T-MPLS Fell Short ( BY SULTAN DAWOOD, VP OF MARKETING, IP/MPLS FORUM First and foremost, T-MPLS (aka Transport-MPLS), a connection-oriented packet standard, that was being formulated by the International Telecommunication Union (ITU-T) specifically for application in transport networks has ceased and is no longer being considered. After considerable debate and controversy related to possible interoperability issues with the widely deployed MPLS networks, a new Joint Working Team (JWT) has been formed consisting of members from both the Internet Engineering Task Force (IETF) and ITU-T to work on extending the current IETF defined MPLS functionality and to develop a new Transport Profile for MPLS which will be referred to as "MPLS-TP". The "MPLS-TP" will use the current existing MPLS data/forwarding plane architecture while allowing service providers to statically provision Label Switch Paths (LSPs) or tunnels, use traditional protection schemes like 1:1, 1+1 and ring topologies and transport-centric Operation, Administration and Maintenance (OAM) tools that line up with established architectures and support Performance Monitoring (PM) and Fault, Configuration, Accounting and Performance (FCAP) management. While "MPLS-TP" will not initially use a control plane and will rely on an external management plane, the fact that this profile is based on the traditional MPLS architecture will allow service providers in the future to expand their capabilities and interoperate with the traditional MPLS-based networks which use an integrated control plane. This change in direction with respect to the T-MPLS standard and the initiation of "MPLS-TP" is a good endorsement for IP/MPLS as a mature and proven technology. "MPLS-TP" allows service providers to extend MPLS from the existing Core and Edge into the Access portion of the network without re-inventing the wheel. MPLS has come a long way over the last decade and while it has still some further refining and improvements associated with it, it is a proven technology. Please feel free to access the ITU site that highlights the ITU-T s announcement with respect to the "MPLS-TP". 179

174 Amendment 1 Corrigendum 1 Amendment 1 Corrigendum 1 Amendment 1 Amendment 1 Amendment 2 Szabványosítás 1/3 (Forrás: T-MPLS Technology Overview, Stéphan Roullot, October 2007, Alcatel-Lucent) T-MPLS - ITU-T Recommendations Overview (as of October 2007) Architecture and Definitions G Architecture G.8110 G.8101 Definitions Interface, OAM specifications G.8113 OAM Req. G.8114 OAM Mechanisms G.8112 Interfaces (UNI/NNI) Specific functionalities G.8131 Linear Protection G.8132 Ring Protection G.8121 Equipment Management G.8151 EMF G.8152 Infomodel Approved Rec Consented Rec Rec under revision Rec in progress Rec started Rec not planned yet T-MPLS work is in Q.9,11,12,14 in SG 15 and Q.5 in SG

175 Szabványosítás 2/3: T-MPLS Standardization Roadmap (Forrás: T-MPLS Technology Overview, Stéphan Roullot, October 2007, Alcatel-Lucent) Legend: SG15 Plenary SG13 Plenary (*) Not yet approved Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 02/06 11/06 04/07 06/07 01/08 02/08 11/08 Consent: G G.8112 G.8121 Consent: G.8101 G.8112 Cor.1 G.8121 Cor.1 G.8131 Consent: G.8113 G.8114 Consent: G Am.1 G.8121 Am.1 G.8131 Am.1 G.8151 Consent: G Am.2 G.8112 Am.1 G.8121 Am.2 G.8132 Consent: G Rev G.8112 Rev G.8121 Rev G.8131 Rev T-MPLS Phase 1 (Completed) T-MPLS architecture QoS capabilities Ethernet over T-MPLS p2p unidir & bidir connections Basic OAM toolset Linear Protection switching T-MPLS Phase 2 (Completed) p2mp unidir connections Enhanced and complete OAM toolset NE Management (EMF) EMF: Equipment Management Function T-MPLS Phase 3 (based on operator s input) Additions of new clients (ATM, PDH, FC) Ring Protection Switching Interop. with IP/MPLS at PW level Interop. with IP/MPLS at PSN Tunnel level Additional features (to be investigated) PSN: Packet Switched Network 181

176 Szabványosítás 3/3: (Forrás: T-MPLS Technology Overview, Stéphan Roullot, October 2007, Alcatel-Lucent) MPLS Transport - IETF Standards Overview (as of September 2007) Application pwe3-mplstransport Application G.8110 Forwarding plane OAM specifications pwe3-vccv PW OAM mechanisms bfd-mpls BFD base RFC 4377 MPLS OAM reqts RFC 4379 LSP Ping RFC 3031 MPLS architecture RFC 3429 OAM alert label Specific functionalities RFC 3209 FRR RFC 4448 Ethernet PW RFC 3443 TTL in MPLS RFC 3270 DiffServ support Control plane RFC 4447 PW LDP RFC 3209 RSVP-TE RFC 3471 GMPLS Signaling RFC 3473 GMPLS RSVP-TE published IESG eval, etc. WG draft Individual ID 182

177 MPLS-TP MPLS-TP Requirements draft-ietf-mpls-tp-requirements-05 (March 10, 2009) Joint IETF ITU-T effort MPLS and PWE3 (IETF) and packet transport networks (ITU-T) operators look for the lowest network Total Cost of Ownership (TCO) Investment in equipment and facilities (Capital Expenditure (CAPEX)) Operational Expenditure (OPEX) 109 követelményt definiáltak!!! Lényeg az együttműködés: MPLS-en se nagyon kelljen változtatni, transzporton sem mégis működjenek szépen együtt. 183

178 MPLS: Multiprotocol Label Switching A base technology for using label switching Implementation of label-switched paths over various packet based link-level technologies, such as Packet-over-Sonet, Frame Relay, ATM, and LAN technologies (e.g., all forms of Ethernet, Token Ring, etc.). This includes procedures and protocols for the distribution of labels between routers and encapsulation. Activities: point-to-multipoint (P2MP) MPLS traffic engineered point-to-multipoint (P2MP) MPLS OAM MPLS-specific aspects of traffic engineering for multi-areas/multi-as MPLS Transport Profile (MPLS-TP). The work on the MPLS TP will be coordinated between the working groups (eg, MPLS, CCAMP, PWE3, and L2PVN) that are chartered to do MPLS-TP work 6n RFCs as of March 30,

179 IETF CCAMP: Common Control and Measurement Plane coordinates the work within the IETF a common control plane and a separate common measurement plane for physical path and core tunnelling technologies of Internet and telecom service providers (ISPs and SPs) e.g. O-O and O-E-O optical switches, TDM Switches, Ethernet Switches, ATM and Frame Relay switches, IP encapsulation tunnelling technologies, and MPLS in cooperation with the MPLS WG Activities: Distributing topology and link state information Signalling and routing across multiple domains Resilience Etc. Jun 2009: Recharter or close Working Group 185

180 GELS: GMPLS Controlled Ethernet Label Switching GMPLS signaling and routing is applicable to Layer 2 technologies control of Ethernet switches using GMPLS protocols in support of point-to-point paths (October 27, 2008) 186

181 TRILL (GELS-konkurencia) TRILL: Transparent Interconnection of Lots of Links A solution for shortest-path frame routing In multi-hop IEEE compliant Ethernet networks with arbitrary topologies Using an existing link-state routing protocol technology Properties: Minimal or no configuration required Load-splitting among multiple paths Routing loop mitigation (possibly through a TTL field) Support of multiple points of attachment Support for broadcast and multicast No significant service delay after attachment No less secure than existing bridged solutions Compatibility with IEEE VLANs and the Ethernet service model No RFCs yet, Dec 2008: Re-charter or shut down the WG 187

182 Current MPLS-TP Standards by IETF RFCs ( - RFC 5317: JWT Report on MPLS Architectural Considerations for a Transport Profile - RFC 5462: EXP field renamed to Traffic Class field - RFC 5586: MPLS Generic Associated Channel - RFC 5654: MPLS-TP Requirements - RFC 5718: An Inband Data Communication Network For the MPLS Transport Profile In the RFC Editors Queue - draft-ietf-mpls-tp-nm-req: MPLS TP Network Management Requirements In IESG review / Approved by the IESG - draft-ietf-mpls-tp-oam-requirements: Requirements for OAM in MPLS Transport Networks Working Group Drafts - draft-ietf-mpls-tp-oam-framework: MPLS-TP OAM Framework and Overview --> The ongoing MPLS wg last call will end on April 1 - draft-ietf-mpls-tp-data-plane: MPLS Transport Profile Data Plane Architecture --> The ongoing MPLS wg last call will end on April 11 - draft-ietf-mpls-tp-identifiers: MPLS-TP Identifiers --> The ongoing MPLS wg last call will end on April 11 - draft-ietf-mpls-tp-survive-fwk: Multiprotocol Label Switching Transport Profile Survivability Framework --> The ongoing MPLS wg last call will end on April 11 - draft-ietf-mpls-tp-ach-tlv: Definition of ACH TLV Structure --> The ongoing MPLS wg last call will end on April 12 - draft-ietf-mpls-tp-framework: MPLS-TP Framework --> The ongoing MPLS wg last call will end on April 18 - draft-ietf-mpls-tp-nm-framework: MPLS-TP Networks Management Framework - draft-ietf-mpls-tp-oam-analysis: MPLS-TP OAM Analysis - draft-ietf-mpls-tp-rosetta-stone: MPLS-TP Rosetta Stone - draft-ietf-mpls-tp-process: IETF Multi-Protocol Label Switching (MPLS) Transport Profile (MPLS-TP) Document Process - draft-ietf-mpls-tp-fault: MPLS-TP Fault OAM - draft-ietf-mpls-tp-nm-framework: MPLS-TP Network Management Framework draft-ietf-mpls-tp-control-plane-framework: MPLS-TP Control Plane Framework

183 MPLS-TP amit kiemelnék: Data Plane: MPLS Generic Associated Channel and Label (GAL) Survivability: MPLS-TP: Cisco: CPT: Carrier Packet Transport DWDM, OTN, Ethernet, and MPLS-TP integrated in a single system 189

184 Hálózati és Szolgáltatási Architektúrák Architectures of Networks and Services Mérnök informatikus szak, MSc képzés Hálózatok és szolgáltatások szakirány 7. alkalom Április 8., hétfő, IB.145, 10:15-11:45 Dr. Cinkler Tibor cinkler()tmit.bme.hu Egyetemi Docens BME TMIT TMIT: Távközlési és Médiainformatikai Tanszék

185 Vízszintes Tagoltság: Többtartományos Hálózatok Két szempont: Access (Aggregation) Metro Core (Backbone, Transport) Vagy Több szolgáltató OSPF+BGP-4, obgp (Per-Domain Loose-Hops) PNNI, opnni (ASON hierarchical) PCE: Path Computation Element 192

186 PCE: Path Computation Element Egy vagy több PCE tartományonként PCEP TED: Traffic Engineering Database PCC1 PCC2 PCEP: PCE Communication Protocol PCC: Path Computation Client Tartományközi útvonalválasztás (Path Computation) Elosztottan Tartományok belsejét nem ismerjük! 2 módszer: RFC Vasseur, JP., Ayyangar, A., and R. Zhang, "A Per- Domain Path Computation Method for Establishing Inter-Domain Traffic Engineering (TE) Label Switched Paths (LSPs)", RFC 5152, February RFC A Backward Recursive PCE-based Computation (BRPC) Pro VSPT (Virtual Shortest Path Tree) April 2009 RFC Performance Analysis of Inter-Domain Path Computation, April 2009 PCE 193

187 Multi-Domain Path Computation (BRPC) 1/2 Forrás: Shinya Ishida, Yohei Iizawaa, Itaru Nishiokaa, Souichiro Arakia: Experimental Performance Evaluation of Inter-Domain Path Provisioning with Multiple PCEs, APOC

188 Multi-Domain Path Computation 2/2 Forrás: Shinya Ishida, Yohei Iizawaa, Itaru Nishiokaa, Souichiro Arakia: Experimental Performance Evaluation of Inter-Domain Path Provisioning with Multiple PCEs, APOC

189 Client ASON/ASTN Terminology Client Management Plane Management Plane Control Plane UNI CCI CC CC CC CC InterVendor I-NNI CC E-NNI CC IntraVendor I-NNI CC NMI-C UNI NMI-T Vertical interconnection / integration Two different vendors UNI: User to Network Interface NNI: Network to Network or Network Node Interface I-NNI: Interior NNI (Intra and Inter Vendor I-NNI) E-NNI: Exterior NNI User/Data/Transport/Forwarding Plane CC: Connection Controller CCI: Connection Controller Interface NMI: Network Managemnt Interface NMI-C: NMI for the CP NMI-T: NMI for the Transport Plane 196

190 Heterogén hálózatok: sok M mint Multi Divergens technológián alapuló konvergens hálózat? Heterogén technológián alapuló homogén hálózat? MS: Multiple Services with Different Traffic, QoS, QoR Requirements, multiple routing, multicasting solutions, MultiGranularity (Multi-Service, Multi-Rate, Multi-Quality, Multi- Routing) ML: Multiple Interconnected or Integrated Layers (Multi-Layer) Vertical Integration? MD: Multiple Domains (Multi-Domain) Horizontal Integration? Multiple Providers Multiple Vendors (interoperability) Multiple Technologies (Multi-Region / Multi-Technology) From wireless mobile to wireline fixed (FMC), electronic-optical, circuitpacket, computer/data and voice/telecom, etc. Unified Control and Management!!! 197

191 Circuit vs Packet Switching? Megannyiadszor... E.g.: SDH, OTN, ASON QoS For CBR traffic Poor granularity Peek rate allocation Allocated even if unused More wavelengths needed Slower provisioning Negligible transmission delay Együtt a kettőt!!! E.g.: IP, OBS, OPS QoS problems For VBR traffic Better granularity Statistical multiplexing Fewer wavelengths needed Fast provisioning Larger transmission delays 198

192 Global Information Infrastructure (GII) Next Generation Network (NGN) Source: ITU-T Y.2011 General principles and general reference Model for NGNs: Separating services and transport in NGN NGN Basic Reference Model (NGN BRM) Eg., Video Services (TV, movie, etc) Eg,, Data Services (e.g.,www, , etc) Eg.,Voice Telephony Services (audio, etc) NGN Services Management Plane Control Plane User Plane NGN Service Stratum Management Plane Control Plane User Plane NGN Transport NGN Transport Stratum 199

193 Szolgáltatás és annak szállítása elkülönül... Nem egy szép homogén hálózat építése már a cél! Hanem bármilyen részhálózatok újrahasznosítása, olcsó bővítése, általános célra Bármilyen forgalom (szolgáltatás, tartalom) bármilyen hálózat felett! A hálózat már csak azért kell, hogy a szolgáltatások/szolgáltatók több hasznot termelhessenek... A cél szentesíti az eszközt! A hálózat csak csomagolása a szolgáltatásnak De minőségért (QoS) is felelős

194 Access: xpon (EPON, GPON) 16 slide PON-ok DOCSIS 3.0 xdsl Etc. Vida Rolitol 201

195 telekom.hu Sebesség (Mbps) Feltöltés Letöltés N5 csomag Garantált 1,25 2,5 Maximum 2,5 5 N15 csomag Garantált 3,75 7,5 Maximum 7,5 15 N25 csomag Garantált 6,25 12,5 Maximum 12,5 25 N50 csomag Garantált 12,5 25 Maximum N80 csomag Garantált Maximum

196 PON: Passive Optical Network Korszakváltó műszaki-technológia fejlesztés kezdődik a Magyar Telekomnál fénysebességű adatáramlás optikai kábelen Infovilág, :51 - Szerkesztő: Kulcsár László A Magyar Telekom ma bejelentette az új generációs hozzáférési stratégiáját, amelynek alapján a vállalat új generációs optikai és kábelhálózatok fejlesztésébe kezd, hogy a vezetékes és mobil szélessáv területén betöltött vezető szerepét megerősítve, a jelenleginél is sokkal gyorsabb vezetékes szélessávú hozzáférést nyújtson végére a Magyar Telekom mintegy 780 ezer háztartást szeretne elérni «optikai kábel a fogyasztó lakásához» (FTTH > fiber-to-the-home) hálózattal, valamint további 380 ezer, kábelhálózattal ellátott háztartásban EuroDocsis 3.0 technológiával fejleszti tovább hálózatát. (A cikkünkhöz mellékelt képek illusztrációk.) 204

197 PON Magyarországon Max 100 Mbit/s háztartásonként Forrás: Pl. HDTV, videóletöltés, gyors internet-hozzáférés 2009 végére 200 ezer G-PON és 380 ezer háztartásban az EuroDocsis 3.0 UPC most 100 Mbit/s felhasználónként 205

198 206

199 Greenfield open passive infrastructure for multi-operators Forrás: Alcatel-Lucent: Building the Fibre Nation, Progress and Policies 207

200 N pont-pont, 1:N aktív, 1:N passzív Forrás: Jeszenői Péter: A GPON rendszer, 2008 November Central Office Aktív elosztó pont Passzív elosztó pont Central Office 208

201 1:N Passzív optikai hálózatok áttekintés Forrás: Jeszenői Péter: A GPON rendszer, 2008 November Lefelé irány (egyszálas - rendszer) 1490 nm Felfelé irány: 1310 nm RF videó (ha használva van) 1555 nm ONT1 E1 Telefon HSI E1 GbE (10 GbE) NB BB Access Node CC OLT TDM TDMA ONT2 1:32 Optikai osztó VoIP Videó POTS TD M TDMA CC NB BB OLT ONT Time Division Multiplex Time Division Multiple Access Cross Connect Narrow Band Broadband Optical Line Termination Optical Network Termination Max. 20 km fizikai távolság VoIP ONT32 HSI Videó POTS 209

202 Hálózati és Szolgáltatási Architektúrák Architectures of Networks and Services Mérnök informatikus szak, MSc képzés Hálózatok és szolgáltatások szakirány 8. alkalom Április 15., hétfő, IB.145, 10:15-11:45 Dr. Cinkler Tibor cinkler()tmit.bme.hu Egyetemi Docens BME TMIT TMIT: Távközlési és Médiainformatikai Tanszék

203 Időosztás és hullámhossz-osztás alkalmazása Lefelé irány (DS): pont multipont hálózat Az OLT kezeli a teljes sávszélességet Felfelé irány (US): multipont pont hálózat Az ONT-k csak az OLT irányában kommunikálnak Az ONT-k nem érzékelik egymás forgalmát Az ONT-k adatforgalma ütközhet Szét kell választani a forgalmakat TDMA WDMA Forrás: Jeszenői Péter: A GPON rendszer, 2008 November 213

204 PON hálózatok TDM alapú PON-ok (APON/BPON, EPON, GPON) Jól szabványosítottak Több hullámhosszt használnak (tipikusan 2 3) Olcsó és jó minőségű optikai elemek (osztók, lézerek, stb.) Limitált áthidalható távolság és osztásarány ( 20 km, 1:64) Lefelé irányban műsorszórás jelleg Felfelé irány TDMA WDM PON-ok Forrás: Jeszenői Péter: A GPON rendszer, 2008 November Egyelőre nincsenek szabványok WDM eszközök egyre olcsóbbá válnak Több irányzat, megvalósított hálózatok vannak Nagy sávszélesség, nagy áthidalható távolság 214

205 1:N Lefelé irányú forgalom Műsorszórás jelleg: önmagában nem biztonságos Időosztásos multiplexálás Az ONU-k csak a nekik szóló forgalmat dolgozzák fel A címzéseket a keretszervezésben elhelyezett fejrészek hordozzák Az ONU vevők állandó optikai teljesítményt vesznek, kis költséggel megvalósíthatók ONU A A A OLT A A B C ONU B B ONU C C Forrás: Jeszenői Péter: A GPON rendszer, 2008 November 215

206 1:N Felfelé irányuló forgalom Az összes ONT egy felfelé irányuló csatornán osztozik Az ONU-k közötti adatforgalom közvetlenül nem megoldható A splitter és az OLT közötti szakaszon ütközés léphet fel Az ONT-k nem érzékelik az ütközést ONU A A A OLT A A C B B ONU B B ONU C C Forrás: Jeszenői Péter: A GPON rendszer, 2008 November 216

207 1:N Felfelé irányuló forgalom Általános megoldás az ütközések elkerülésére: TDMA módszer US forgalom meghatározott időszeletekre osztása Ranging mechanizmus alkalmazása Különböző távolságra lévő ONT-k különböző időbeni távolságra találhatók (és különböző jelszinttel érkeznek a csomagok) Az OLT végzi a távolságok felmérését és a vezérlő információkat a DS forgalomba fűzve meghatározza az ONT-k adási időzítését ONU A A A OLT A A B C B ONU B B Forrás: Jeszenői Péter: A GPON rendszer, 2008 November ONU C C 217

208 Optikai osztók/csatolók 2x2 osztó alapelemekből épülnek fel a nagyobb osztásarányt biztosító elemek Az alapmodul elméleti csillapítása: 10log0,5=3dB (valóságban: 3,4 3,7 db) összeolvasztott régió 1 bemenetek kimenetek mag Forrás: Jeszenői Péter: A GPON rendszer, 2008 November 218

209 Passzív optikai rendszerekre vonatkozó szabványok Forrás: Jeszenői Péter: A GPON rendszer, 2008 November Full Service Access Network (FSAN) Group Ethernet in the First Mile (EFM) Alliance Szabvány javaslatok 1988/2001 APON/BPON 2003 G.983 GPON G.984 Jóváhagyott szabványok EPON 802.3ah

210 PON rendszerek összehasonlítása BPON GPON EPON Szabvány ITU-T G.983 ITU-T G.984 IEEE802.3ah Cella / csomag méret Max. sebesség 53 bájt bájt 1518 bájt Konfigurálható: D/S: 1,2 Gbit/s U/S: 622 Mbit/s Forrás: Jeszenői Péter: A GPON rendszer, 2008 November Konfigurálható: D/S: 2,48 Gbit/s U/S: 2,48 Mbit/s Szimmetrikus: 1,25 Gbit/s Átviteli mód ATM ATM, TDM, Ethernet Ethernet Hang átvitel ATM ATM, TDM, VoIP VoIP Videó átvitel 1550 nm overlay RF vagy IP RF vagy IP (RF) Max. ODN db db db csillapítás Max (vagy több) osztásarány Max. távolság km 20 km km 220

211 G Általános jellemzők GPON általános meghatározások Fogalmak Referenciakonfiguráció Bitsebességek (155 Mbit/s 2,48 Gbit/s) Fizikai távolság (max. 10 vagy 20 km) Logikai távolság (max. 60 km) Differenciális távolság (max. 20 km) Osztásarány (max. 64 vagy 128) Hullámhossz kiosztás (lefelé irány: 1490 nm, felfelé irány 1310 nm) Védelem Forrás: Jeszenői Péter: A GPON rendszer, 2008 November 221

212 FTTx megoldások Fiber To The x Curb Cabinet Building Home Office Basement Premises Node/Neighbourhood FITL: Fiber In The Loop HFC: hybrid fibre-coax Forrás: 222

213 Vezetékes hozzáférés: xdsl, DOCSIS, BPL/PLC xdsl, HFC, DOCSIS, statisztikák, BPL/PLC Ami órán elhangzik Vida Roli anyagából: oldal egész

214 Bemutatás Dr. Vida Rolland egyetemi docens BME-TMIT IE

215 Miért DSL? Telefonos ipar 56 Kbps Kábeltévé ipar 10Mbps osztott kábeleken Műholdas cégek 50 Mbps ajánlatok Lépni kellett az internetezők megtartása érdekében Megjelenik a szélessávú (broadband) hozzáférés Inkább reklám mint valóság Nem egyértelmű mit értünk szélessávon xdsl különféle DSL változatok 226

216 Mitől gyors a DSL? Miért lassú a dial-up? A telefonhálózatot beszédátvitelre optimalizálták A helyi központban egy sávszűrő Csak a 4 KHz-es beszédsáv marad Az adatok is ezt a sávot használhatják csak Az xdsl előfizető vonalát egy olyan kapcsolóra kötik át, amelyen nincs szűrő Kihasználhatóvá válik az előfizetői hurok teljes kapacitása Függ a hurok hosszától, vastagságától, és a minőségétől Optimális viszonyok: új vezetékek, vékony kötegek, rövid hurok Ha nagy sebességet akarunk, sok helyi központot kell telepíteni Ha valaki túl messze lakik, költözzön közelebb Minél alacsonyabb a sebesség, annál nagyobb a hatótávolság több lehetséges előfizető Minél alacsonyabb a sebesség, annál kevesebb érdeklődő Megoldás? Mini központok a házakhoz közel (elég drága, de nincs jobb) 227

217 ADSL Asszimetrikus digitális előfizetői vonal Két versengő, és egymással inkompatibilis modulációs eljárás DMT Discrete Multitone Modulation Jelenleg a legelterjedtebb CAP Carrierless Amplitude Phase Modulation DMT 1996 óta nem használják 1.1 MHz-es frekvenciatartomány 256 csatorna, egyenként kHz 0 csatorna POTS (hang) 1-5 csatorna biztonsági sáv (üres) A beszéd és adatátvitel közötti interferenciák elkerülésére a maradék 250 csatornából 1 az upstream, 1 a downstream jelzése a többi a felhasználói forgalomé Frekvenciák felosztása ADSL-nél 0-4 khz beszéd 4-25 khz biztonsági sáv khz upstream sáv 200 khz MHz downstream sáv 228

218 ADSL architektúra A szolgáltatónál POTS Splitter Frekvenciaosztó a beszédjel és az adatok szétválasztására A beszéd a hagyományos kapcsológéphez irányítva A 26 khz feletti rész a DSLAM-hoz DSLAM DSL Access Multiplexer Csomagokra bontja a bitfolyamot és továbbküldi az internetszolgáltató hálózatába Az előfizetőnél POTS Splitter ADSL modem Digitális jelfeldolgozó (DSP) Nagysebességű összeköttetés a PC-vel Ethernet kábel és kártya Néha USB csatlakozó is Belső ADSL-modemkártyák 229

219 ADSL architektúra 230

220 A szolgáltatás hatósugara Repeater Regenerátor Visszaállítja a jelet Erősítő Felerősíti a jelet ADSL szolgáltatás akár 16 km-ig 231

221 ADSL G.dmt ITU-T G szabvány (1999) Lényegesen nagyobb a letöltésre elkülönített sávszélesség, a feltöltéssel szemben a webes böngészés igényeire szabott technológia maximális letöltési sebesség 8 Mbit/s általában 512 Kbit/s 1 Mbit/s maximális feltöltési sebesség 1 Mbit/s általában 64 Kbit/s 256 Kbit/s A helyi központtól max. 3 km-es távolságig Ideális technológia lakossági felhasználásra a hagyományos beszédátvitellel közösen osztozik a már meglévő csavart (sodrott) érpáras vezetéken a felhasználók egy időben telefonálhatnak és internetezhetnek ugyanazon a vezetéken keresztül 232

222 ADSL G.dmt 2 ITU-T G szabvány (2002) A hagyományos ADSL technológiát bővíti ki Az adatátviteli sebesség 8-12 Mbit/s-ra nő Az elérhetőségi távolság kb. 500 méterrel bővül A javulás leginkább a hosszú vezetékeken tapasztalható interferenciák kiszűrésének tudható be Az ADSL2 energiatakarékos Az eredeti ADSL megoldással szemben különbséget tesz az adatátviteli és az ideiglenes átvitelmentes időszakok kezelése között Az ADSL2 rendszerek átmenetileg átválthatnak teljes digitális módba átadják a hangátvitelre elkülönített csatornákat az adatátvitel számára 233

223 ADSL G.dmt 2 Automatikus átviteli sebesség adaptáció Egy kötegben sodrott érpár Áthallás a szomszédos érpárról Crosstalk Akár az ADSL kapcsolat bontásához is vezethet Az ADSL2 képes adaptálni a sebességet Ha egy csatornán túl nagy a zaj, csak azt iktatja ki Az adó és a vevő megbeszélik egymással melyik csatornákat használják 234

224 ADSL 2+ ITU-T G szabvány (2003) Növeli a sávszélességet a használható frekvenciatartomány bővítése által a beszédátvitelre, illetve az adatfeltöltésre használt frekvenciák nem változnak a letöltési csatorna maximális frekvenciája 1.1 MHz-ről 2.2 MHz-re bővül. A maximális letöltési sávszélesség 8Mbit/s-ról 16 Mbit/s-ra nő 1.5 km-es távolságon belül. 235

225 G.SHDSL Symmetric High-speed DSL ITU-T G (2001) 2.3 Mbit/s maximális átviteli sebesség mindkét irányban egy második sodrott érpár hozzáadásával a kétirányú sebesség 4.6 Mbit/s-ra növelhető A sebesség 3 km-es körzetben biztosítható e távolságon felül az átviteli paraméterek fokozatosan gyengülnek Az alacsonyabb frekvenciák használata kizárja a hagyományos beszédátvitelt Jelentősen növeli a telepítési költségeket Inkább üzleti, mintsem lakossági felhasználók 236

226 VDSL Very-high-data-rate digital subscriber line ITU-T G (2004) Lényegesen nagyobb sebességű adatátvitel kis távolságokon 52 Mbit/s downstream,16 Mbit/s upstream Lehet szimmetrikus is (26-26 Mbit/s) 12 MHz sávszélesség Max. 1 km hatótávolság Inkább 300 méter Leginkább optikai hálózatok épületeken belüli kiterjesztésére javasolják, mintsem vidéki szétszórt felhasználócsoportok szélessávú bekötésére Az optikai kábelek épületeken belüli telepítése a számos hajlítás szükségessége miatt nem ajánlott A sodrott érpárt használó VDSL vonalak jó kiegészítést jelentenek 237

227 VDSL Sávszélesség [Mbit/s] Kifejezetten rövid hurkos alkalmazásokra Túl kicsi sávszél több (3) HDTV csatornához Túl kicsi sávszél Triple Play alkalmazásokhoz 2 SHDSL 1 km 2 km 3 km 4 km 5 km Távolság VDSL2 = VDSL sebesség ADSL/2+ hatótávolsággal 238

228 VDSL2 A legújabb DSL szabvány ITU-T G (2005) 100 Mbit/s downstream és upstream 30 MHz-es frekvenciatartomány 3 km-es hatótávolság A nagy sebesség és a nagy hatótávolság egyszerre nem teljesíthető 8 meghatározott profil, különböző szolgáltatási szinteknek Más és más sávszélesség igény régiónként ADSL kompatibilis (a VDSL nem az) Könnyen telepíthető, vonzó technológia a szolgáltatók részére 239

229 ADSL kompatibilitás ADSL2+ Modem ADSL2+ Modem ADSL2+ Modem DSLAM ADSL2+ Line Card 1. fázis: Nagy, létező ADSL/2+ bázis ADSL2+ Modem ADSL2+ Modem ADSL2+ Modem DSLAM VDSL2 Line Card 2. fázis: DSLAM upgrade CPE-k változatlanok (Custumer Premises Equipment) ADSL2+ Modem VDSL2 Modem ADSL2+ Modem VDSL2 Modem DSLAM VDSL2 Line Card 3. fázis: Szelektív upgrade a CPE-k oldalán a választott szolgáltatástól függően 240

230 Triple Play Triple Play marketing elnevezés egy IP szolgáltatásra mely magába foglalja a következő 3 szolgáltatást: Internet Televízió Video on Demand (VoD) vagy Live Streaming MPEG 2, Set Top Box (STB) Telefónia Voice over IP (VoIP) Inkább egy business modell mint egy technológiai szabvány Quad(ruple) Play Ugyanez a 3 szolgáltatás, de vezeték nélküli közegen keresztül is 241

231 VDSL2 QoS A VDSL-ben nincs szolgáltatásminőség (QoS) támogatás A VDSL2-ben igen A Triple-Play támogatáshoz szükséges Az alkalmazásoknak különböző követelményeik vannak Alkalmazás Késleltetésre érzékeny Csomagvesztésre (BER) érzékeny Data / Igen Videó Nem Igen Hang Igen Nem Gaming Igen Igen Hang Késleltetés max. 150ms end-to-end BER től ig, kódolótól függően Videó Késleltetés másodpercek! a VoD-nál vagy a műsorszórásnál csatornaváltási késleltetés - zapping BER től (videotelefon) virtuálisan nulláig (10-13 a HDTV-hez) High Definition Television 242

232 VDSL2 QoS Más-más forgalomtípusok Hang Video Kis csomagok ( byte/csomag) Állandó sebességgel generálva Nagy csomagok Változó sebességgel generálva ( börsztös forgalom) VDSL2-ben dual path - dual latency támogatás Forgalomtipusonként meghatározott sávszélesség A hangforgalmat nem befolyásolja a börsztös video 243

233 Piaci trendek - régiónként Európa Triple-Play: legalább 3 HDTV csatorna + 5Mbps Internet + VoIP 30Mbps downstream, 3Mbps upstream Kína Triple-Play: legalább 3 HDTV csatorna + 5Mbps Internet + VoIP 30Mbps downstream, 3Mbps upstream USA, Kanada Triple-Play : legalább 3 HDTV csatorna + 5Mbps Internet + VoIP 30Mbps downstream, 3Mbps upstream Japán, Korea, Taiwan 100Mbps downstream, 100Mbps upstream 244

234 Más DSL megoldások HDSL (High bit-rate DSL) IDSL (ISDN DSL) MSDSL (Multirate Symmetric DSL) RADSL (Rate-Adaptive DSL) Részben a DSL technológia történelmét idézik, vagy elenyésző elterjedtségük miatt stratégiai szempontból jelentéktelenek 245

235 Kábel TV

236 Miért kábel TV? Ötlet a 40-es évek végén Jobb vétel a külvárosokban és a hegyek között élőknek Közösségi antennás televízió Community Antenna Television CATV Egy dombtetőn elhelyezett nagy antenna Erősítő fejállomás (head end) Koaxiális kábel Családias üzletág, bárki telepíthetett ilyen szolgáltatást Ha több előfizető, újabb kábelek és erősítők Egyirányú átvitel, a fejállomástól a felhasználók felé 247

237 Korai kábeltévé rendszer 248

238 A kábeltévé fejlődése 1970-re több ezer független rendszer 1974-ben elindul az HBO, kizárólag kábelen Több új kábeles csatorna hírek, sport, főzés, stb. Nagyvállalatok elkezdik felvásárolni a létező kábelhálózatokat, új kábeleket fektetnek le Kábelek a városok között a hálózatok egyesítésére Hasonló ahhoz, ahogy a távközlő iparban a század elején összekötötték a helyi központokat a távolsági hívások miatt Később a városok közötti kábeleket nagy sávszélességű fényvezető szálakra cserélik 249

239 HFC rendszer HFC - Hybrid Fiber Coax Fényvezető-koax hibrid rendszer Fényvezető szálak a nagy távolságok áthidalására Koaxiális kábel a házakhoz Fényvezető csomópont (fiber node) Elektrooptikai átalakító a fényvezető és villamos rész közötti csatolásnál Egy fényvezető szál több koax kábelt is táplálhat Sokkal nagyobb sávszélesség 250

240 Modern kábeltévé rendszer 251

241 Internet a kábeltévén 252

242 Internet a kábeltévén A kábelhálózat üzemeltetők elkezdték bővíteni a szolgáltatásaikat Internetelérés Telefonszolgáltatás Át kell alakítani a hálózatot Az egyirányú erősítőket kétirányú erősítőre kell cserélni mindenhol A fejállomást fel kell fejleszteni Egy buta erősítőből egy intelligens digitális számítógéprendszer Nagysebességű optikai szálakat csatlakoztat egy ISP hálózatához Cable-Modem Termination System (CMTS) A koax kábel osztott közeg, több ház egyszerre használja A telefonhálózatban mindenki rendelkezik saját érpárral (előfizetói hurok) A TV műsorok szórásánál ez nem fontos minden műsort ugyanazon a kábelen szórnak, mindegy hogy 10 vagy ember nézi azt egyszerre Internetezésnél óriási különbség ha 10 vagy felhasználó Ha valaki letölt egy nagy fájlt, a többieknek nem marad sávszélesség Másfelől a koax kábel sokkal nagyobb sávszélt. biztosít mint a sodrott érpár 253

243 Internet a kábeltévén Megoldás: több darabra osztunk egy hosszú kábelt (szegmentálás) Minden szakaszt közvetlenül egy fiber node-hoz kötünk A fejállomás és a fiber node-ok között a sávszélesség lényegében végtelen Ha nincs túl sok felhasználó egy szakaszon, a forgalom kezelhető marad Ma tipikusan ház egy szakaszon További felosztás várható ahogy nő az előfizetők száma és a forgalom 254

244 Internet a kábeltévén 255

245 Spektrumkiosztás A kábelhálózatot nem lehet (egyelőre) kizárólag internetezésre használni Sokkal több a tévénéző mint az internetező ügyfél A városok szabályozzák mi mehet a kábelen, a tévészolgáltatás kötelező Fel kell osztani a frekvenciákat a TV és az internet elérés között USA, Kanada FM rádió: MHz kábeltévé-csatornák: MHz 6 MHz széles csatornák, védősávval együtt NTSC - National Television System Committee Felbontás: 720 x 480, fps 256

246 Spektrumkiosztás Európa TV sávok alsó határa 65 MHz 6-8 MHz széles csatornák PAL és SECAM rendszerek nagyobb felbontási képessége miatt PAL - Phase Alternating Line SECAM - Système Electronique Couleur Avec Mémoire Felbontás: 768 x 576, 25 fps A sáv alsó részét nem használják Modern kábelek 550 MHz felett is működnek, gyakran 750 Mhz felett is Megoldás: feltöltés 5 42 MHz között (Európában 5-65 MHz) A spektrum felső végén lévő frekvenciák a letöltéshez 257

247 Spektrumkiosztás 258

248 Aszimetrikus átvitel A TV és rádió mind lefele halad A fejállomástól a felhasználó felé Felfele olyan erősítők melyek az 5-42 MHz-es tartományban működnek Lefele az 54 MHz feletti tartományban működő erősítők Aszimmetrikus rendszer, nagyobb downstream mint upstream Ezt itt műszaki okok befolyásolják, nem úgy mint az ADSL-nél Nem jó megoldás P2P tipúsú forgalom kezelésére Az aszimmetrikus web forgalomra tervezték 259

249 Moduláció Minden 6-8 MHz-es csatornát 64-QAM-el modulálnak Quadrature Amplitude Modulation Ha kivételesen jó minőségű kábel, akkor 256-QAM 6 MHz-es csatornán 64-QAM-el kb. 36 Mbps A fejlécek nélküli sávszél 27 Mbps 256-QAM-el kb. 39 Mbps Európában magasabb sávszél, a 8 MHz-es csatorna miatt A feltöltési csatornán a 64-QAM nem ilyen jó Túl sok zaj a felszíni mikrohullámú rendszerek, CB-rádiók, stb. miatt Citizen Band walky-talky QPSK moduláció Quadrature Phase Shift Keying Csak két bit szimbólumonként (a 64-QAM-nél 6, a 256-QAM-nál 8) Sokkal nagyobb az upstream és a downstream közötti különbség 260

250 Kábelmodem A kábelen jövő analóg jelet digitálissá alakítja és fordítva MOdulál és DEModulál Két Interfész egy a PC és egy a kábelhálózat felé A modem és a PC között lehet Ethernet/USB/WLAN Több PC-t is köthetünk a helyi LAN-ra Minden PC-nek kell IP cím Lehet több címet venni az ISP-tól NAT (Network Address Translation) több gép egy IP cím mögött 261

251 Kábelmodem A kezdetekben minden hálózatüzemeltetőnek saját modem-je, melyet egy technikus telepített Nyílt szabvány kellett CableLabs Versenyhelyzethez vezet a modemek piacán Csökkennek az árak Ösztönzi a szolgáltatás terjedését Ha a felhasználó telepíti a modemet, nem kell kiszállási költség A legnagyobb kábelszolgáltatók szövetsége DOCSIS szabvány Data Over Cable Service Interface Specification EuroDOCSIS európai változat Sokan nem örültek neki Nem tudták tovább drágán bérbe adni modemjeiket a kiszolgáltatott előfizetőknek 262

252 Csatlakozás Csatlakozásnál a modem pásztázni kezdi a letöltési csatornákat A CMTS egy speciális csomagban időnként elküldi a rendszer paramétereit az újonnan kapcsolódó modemek részére A modem bejelentkezik a CMTS-nél A CMTS kijelöli az új modem feltöltési és letöltési csatornáit Ezt később lehet változtatni, például a terhelés kiegyenlítése miatt Több modem ugyanazon a feltöltési csatornán Az első csomag a modemtől az ISP-hez megy IP címet kér, DHCP protokollon keresztül Dynamic Host Configuration Protocol A pillanatnyi pontos időt is megkapja a CMTS-től 263

253 Versenyhelyzetes feltöltés A modem megméri milyen távol van a fejállomás Távolságbecslés (ranging) mint a ping Szükség van rá az időzítések miatt A feltöltési csatornát az időben miniszeletekre osztják (minislot) Minden felfele haladó csomag egy vagy több minislot-ban A minislot-ok hossza hálózatonként más és más Tipikusan 8 byte felhasználói adat egy minislot-ban 264

254 Versenyhelyzetes feltöltés A fejállomás rendszeresen bejelenti mikor új minislot-csoport kezdődik A kábelen való terjedés miatt nem egyszerre hallják meg a modemek Mindenki ki tudja számítani mikor volt az első minislot kezdete Minden modemhez hozzárendelve egy speciális minislot melyben feltöltési sávszélességet igényelhet Több modem ugyanazon a minislot-on Ha a modem csomagot akar küldeni, szükséges számú minislot-ot igényel Ha a fejállomás elfogadja, a nyugtában megmondja mely minislot-okat jelölte ki Ha további csomagokat akar küldeni, a fejlécben új minislot-okat kérhet Ha az igényléskor ütközés, nincs nyugta Vár egy véletlen ideig és újra próbálkozik Minden egymás utáni kudarc után a max. idő duplázódik 265

255 Versenymentes letöltés Letöltésnél csak egy küldő, a fejállomás Nincs versenyhelyzet, nincs szükség minislot-okra Nagyméretű forgalom lefelé Nagyobb, 204 byte-os rögzített csomagméret Ebben Reed-Solomon hibajavító kód 184 byte a felhasználói adatoknak 266

256 Le- és feltöltés a kábelen 267

257 DOCSIS DOCSIS 1.0 (1997) Nagysebességű internetelérés RF Return Kétirányú kommunikáció biztosítása Telco Return Dial-up kapcsolat az upstream forgalomra Nem kell módosítani az infrastruktúrát, egyirányú kommunikáció a kábelen A modemárak 300$-ról (1998) <30$-ra estek DOCSIS 1.1 (1999) VoIP, gaming, streaming Kompatibilis a DOCSIS 1.0-val QoS, CM authentikáció 268

258 DOCSIS DOCSIS 1.0 DOCSIS 1.1 A DOCSIS 1.0-ban minden szolgáltatás best effort alapon versenyez a feltöltési sávszélért A DOCSIS 1.1-ben minden szolgáltatáshoz QoS garanciákat lehet rendelni 269

259 DOCSIS DOCSIS 2.0 (2002) Kapacitás szimetrikus szolgáltatásokhoz Nagyobb upstream kapacitás mint a DOCSIS 1.0-ban (x6) és a DOCSIS 1.1-ben (x3) QPSK helyett 32-QAM, 64-QAM vagy 128-QAM az upstream részen is TDMA helyett TDMA és S-CDMA a MAC rétegben DOCSIS 3.0 (2006) 160 Mbps downstream, 120 Mbps upstream Channel bonding Több csatornát párhuzamosan használhat egy felhasználó 270

260 Hálózati és Szolgáltatási Architektúrák Architectures of Networks and Services Mérnök informatikus szak, MSc képzés Hálózatok és szolgáltatások szakirány 9. alkalom Április 22., hétfő, IB.145, 10:15-11:45 Dr. Cinkler Tibor cinkler()tmit.bme.hu Egyetemi Docens BME TMIT TMIT: Távközlési és Médiainformatikai Tanszék

261 BPL BPL: Broadband over Power Line PLC: Power Line Communications 296

262 BPL Broadband over Power Line Szélessáv az elektromos vezetéken Nem csak a telefontársaságoknak van nagyméretű kiépített hálózatuk, hanem az áramszolgáltatóknak is (pl. ELMŰ) Sokkal több helyen van áram mint ahány helyen optikai kábelek Jó lenne ezt kihasználni Elektromos hálózat elemei: Az erőműből kijövő áramot magasfeszültségen küldik tovább Volt Nagy távolságokon (több száz km) Helyi transzformátorállomások Átalakítják középfeszültségű árammá Volt (általában 7200 Volt) A ház melletti villanyoszlopon alacsony feszültségű átalakító Volt (Európa), Volt (USA) 297

263 Elektromos hálózat 298

264 PLC - Power Line Carrier A BPL nem teljesen új dolog Évtizedek óta szállítanak adatokat az elektromos hálózaton Telemetria, távoli eszközök felügyelete, vezérlése Hagyományos telefonszolgáltatás (POTS) távoli, elszigetelt felhasználóknak van áramvezeték, de a telefonvezeték túl drága lenne A BPL nem csak beszéd és kis sebességű adatátvitelre jó, hanem nagy sebességekre is Hátrány: Nagyon érzékeny az interferenciákra EMI (elektromágneses interferencia), RFI (rádió frekvenciás interferencia) Nem csak a BPL-t zavarják ezek a zajok, a BPL is zavarhat más szolgáltatásokat CB rádió, légi közlekedés vezérlése, stb. A telefon és koax kábelekkel ellentétben az elektromos vezetékek nincsenek leárnyékolva 299

265 Adatátvitel elektromos hálózaton A magasfeszültségű vezetékek nem alkalmasak Túl nagy zaj Az áram előreláthatatlanul ugrál a teljes frekvenciatartományban Megoldás: teljesen elkerülni ezeket Hagyományos optikai hálózaton vinni egy darabig Középfeszültségú hálózatra átvezetni Optikai/elektromos (O/E) átalakító Csak kis távolságokon képes átvinni a jelet Erősítőkre (repeater) van szükség 300 méterenként Frequency Division Multiplexing (FDM) BPL 2 MHz és 80 MHz között 300

266 BPL hálózat 301

267 Adatátvitel elektromos hálózaton Coupler Megkerüli a transzformátort, átteszi az adatokat 7200 Volt-ról 220-ra Multi- és demultiplexelés, titkosítás CSMA/CD az upstream adatok küldésére Az Ethernet által használt megoldás Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection Aki küldeni akar, belehallgat a csatornába (Carrier Sense) Ha senki nem beszél, elkezd ő csomagokat küldeni Lehet, hogy ketten is egyszerre kezdenek beszélni Mindketten üres csatornát érzékeltek Mindketten érzékelik az ütközést (Collision Detection) Elhallgatnak és véletlen hosszú idő után újra próbálkoznak Az alacsony feszültségű vezeték szintén zajos lehet Elektromos eszközök ki-be kapcsolása adatvesztéshez vezethet Last mile megoldásként WiFi-t vagy DSL-t is szoktak használni Powerline modem 302

268 Powerline modem Jó vicc... De nincs messze a valóságtól... A legújabb BPL modemek jól szűrik a zajt Speciális modulációs technikák A DSL és kábel modemekhez hasonló sebesség Vezetéknélküli változatban is 303

269 BPL előnyök és hátrányok Létező infrastruktúrára épít Jóval nagyobb hálózat mint a telefon vagy a kábelhálózat Távoli, eldugott helyeken is elérhető A műholdas kommunikációval ellentétben lehetőség van szimetrikus adatátvitelre Európában akár 100 lakás is egy transzformátor mögött Az USA-ban 8-10 Kevés előfizető, nehéz bevezetni a szolgáltatást Kevés előfizető, nagyobb sávszélesség mindenkinek Mai BPL hálózatokban 45 Mbps Felhasználónként 3 Mbps Nem rossz az ADSL-hez és kábelhez képest Hosszú távon nem képes Triple Play szolgáltatás biztosítására Új BPL változatokban 22 Mbps felhasználónként 304

270 BPL előnyök és hátrányok Hátrányok Sok repeater-re van szükség Nem olyan drága eszközök Interferenciákra érzékeny Japánban és Európában sok helyen betiltották Az USA-ban több BPL hálózat is működik Az FCC 2006-ban engedélyezte a BPL használatát bizonyos feltételek mellett Federal Comunications Committee Az amatőr rádiósok (ARRL) 2008-ban pert nyert az FCC ellen Budapesten a 23VNet szolgáltatása a Riverside apartmanházban (2003) Az ADSL-hez hasonló sebesség és árak 305

271 Nemzetközi szabályozás A világ számos országában a kormány beavatkozott a piaci viszonyokba, az elérhető árú szélessáv elterjesztése érdekében Közvetlen részvétel a hálózatok kiépítésében és üzemeltetésében Szabályozások egy egészséges konkurenciára épülő szélessávú szolgáltatáspiac megteremtésére Megszüntetni a monopolhelyzetben levő ( incumbent ) szolgáltatók privilégiumait (pl. Matáv) A monopolhelyzetet engedélyező, illetve azt tiltó országok százalékos eloszlása különféle szolgáltatásokat tekintve (2002) 306

272 Nemzetközi szabályozás Egy új szolgáltató betörése egy tradicionálisan monopol-helyzetben lévő szolgáltató által dominált piacra nehéz Korlátozott méretű piac Gazdasági stabilitás hiánya Viszonylag lassan megtérülő, nagyméretű befektetések A versenyhelyzet kialakításához meg kell könnyíteni ezt A hosszú engedélyezési procedúrák egyszerüsitése A külföldi befektetőkkel szembeni korlátozások feloldása Adózási kedvezmények Az új infrastruktúra kiépítését vállaló szolgáltatók támogatása kedvező megoldás a hosszútávú piaci versenyhelyzet kialakulására Szabad hozzáférés biztosítása a hálózathoz 307

273 Local Loop Unboundling - LLU Az infrastruktúrával rendelkező szolgáltatókat kényszerítik, hogy biztosítsák más potenciális szolgáltatók részére a szabad hozzáférést a saját hálózatukhoz legfőképpen a helyi előfizetői hurokhoz való hozzáférés korrekt, non-diszkriminatív alapon és elérhető áron Többféle megoldás a helyi hurok teljes átengedése a konkurrens szolgáltató teljes mértékben rendelkezik a vezetékkel, úgy a beszédátvitelt mint az adatátvitelt tekintve a helyi hurok megosztása a konkurrens szolgáltató vagy a helyi hurok beszédátvitelt biztosító részével, vagy az adatátvitelt biztosító résszel rendelkezik bitfolyam alapú hozzáférés az incumbent szolgáltató kiépít egy nagysebességű átvitelt biztosító vonalat a felhasználóhoz, és biztosítja a konkurrens szolgáltatók hozzáféréset ehhez a vonalhoz A vonal technikai karbantartása és a szolgáltatás üzemeltetése továbbra is az incumbent szolgáltató hatáskörébe tartozik 308

274 Local Loop Unboundling - LLU 2002-ig a világ 58 országában alkalmazták, változó sikerrel Japánban NTT West és NTT East az incumbent operátor 97-ben bevezették az LLU-t, kevés sikerrel Eredmény: 2000 végén még csak ADSL vonal 2000-ben megszigorítottak a szabályokat Csökkentek az LLU-ra kiszabható árak Csökkent az időrés melyen belül az incumbent szolgáltató köteles volt a hozzáférést lehetővé tenni Eredmény: 2003 elején 6.5 millió ADSL vonal Az ADSL piac 70%-a a konkurrens cégeknél Az EU-ban nem volt ilyen sikeres 80% továbbra is az incumbent szolgáltatóknál 309

275 Közös tulajdonú szolgáltatások A versenyhelyzet szabályozása nehéz ha ugyanannak a szolgáltatónak van egy DSL és egy kábel TV szolgáltatást biztosító infrastruktúrája csak az egyik szolgáltatást üzemelteti elkerüli az esetleges versenyhelyzetet a szolgáltatások között negatív hatás az árakra, és a szolgáltatások elterjedésére 310

276 Közös tulajdonú szolgáltatások Rossz példát mutattak a Skandináv országok Sok vezetékes, mobil és kábel TV előfizető, de kevés broadband Svédországban a Telia-nak van a legnagyobb vezetékes telefonhálózata, de a legnagyobb kábel TV szolgáltató is Eredmény: Svédországban a Telia kábel előfizetők csak 3.5%-a kapott internetet is a kábelen (2002) Dániában a Telia egy konkurrens kábel TV és kábel modem szolgáltató Verseny az incumbent TDC-vel Eredmény: Dániában a Telia kábel előfizetők 32%-a kapott internetet is a kábelen (2002) Új EU szabályozások Külön könyvelésre, majd jogi különválásra kényszerítették a kábel és telco részlegeket Deutsche Telekom beszüntette a kábel TV szolgáltatását Magyar kiskapu: 1999-ben a Matáv eladta a MatávKábelTV kft. szavazati jogainak 75%-át a Hungária Biztosítónak Gyakorlatilag továbbra is a Matáv üzemeltette a szolgáltatást 311

277 Konkurrencia-ellenes magatartás Az incumbent szolgáltatónak több lehetősége is van a vetélytársak megfékezésére felhasználhatja egy másik szektorban, pl. a vezetékes telefonszolgáltatásban létező monopolhelyzetét, az ott elért nyereségeit, a saját broadband szolgáltatásának finanszírozására, és az előfizetés árának csökkentésére a szélessávú szolgáltatás közös, összevont értékesítése olyan más szolgáltatásokkal, melyek területén monopolhelyzetben áll Wanadoo Interactive France Telecom fiókvállalata több éven keresztül az ADSL szolgáltatás viszonteladását alacsonyabb áron kínálta a szolgáltatás költségénél hatalmas veszteséget halmozott fel, de megszerezte a DSL piac 72%-át ezekkel az árakkal való lépéstartás olyan veszteséget vetített elő, mely távol tartotta, megfélemlítette a szektor potenciális befektetőit ban 10 millió eurós bírság az EU Bizottságtól a konkurencia szabályainak megszegése miatt 312

278 Univerzális szolgáltatás Számos országban szigorúan szabályozzák az univerzális szolgáltatási kötelezettséget a hagyományos távközlési szolgáltatásoknál Universal Service Obligation, USO a szolgáltató köteles egy univerzális alapszolgáltatást nyújtani egy egységes áron bárkinek aki azt igényli, függetlenül a szolgáltatás az előfizető felé való kiterjesztésének költségétől Néhány helyen a broadband-re is érvényes Ausztrália, Izland A legtöbb országban ez nincs így, több ok miatt viszonylag új szolgáltatás, hiánya nem generál egyelőre jelentős szociális és gazdasági hátrányokat ez azért már változik bevezetése nagymértékben megnövelné az infrastruktúra kiépítésének és a szolgáltatás üzemeltetésének a költségeit csak erősítené a domináns szolgáltató helyzetét a konkurrenciával szemben A témát nem kell lezártnak tekinteni, hanem visszatérni rá pár év múlva, ha a broadband igazán elterjed 313

279 Magyarországi piaci helyzet Bizonyos mértékig igazodik a nemzetközi normákhoz január 1 - hatályba lép az Elektronikus Hírközlési Törvény szabályozza a helyi hurok (előfizetői sodrott érpár) átengedését Korlátozott verseny a DSL piacon Hiába van rengeteg Internet szolgáltató Minden szolgáltató aki a T-Com-al szerződik, ugyanazt a szolgáltatást nyújtja ~ egyforma árak Ugyanolyan (rossz) ügyfélszolgálat A vonal technikai karbantartása és a szolgáltatás üzemeltetése nagyrészben továbbra is a T-Com kezében Ma már egyszerű a szolgáltatóváltás 2005 őszéig szinte lehetetlen volt A szolgáltatás megszakítása több héten, hónapon keresztül Kabaréba illő procedúra Ugyanannak a modemnek a fel és leszerelése, kétszeri kiszálással, több hetes szünettel Tulajdonképpen egy pár percet igénylő munka A szolgáltatók érdeke hogy minél több új előfizető legyen A már meglévő előfizetőknek szóló árkedvezmények nem olyan fontosak 314

280 334

281 1. WiFi, WiMAX 1.a: WIFi Wireless Fidelity WLAN IEEE x 1.b: WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access WirelessMAN IEEE

282 Mozgási sebesség és adatsebesség Mobilitás Jármű G S M 3. Generáció Séta Fix Bluetooth WLAN Átviteli sebesség [Mbps] 0, Forrás. Imre Sándor, Alcatel-Lucent Seminar

283 Wireless Standards IEEE , IEEE IEEE IEEE IEEE e IEEE (Zigbee Alliance) IEEE d WiMAX IEEE Wi-Fi Alliance IEEE UWB, Bluetooth Wi-Media, BTSIG, MBOA Forrás: Imre Sándor, Alcatel-Lucent Seminar 2008 Sensors RAN WAN MAN LAN PAN RFID (AutoID Center) 3GPP (GPRS/UMTS) 3GPP2 (1X--/CDMA2000) GSMA, OMA ETSI HiperMAN & HIPERACCESS ETSI-BRAN HiperLAN2 ETSI HiperPAN 337

284 1.a: Infrastruktúra WLAN felépítése basic service set (BSS), distribution system (DS), and extended service set (ESS) Elosztó hálózat (DS) AP AP BSS-2 BSS-1 ESS Forrás: Imre Sándor, Alcatel-Lucent Seminar

285 IEEE berendezések Station PC station card Access point Forrás: Imre Sándor, Alcatel-Lucent Seminar

286 Alap fizikai rétegek Forrás: Imre Sándor, Alcatel-Lucent Seminar

287 Frekvenciaugratás Forrás: Imre Sándor, Alcatel-Lucent Seminar

288 Működési frekvencia tartomány és a frekvencia csatornák száma Alsó határ [GHz] 2,402 2,402 2,473 Felső határ 2,480 2,480 2,495 Kijelölt frekvencia tartomány 2,400-2,4835 2,400-2,4835 2,471-2,497 Ugrási frekvenciák száma (minimum)* 79 (75) 79 (20) 23 (10) Földrajzi terület Észak-Am. Európa Japán Forrás: Imre Sándor, Alcatel-Lucent Seminar

289 1.b: WiMAX-ról Amit hallani lehet a WiMAX-ról: WiFi nagyban Minden eddiginél nagyobb adatsebesség Nagy távolságok (~48 km) áthidalása Közvetlen rálátás nélkül is működik Többutas terjedés ellen véd QoS-támogatás xdsl hálózatok alternatívája Forrás: Horváth Zoltán, Alcatel-Lucent Seminar

290 Nagyvárosi vezeték nélküli hálózat WMAN Wireless Metropolitan Area Network WiMAX - Worldwide Interoperability for Microwave Access Forrás: Horváth Zoltán, Alcatel-Lucent Seminar

291 WMAN piaci igénye Nagyváros Nehezen kábelezhető területek (hegyvidék) Ritkán lakott területek Forrás: Horváth Zoltán, Alcatel-Lucent Seminar

292 MAN hozzáférési technológiák adatsebessége 346

293 Mobilitás Szélessáv bárhol bármikor (ubiquitous) Nagy adatsebesség elérése nem rögzített végpontú elérés esetén Nomád Mobil Forrás: Horváth Zoltán, Alcatel-Lucent Seminar

294 Adatsebesség vezeték nélküli technológiákban és spektrális hatékonyság Csatorna sávszélessége Maximális adatsebesség Spektrális hatékonyság WiFi a/g 20 MHz 54 Mbps ~ 2,7 bps/hz WiMAX a 3; 6; 5; 10; 20; 25 MHz 1,75; 3,5; 7; 14; 28 MHz 70 Mbps * ~ 5 bps/hz EDGE 200 khz 384 kbps ~ 1,9 bps/hz UMTS 1,25 MHz 2 Mbps ~ 1,6 bps/hz *: 14 MHz esetén Forrás: Horváth Zoltán, Alcatel-Lucent Seminar

295 Áthidalható távolság növelése Zárt térben Közvetlen rálátással WiFi a/g m m WiMAX a m 48 km GSM m 20 km UMTS m 3 km Forrás: Horváth Zoltán, Alcatel-Lucent Seminar

296 A WiMAX technológia pozicionálása Forrás: Horváth Zoltán, Alcatel-Lucent Seminar

297 WIMAX alkalmazási területek Forrás: Horváth Zoltán, Alcatel-Lucent Seminar

298 LOS NLOS környezet LOS (Line of Sight) Közvetlen rálátás Nincs zavaró hatás a Fresnel-zónában NLOS (Non Line of Sight) Nincs közvetlen rálátás Reflektált, több jelút Forrás: Horváth Zoltán, Alcatel-Lucent Seminar

299 Tipikus cellaméretek és sebességek Forrás: Horváth Zoltán, Alcatel-Lucent Seminar

300 helye a 802.x családban Forrás: Horváth Zoltán, Alcatel-Lucent Seminar

301 Szabványok, verziók IEEE (10-66 GHz) Harmonizáció ETSI c-2002 (10-66 GHz) a-2003 (2-11 GHz) d IEEE HiperMAN További kiegészítések: e (mobil) f,g (management) h (szabad sáv) Forrás: Horváth Zoltán, Alcatel-Lucent Seminar

302 Szabványok, verziók fejlődése Kiegészítés a hoz WiMAX rendszer profilok definiálása GHz-re december Eredeti rögzített szélessávú vezeték nélküli megoldás GHz-re Közvetlen rálátás nélkül (NLOS) Pont-többpont alkalmazása c december a január 2-11 GHz-re kiterjesztés Erősen célzott területek: Közvetlen rálátás nélkül Pont-többpont alkalmazása Last mile szélessávú hozzáférés d ( ) október e ( ) február WiMAX rendszer profilok alkalmazása a 2-11 GHz-re Javítások Fejleszések a fizikai és közeghozzáférési rétegben a mozgó előfizetők támogatásához Forrás: Horváth Zoltán, Alcatel-Lucent Seminar

303 Verziók c Ezt az átdolgozást az IEEE decemberében fogadta el. Az átdolgozás a GHz frekvenciasávban történő line-ofsight (LOS) szélessávú vezeték-nélküli kommunikáció rádiós interfészét definiálja. Az adatátviteli sebesség elvi határa 70 Mbit/s, melyen a felhasználóknak osztozniuk kell. Az áthidalható távolság elérheti az 50 km-t is a Az IEEE 2003 januárjában fogadta el ezt az átdolgozást. A 2-11 GHz frekvenciatartomány MAC és PHY rétegét definiálja. Az alacsonyabb frekvenciatartomány lehetővé teszi a nonline-of-sight (NLOS) kommunikációt is. 20 MHz-es csatornánként 100 Mbit/s adatátviteli sebességet tesz lehetővé. Tipikusan 6-8 km-es cellasugarat használ. Forrás: Horváth Zoltán, Alcatel-Lucent Seminar

304 Verziók b Ez az átdolgozás az 5-6 GHz körüli szabad, engedélyhez nem kötött alkalmazásokat foglalja magában d Az IEEE 2004 júniusában fogadta el, és néven került publikálásra. Ez az átdolgozás az addigi szabványok összeolvadásából jött létre, azokat hivatott helyettesíteni. A következő szabványokat helyettesíti hivatalosan: , c-2002, és a A szakirodalomban általában, ha a megjelölést betű nélkül használják, erre a változatra utalnak. Forrás: Horváth Zoltán, Alcatel-Lucent Seminar

305 Verziók e Míg a fix vezeték nélküli hozzáférést támogat, a e lefedi a fix, a nomád és a teljesen mobil vezeték nélküli hozzáférést. Az e kiegészítésre általában, mint mobilkiegészítés -re hivatkoznak, ám a mobilitás támogatása csak az egyik jellemzője a e-nek. A másik, hogy jelentős kiegészítéseket tartalmaz az OFDMA fizikai réteghez. A e OFDMA fizikai rétegét Scalable OFDMA-nak (SOFDMA) nevezik. A SOFDMA azonban számos előnnyel bír fix hozzáférés esetén is, ezért ez a draft nem csak felhasználói mobilitás esetén fontos. Továbbá biztonság terén is tartalmaz újításokat. Forrás: Horváth Zoltán, Alcatel-Lucent Seminar

306 Verziók f A f tervezetét az IEEE 2004 augusztusában fogadta el. A projekt célja a szabványhoz kapcsolódó Management Information Base (MIB) definiálása, a menedzselhető objektumok meghatározása, és szabványos menedzsment-módszerek kidolgozása. Ezzel a különböző gyártók eszközei menedzsment szinten is kompatibilissá válhatnak g Az IEEE 2004 augusztusában fogadta el a kiegészítés tervezetét a menedzsment-síkhoz tartozó eljárásokkal és szolgáltatásokkal kapcsolatban. A projekt célja szabványos menedzsment algoritmusok és menedzsmenthez kapcsolódó interfészek kidolgozása a e által kiegészített szabványhoz. A kiegészítés kitér erőforrás-, mobilitásvalamint spektrum-menedzsmentre. A munka a f-fel szoros együttműködésben folyik. Forrás: Horváth Zoltán, Alcatel-Lucent Seminar

307 verziók Forrás: Horváth Zoltán, Alcatel-Lucent Seminar

308 Frekvenciasávok Engedélyköteles: 2,500-2,690 GHz (MMDS) - csak USA 3,410-3,600 GHz (ETSI) csak EU Szolgáltatás minősége garantálható Engedélymentes: 5,725-5,850 GHz (U-NII) Egyelőre katonai célokra használt Dinamikus frekvenciaválasztás (DFS) kötelező Automatikus teljesítményszabályozás (TPC) ajánlott QoS nem garantált Forrás: Horváth Zoltán, Alcatel-Lucent Seminar

309 Csatornakódolás, linkadaptáció Forrás: Horváth Zoltán, Alcatel-Lucent Seminar

310 WiFi WiMAX összehasonlítás Forrás: Horváth Zoltán, Alcatel-Lucent Seminar

311 2. UMTS, HSPA, LTE, 3GPP,... UMTS: Universal Mobile Telecommunications System HSPA: High Speed Packet Access High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) High Speed Uplink Packet Access (HSUPA) Evolved High Speed Packet Access (HSPA+) MIMO-val data rates up to 42 Mbit/s in the downlink and 11 Mbit/s in the uplink (per 5MHz carrier) multiple input, multiple output (MIMO) Dual-Cell HSPA (DC-HSPA) Multi-Carrier HSPA (MC-HSPA) LTE (Long Term Evolution) 3rd Generation Partnership Project (3GPP) Release 8 LTE/SAE Access: E-UTRAN: Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network a.k.a. LTE Core: EPC (Evolved Packet Core) a.k.a. SAE (System Architecture Evolution) 365

312 3GPP Release 8 While 3GPP Release 8 has yet to be ratified as a standard, much of the standard will be oriented around upgrading UMTS to 4G mobile communications technology, which is essentially a mobile broadband system with enhanced multimedia services built on top. The standard includes: Peak download rates of Mbit/s for 4x4 antennas, Mbit/s for 2x2 antennas for every 20 MHz of spectrum. [2] Peak upload rates of 86.4 Mbit/s for every 20 MHz of spectrum.[2] 5 different terminal classes have been defined from a voice centric class up to a high end terminal that supports the peak data rates. All terminals will be able to process 20 MHz bandwidth. At least 200 active users in every 5 MHz cell. (i.e., 200 active data clients) Sub-5ms latency for small IP packets Increased spectrum flexibility, with spectrum slices as small as 1.5 MHz (and as large as 20 MHz) supported (W-CDMA requires 5 MHz slices, leading to some problems with roll-outs of the technology in countries where 5 MHz is a commonly allocated amount of spectrum, and is frequently already in use with legacy standards such as 2G GSM and cdmaone.) Limiting sizes to 5 MHz also limited the amount of bandwidth per handset Optimal cell size of 5 km, 30 km sizes with reasonable performance, and up to 100 km cell sizes supported with acceptable performance Co-existence with legacy standards (users can transparently start a call or transfer of data in an area using an LTE standard, and, should coverage be unavailable, continue the operation without any action on their part using GSM/GPRS or W-CDMA-based UMTS or even 3GPP2 networks such as cdmaone or CDMA2000) Supports MBSFN (Multicast Broadcast Single Frequency Network). This feature can deliver services such as Mobile TV using the LTE infrastructure, and is a competitor for DVB-H-based TV broadcast. PU2RC as a practical solution for MU-MIMO has been adopted to use in 3GPP LTE standard. The detailed procedure for the general MU-MIMO operation is handed to the next release, e.g, LTE- Advanced, where further discussions will be held. A large amount of the work is aimed at simplifying the architecture of the system, as it transits from the existing UMTS circuit + packet switching combined network, to an all-ip flat architecture system. 366

313 Today s mobile broadband HSPA coverage Source: GSA Global mobile Suppliers Association: March 7, 2008 >185 commercial networks in more than 80 countries Source: György Miklós, Ericsson,

314 Subscriptions (Millions) Mobile broadband set to overtake fixed ~ Broadband subscription forecast Fixed Mobile HSPA 70% Source: Ovum RHK, Strategy Analytics & Internal Ericsson Mobile Broadband includes: CDMA2000 EV-DO, HSPA, LTE, Mobile WiMAX, Other Fixed broadband includes: DSL, FTTx, Cable modem, Enterprise leased lines and Wireless Broadband Source: György Miklós, Ericsson,

315 Next step: SAE/LTE LTE: Long Term Evolution (radio access) EPS: Evolved Packet System (full 3GPP system incl. LTE) Also SAE/LTE (System Architecture Evolution) Flexible use of spectrum - Flexible bandwidth - FDD & TDD capability 1.4 MHz 20 MHz Reduced Cost - Flat architecture fewer nodes - Packet Switched only - Self configuration Excellent user performance - Higher data rates: 100Mbps downlink, 60Mbps uplink - Lower latency ~10ms RTT - Well integrated with 2G/3G Source: György Miklós, Ericsson,

316 What is EPS? 2G 3G Core Network Circuit Core CS networks User mgmt IMS domain LTE EPC Non-3GPP IP networks EPS (Evolved Packet System) brings into 3GPP Rel-8: LTE/E-UTRAN new generation of RAN, packet domain only Non-3GPP access with mobility support EPC (Evolved Packet Core) optimized core network Source: György Miklós, Ericsson,

317 Architecture for LTE Functional changes compared to the current UMTS Architecture Gateway GPRS Support Node (GGSN) Serving GPRS Support Node (SGSN) Radio Network Controller (RNC) Public Data Network (PDN) GGSN PGW SGW PDN GateWay Serving GateWay SGSN (not user plane functions) MME Mobility Management Entity RNC Node B enodeb PGW/SGW Deployed according to traffic demand Only 2 user plane nodes (non-roaming case) RNC functions moved to enodeb. No central radio controller node OFDM radio, no soft handover Operator demand to simplify Control plane/user plane split for better scalability MME control plane only Typically centralized and pooled Source: György Miklós, Ericsson,

318 Traffic Lab in SAE (EPC) standardization Stage AIPN TR AIPN TS TS Stage 2 Stage 3 TS TS TR TR TR TR Technical studies Specifications Approval (>80% complete) Functional freeze Traffic Lab involvement (~70 contributions) 3GPP delegate from Traffic Lab (20 meetings) Final specifications Source: György Miklós, Ericsson,

319 Competing Radio Technologies GSM WCDMA HSPA ehspa LTE CDMA EV-DO CDMA Rev C WiMAX Source: György Miklós, Ericsson,

320 Operator 4G status Verizon Announce to select the LTE as 4G technology Deployment in 2009, commercial in Ericsson announced as main vendor TeliaSonera Commercial launch in 2010 in Stockholm area Ericsson announced as main vendor DoCoMo One of the initiators of LTE Aggressively working on LTE deployment T-Mobile Focus on LTE in Europe Key driving operator of the LTE/SAE trial Vodafone Member of NGMN, supporter of LTE/SAE but with less agressive timplan NGMN Founder members are: T-mobile Int., Vodafone Group, KPN, Orange, Sprint, China Mobile, and NTT DoCoMo Recommendations for cost-effective wireless broadband services Source: György Miklós, Ericsson,

321 Ericsson LTE products End-to-end solution Mobile platforms for terminals Base stations SGSN-MME GGSN/PDN GW (Dual and triple mode (Dual and triple mode for 2G/3G/LTE) for 2G/3G/LTE) Source: György Miklós, Ericsson,

322 LTE Tutorial Nem tananyag, de hasznos lehet! 376

323 Nem tananyag, de hasznos lehet! 377

324 378

325 379

326 380

327 381

328 382

329 383

330 384

331 385

332 386

333 387

334 388

335 389

336 390

337 391

338 392

339 393

340 394

341 395

342 396

343 397

344 398

345 399

346 400

347 401

348 402

349 403

350 Hálózati és Szolgáltatási Architektúrák Architectures of Networks and Services Mérnök informatikus szak, MSc képzés Hálózatok és szolgáltatások szakirány 10. alkalom április 29., hétfő, IB.145, 10:15-11:45 Dr. Cinkler Tibor cinkler()tmit.bme.hu Egyetemi Docens BME TMIT TMIT: Távközlési és Médiainformatikai Tanszék

351 Requirements (Evan Magill könyv, oldal, ++) QoS Support for a new range of applications High Availability ( % (five nines)) Scalable Based on global standards Low OPEX and CAPEX (simple Control and Management) Etc. 405

352 Zöld infokommunikáció: Motiváció IKT (ICT) a nagy áramfogyasztók között IKT: InfoKommunikációs Technológiák / ICT: InfoCommunication Technologies Légi vagy vasúti közlekedéssel összevethető mértékű 2% - 10% az összfogyasztásból becslések Csökkentsük a fogyasztást, vagy építsünk minden routernak (útvonalválasztó) egy atomerőművet? Moving bits as costly as moving people Az emberek és bitek szállításának költsége összemérhető 0.31 µj/bit - 75 µj/bit!!! (egty router ill egy Internet út mentén) Üvegházgázok (GHG) kibocsátásának csökkentése GHG: Green House Gas emission Egy joule egyenlő: 0, kwh kb. 0,239 cal kb. 0, BTU 1 Ws (Wattszekundum 1 Nm (newtonméter) Használjunk megújuló energiaforrásokat! (bioetanol E85, biogázolaj(biodízel)) Helyezzük nagy fogyasztású hálózati eszközeinket közel az áramforráshoz (erőműhöz) Google a Columbia folyó vizével hűt Microsoft szabadtéri szervereket javasol Amazon ott helyezi el szervereit ahol olcsó az áram (inkább gazdasági, mint zöld szempont!) Északi sark? Még kiaknázatlan... cinkler@tmit.bme.hu 406

353 Globális felmelegedés? Forrás: Jens Malmodin, Ericsson, The Energy and Carbon Footprint of ICT and Media Services, Accessnets 2010 Budapest EMT Kolozsvár

354 the number of IP addresses that have been assigned a name Hálózatba kötött munkaállomások száma Forrás: július: 681,064, augusztus 213 cinkler@tmit.bme.hu 408

355 Forgalom is és eszközök száma is nő! Forrás: Jens Malmodin, Ericsson, The Energy and Carbon Footprint of ICT and Media Services, Accessnets 2010 Budapest HVAC: Heating, Ventilation, Air Conditioning 409

356 Más területek... EMT Kolozsvár

357 ICT csökkentheti más területek károsanyag kibocsátását EMT Kolozsvár

358 Széndiokszid-ekvivalens megoszlása Infokommunikáció és szórakozás 412

359 Zöld infokommunikáció: Motiváció Büntessék kormányzati szinten a nem környezettudatos megoldásokat! GHG-re már van ilyen Ezzel is panamáznak (üzletelnek) Carbon Footprint "the total set of greenhouse gas (GHG) emissions caused by an organization, event, product or person." Greenhouse gases can be emitted through Transport land clearance the production and consumption of food Fuels manufactured good Materials Wood Roads Buildings and services. Gyártás (technológia) Szállítás Üzemeltetés (hő disszipáció, légkondi, CP+MP, stb) Úhjrahasznosítás (Recycling) Architectúra (Blade, Szerver virtualizálás,... Á.k. V. Cs.k. ) For simplicity of reporting, it is often expressed in terms of the amount of carbon dioxide, or its equivalent of other GHGs, emitted. cinkler@tmit.bme.hu 413

360 Biogázolaj: Fenntartható/megújuló energiaforrások?...egy 6 kg-os macskából 2,5 liter biogázolaj nyerhető, egy tele tartályhoz 20 macskatetem szükségeltetik... Forrás: Éves bioetanol és biogázolaj termés nem elégíti ki az éves szükségletet! 100 év alatt sikerült felégetni azt ami 1-2 évmillió alatt keletkezett! Brazília cukornád bioetanol cukorárak!!! cinkler@tmit.bme.hu 414

361 Zöld infokommunikáció: Mit tehetünk? Eddig arról beszéltünk, hogy nem kellenek bonyolult algoritmusok a hálózati kapacitások jó kihasználására és minőségbiztosításra (QoS) mert van elég Most újra kritikus, de energia szempontból! Infrastruktúra is és alkalmazások is energiatakarékosak kell legyenek! cinkler@tmit.bme.hu 415

362 Kapcsolódó FP7 Projektek NoE TREND: Towards Real Energy-efficient Network Design, IP EARTH: Energy Aware Radio and Networking Technologies, IP ECONET: low Energy COnsumption NETworks, IP COMBO 416

363 Zöld infokommunikáció: Az előadás felépítése Motiváció Nehézségek ismertetése Mit tehetünk? Általános Szakosodott Technológia Architektúra Üzemeltetés Üzenet 417

364 Zöld infokommunikáció: Az előadás felépítése Motiváció Nehézségek ismertetése Mit tehetünk? Általános Szakosodott Technológia Architektúra Üzemeltetés Üzenet 418

365 Zöld infokommunikáció: Mit tehetünk? Resource Consolidation (consolidating resources in processing environments) (erőforrás konszolidáció, megszilárdítás) Úgy tesszük át a feladatokat, hogy ahova áttettük ott jól kihasználjunk mindent, ahonnan áttettük, ott meg lekapcsoljunk mindent Selective Connectivity: a host can choose whether to be connected or disconnected (válogatott kapcsolódás) Egy csomópont, vagy port, vagy gép ha nincs elég feladata lekapcsolódik (elalszik), a többi helyettesíti időközben Ad-Hoc hálózattá válik a determinisztikus Sleep Scheduling: Alvásütemezés Virtualization: (virtualizálás, látszólagosítás) Virtual Machine VMware, Vbox, stb Több virtuális gép fut, de csak annyi hardvert (HW) használ amennyi épp kell nekik. Virtualizálás: Gyakran hálózaton keresztül irodai alkalmazások, tár, számítási kapacitás 1 szerver virtualizálása = 4 tonna CO 2 megtakarítás = 1.5 gépkocsi éves termése EMT Kolozsvár cinkler@tmit.bme.hu 419

366 Zöld infokommunikáció: Mit tehetünk? Energy-Proportional Computing machines that consume energy in proportion to the amount of work performed Forrás: The Case for Energy- Proportional Computing, Luiz André Barroso, Urs Hölzle, IEEE Computer, vol. 40 (2007) EMT Kolozsvár

367 IPv4 Yearly Graph (1 day averages) Weekly Graph (30 minute averages) Forrás: EMT Kolozsvár

368 Terhelésfüggő fogyasztás Egy korszerű szerver fogyasztása csökken a terhelés csökkenésével, de nem eléggé Forrás: The Case for Energy- Proportional Computing, Luiz André Barroso, Urs Hölzle, IEEE Computer, vol. 40 (2007) EMT Kolozsvár cinkler@tmit.bme.hu 422

369 Multicore Environment (többmagos környezet) Sleep Scheduling & Selective Connectivity példák Eddig a processor sebességét növelték Most párhuzamosítanak Sokmagos processorok Miért? Fogyasztásnövekedés lassul! Tilea 64 (64-magos proci), GPU (Graphical Processing Unit) Moore's law The number of transistors that can be placed inexpensively on an integrated circuit doubles approximately every two years. cinkler@tmit.bme.hu 423

370 Órajellel nő a disszipáció! Forrás: cinkler@tmit.bme.hu 424

371 Moore törvény EMT Kolozsvár

372 Zöld infokommunikáció: Az előadás felépítése Motiváció Nehézségek ismertetése Mit tehetünk? Általános Szakosodott Technológia Architektúra Üzemeltetés Üzenet 426

373 Fogyasztás Szerverfarmok, Adatközpontok, Internet A legnagyobb fogyasztók: - ebay - Google - Amazon.com - Yahoo Egy átlagos 1U (rack egység) 24 Ethernet porttal rendelkező rack switch legalább 250W energiát fogyaszt. Ez egy évi folyamatos használat esetén 2190kWh. Ha az energia forrása széntüzelésű erőmű, akkor ehhez 800kg szén elégetésére van szükség, melynek során több, mint 2 tonna széndioxid és egyéb szennyező anyagok kerülnek a légkörbe és még nem is említettük a szén kitermelése és a szállítása során keletkezett szennyezést. Ezt szorozzuk be pár tízmillióval és megtudhatjuk, hogy a napjainkban működő rack switch-ek milyen hatással vannak a környezetünkre. Forrás: greenercomputing.com cinkler@tmit.bme.hu 427

374 Hozzáférés!!! HasználjunkPONokat (FTTH) EMT Kolozsvár

375 EMT Kolozsvár

376 Hálózati és Szolgáltatási Architektúrák Architectures of Networks and Services Mérnök informatikus szak, MSc képzés Hálózatok és szolgáltatások szakirány 11. alkalom május 6., hétfő, IB.145, 10:15-11:45 Dr. Cinkler Tibor cinkler()tmit.bme.hu Egyetemi Docens BME TMIT TMIT: Távközlési és Médiainformatikai Tanszék

377 Mobil Hálózatos Példa Magas a fogyasztás (2W felhasználónként, vezetékesnél 5W) 1 mobil CO 2 1 évre megegyezik egy gépkocsi másfél órás üzemével Heterogén a hálózat Zöld: Sleep & Consolidation Sok alvás és megszilárdítás cinkler@tmit.bme.hu 431

378 2010-e-energy-mobile-unplugged.pdf Mobile Networks Unplugged Jukka Manner, Marko Luoma, Jörg Ott, Jyri Hämäläinen 2G bázisállomás fogyasztása: 0.5-1kVA 3G kétszer annyit: 1-2kVA LTE még több: 1,5-3 kva Régi technológiák lassan kiiktatva Pl Finnországban GSM 5 éven belül megszűnik??? Cellaméret csökken Bázisállomások száma nő Azonos lefedettséghez és minőséghez 10x több energia kell 3G-nek mint GSM-nek 60x több LTE-nek mint GSM-nek 3 kva LTE bázisállomásonként szolgáltatónként értendő!!! cinkler@tmit.bme.hu 432

379 Szimulációink 433

380 Horizontal vs. Vertical Handover Vízszintes vagy függőleges átadás? 434

381 Horizontal Handover Lélegző cella (Breathing Cell) Esernyő cella (Umbrella) MIMO Beam Forming Zzzz... Zzzz

382 Vertical Handover Sok alvás és megszilárdítás (Sleep and Consolidation) Zzzz... Zzzz

383 Vezetékes Fix Hálózatos Példa A hozzáférés fogyaszt sokat! PON ajánlott (Passzív Optikai Hálózat) Gerincben 2 réteg EPS: Electronic Packet Switching Elektronikus csomagkapcsolás WDM: Wavelength Division Multiplexing Hullámhosszosztásos nyalábolás Zöld: Grooming, Sleep, Consolidation Kötegelés, alvás, megszilárdítás cinkler@tmit.bme.hu 437

384 2 réteg: EPS + WDM Zöld? TDM λxc fibres wavelengths hybrid XC cinkler@tmit.bme.hu 438

385 2D MEMS: Micro Electro-Mechanical Systems Mikro elektro-mechanikai rendszerek 439

386 3D MEMS a tükröcskék Forrás: Lucent cinkler@tmit.bme.hu 440

387 3D MEMS Működési elv Electrical Cables Input MEMS Array Input Optical Fiber Bundle Electrical Cables Output MEMS Array Hermetic Enclosure Forrás: Lucent Output Optical Fiber Bundle 441

388 Mi a forgalom-kötegelés (Traffic Grooming)? C A B D C A B D C A B D cinkler@tmit.bme.hu 442

389 2 réteg: EPS + WDM Zöld? Zzzz... TDM λxc Zzzz... fibres wavelengths hybrid XC cinkler@tmit.bme.hu 443

390 Összefoglalás (1./2) Környezeti és gazdasági szempont itt összecseng Kisebb fogyasztás alacsonyabb költség Kisebb fogyasztás kisebb környezetkárosítás Egyensúly a beruházási (CAPEX) és üzemeltetési (OPEX) ráfordítások között Alacsony OPEX (Operational Expenditure) Gyorsan térülő CAPEX (Capital Expenditure) Itt architektúrán és üzemeltetésen Nem technológián a hangsúly cinkler@tmit.bme.hu 444

391 Összefoglalás (2./2) Üzenet: Nem hanyagolhatjuk el a zöld szempontot! Nem folytathatjuk a strucc-politikát! Egy nem elég - Minden fronton egyszerre kell mindenki tegye a dolgát Azért ültessen mindenki néhány fát! cinkler@tmit.bme.hu 445

392 Amiről még beszélnék Vezeték nélküli és mobil megoldások FMC: Fixed Mobile Convergence COMBO IETF, IEEE, ITU-T, stb Green Networking / ROLL: Routing Over Low power and Lossy networks (roll) Resilience: Rendszerezés Osztályozás Példák SON: Self-Organising Network Henning Sanneck könyv Ad-hoc,ubiqitous stb 446

393 Kik/Mik a kábelek legnagyobb ellenségei? 447

394 És még kettő 448

395 Meghibásodás gyakoriságok okok szerint Statistics for the year 2000 for an Optical Cable Network of km Hard Failures: service interruption Cause Number of failures Percentage of failures Damage due to thirds 19 61% Rodents 6 29% Malice 3 10% Materials degradation 1 3% Natural events 1 3% Installation Defects 1 3% Total 31 Source: Sirti IP router failures : route processor, line card : hours MTBF software : hours MTBF (~1-10 years) 1 year is about hours [C.Johnson et.al., IEEE Communications Magazine, July 2004] 449

396 Definiciók MTBF = két hiba közt eltelő átlagos idő Mean Time Between Failures MTTF = Mean Time to Failure hibátlan üzemmód várható időtartama MTTR = A hiba keletkezése és teljes elhárítása közti átlagidő Mean Time To Repair Availability = MTTR / MTBF vagy = MTTR / (MTTF+ MTTR) Unavailability = 1 Availability Általában minden egyéves idő-átlagra értendő UT: Up Time DT: Down Time Availability = DT / (DT + UT) 450

397 Kilencesek (egy évre) sec (87.6 óra) 99% sec (8.76 óra) 99.9 % sec (52.56 perc) % sec (5.26 perc) % 5 32 sec (31,54 sec) % 6 Reliability Protection Restoration Resilience 451

398 Hibaelhárítás elemei Meghibásodás Hiba észlelés (detekció) Hibahely meghatározás (lokalizáció) Hibaelhárítási stratégia kiválasztása Előre definiált útvonalak kijelölve Erőforrások lefoglalva Hozzárendelt Megosztott (foglalások megerősítése) Helyreállítás (valós időben) (másodperc) Javítás (órák-napok) Reverting (védelemről eredeti üzemire visszahelyezzük) 452

399 Network Protection Protection vs. Restoration 1+1, 1:1, 1:M, M:N Link Protection vs. Path Protection Path Protection with Predefined (disjoint) Protection Paths

400 Dedicated vs. Shared Protection Working Paths Protection Paths Dedicated: 3+4+5=12 Shared: Max{3,4,5}=5 DEDICATED: - More resources needed + Higher availability + Simpler to calculate Dedicated: 3+4+5=12 Shared: Max{3+4, 5} = 7 SHARED: + Less resources needed - Single failure at time assumed: Lower availability 454

401 TCA Thrifty Capacity Allocation 5 > 4 => 5 Units reserved instead of 5+4 = 9 4 Units 5 Units

402 TCA Thrifty Capacity Allocation = 8 Units reserved for Backup 5 Bkp 4 Units Units 5 Units 3 Units 8 Bkp Units

403 Protection Scope Link Segment / Span End-to-end / Path - Which is the best? - It depends on

404 Link Protection High availability even for multiple failures Much resources required 459

405 Link Protection 460

406 Link Protection 461

407 Link Protection 462

408 Segment Protection Predefined segments / spans to be protected Partial overlap Medium availability even for multiple failures Medium resource requirement 463

409 End-to-end Path Protection Lower availability particularly for multiple failures fewer resources required trap-topology problem! APS: Automatic Protection Switching 464

410 Generalised Shared Protection (GSP) Optimal shared protection Path, segment or link? For all shared protection schemes A theoretical bound and Construction (algorithm) The algorithm Demands routed one-by-one Capacity costs re-calculated every time a demand is routed 465

411 Constraint 4!!! If a part of protection is not used then release it! 469

412 The Theorems By adding constraints to GSP we show that 1. SPP is a special case of GSP 2. DPP is a special case of GSP 3. SLP is a special case of GSP 4. SSP is a special case of GSP Polyhedra / Polytops Additional constraints additional planes smaller or equal polyhedron / polytop no better result available DRCN 2013 Budapest, 470

413 Simulations COST 266 BT ref. net. Capacity scaled: 50 Units (100) Accomodating traffic patterns dynamically 400 demands in the network on average simultaneously Uniform and non-uniform demands Dublin Glasgow London Hamburg Amsterdam Brussels Paris Bordeaux Lyon Copenhagen Strasbourg Zurich Frankfurt Milan Oslo Berlin Warsaw Prague Munich Vienna Zagreb Stockholm Budapest Belgrade Madrid Barcelona Rome Athens 471

414 Shared Protection Methods Evaluated DPP Dedicated Path Protection SLP Shared Link Protection SPP Shared Path Protection SPP H SPP with Lemon Heuristics SSP H Segment-Shared (Shared Segment) Protection with Lemon Heuristics FDPP H Failure dependent Path Protection with Lemon Heuristics 472

415 Routing Ratio for Non-uniform traffic (Fig. 4.b) DPP lowest Others similar 473

416 Total Cost for Non-uniform traffic (Fig. 5.b) GSP best SPP (0.3%) SSP (1%) 474

417 Total Working Cost for Non-uniform traffic (Fig. 6.b) All similar 475

418 Total Protection Cost for Non-uniform traffic (Fig. 7.b) Best: GSP & SPP 476

419 Routing Time for Non-uniform traffic (Fig. 8.b) SPP Slower Than GSP! 477

420 Number of Demands not Protected Against Double (Dual) Failures for Non-uniform traffic (Fig. 9.b) GSP Much Better Than SPP 478

421 Conclusion on GSP GSP: Generalised Shared Protection Lower Bound on Resource Usage of any shared protection System of Optimal Working and Protection Paths simultaneously Dynamic case Optimality shown analytically Simulation Confirms: No shared protection outperforms GSP Low capacity requirement High availability even in case of Double/Dual failure Acceptable computation time 479

422 MPP: Multi-Path Routing: Motivation Route the traffic via multiple parallel links or paths: Inverse Multiplexing (ATM and MPLS) Ethernet Link Aggregation (Bundling) of 2-8 channels (in IEEE 802.3ad) LACP (Link Aggregation Control Protocol) Ether Channel vendor specific 100 GbE: 10x1, 8x12.5 or 4x25? VCat (Virtual Concatenation) in ngsdh/sonet and OTN networks (with LCAS for protection) Network coding (Security + Resilience) 480

423 Related Work DSP : Demand-wise Shared Protection The first proposal of DSP Arie M.C.A. Koster, Adrian Zymolka, Monika Jäger, Ralf Hülsermann, Christoph Gerlach: Demand-wise Shared Protection for Meshed Optical Networks, DRCN 2003 A method for calculating the availability of DSP protected traffic Ralf Hülsermann, Monika Jäger, Arie M.C.A. Koster, Sebastian Orlowski, Roland Wessäly, Adrian Zymolka: Availability and Cost Based Evaluation of Demand-wise Shared Protection, 7th ITG Workshop on Photonic Networks in Leipzig 2004 An improved computational model for DSP and it's comparison with 1+1 and shared protection (path formulation with column generation) C. G. Gruber, A. M. C. A. Koster, S. Orlowski, R. Wessäly, A. Zymolka: A Computational Study for Demand-wise Shared Protection, DRCN

424 Multi-Path Protection: Motivation 482

425 Multi-Path Protection: Motivation More paths Less Resources The ratio of the total protection capacity to the working capacity as the number of paths grow ICC 2008 Beijing 483

426 Properties LP instead of ILP! Low complexity Integer Constraint moved to Continuous Objective Can be generalised for other problems as well! Even Splitting Equally among the multiple paths Multiple Failures With simple extensions works for multiple failures as well 485

427 Proof of Disjointness for Optimality Illustratuion If two paths are not disjoint cost Contradicts to minimisation

428 The Networks for Evaluations NSFNET (USA) 14 nodes 21 links 6λ x 1000 units of capacity used COST 266 (EU) Basic Reference Network 25 nodes, 32 links Oslo Glasgow Stockholm Seattle, WA Salt Lk Cty, UT Boulder, CO Palo Alto, CA San Diego, CA Lincoln, NE Champaign, Pittsbourgh, Princeton, IL PA NJ College Pk, MD Houston, TX Ann Arbor, MI Atlanta, GA Ithaca, NY Dublin London Hamburg Amsterdam Brussels Paris Bordeaux Lyon Copenhagen Strasbourg Zurich Frankfurt Milan Berlin Warsaw Prague Munich Vienna Zagreb Budapest Belgrade Madrid Barcelona Rome Athens

429 MD-MPP Results (1/3) 489

430 MD-MPP Results (2/3) 490

431 MD-MPP Results (3/3) 491

432 Total allocated capacity relative to the total capacity expressed at an 1/1000 scale Denser network less allocation 492

433 Average number of branches per demand Denser network more parallel paths Surprisingly linear! 493

434 The average length of the paths Denser network Shorter Paths 494

435 There is no free lunch! Denser Net Less Capacity MPP better than DPP Denser Net Higher Availability MPP worse than DPP 495

436 Application of MD-MPP: Multi-Domain Multi-Path Protection Shared Protection requires: Topology information Link state information Routing information for both working and protection paths MPP requires only: Topology information Link state information MD: Operators do not share information on Topology Available capacity Routing of Working and Backup Paths Reason: Confidentiality Scalability 496

437 Conclusion on MPP Less capacity required than for DP (and even SP) (Dedicated / Shared Protection) Optimal number of paths Tradeoff between the number of paths and their average length Best for dense networks (3,088,92) Lower Complexity (compared to known methods): LP instead of ILP (Linear Programming instead of Integer Linear Programming) Useful for MD resilience (Multi-Domain) Acknowledgement: Lemon (library of efficient models and optimization in networks) 497

438 Hálózati és Szolgáltatási Architektúrák Architectures of Networks and Services Mérnök informatikus szak, MSc képzés Hálózatok és szolgáltatások szakirány 12. alkalom (utolsó!) május 13., hétfő, IB.145, 10:15-11:45 Dr. Cinkler Tibor cinkler()tmit.bme.hu Egyetemi Docens BME TMIT TMIT: Távközlési és Médiainformatikai Tanszék

439 3. Konvergencia Omnes viae Romam ducunt (latin) Minden út Rómába vezet (magyar) - A távközlés, informatika és média technológiai bázisának közeledése egymáshoz - Konvergens hálózati megoldások - Konvergens szolgáltatás - A fix és mobil szolgáltatások közeledése egymáshoz (FMC) - Konvergencia a mobil technológiák között 501

440 FMC architektúra (COMBO) 502

441 Mobility in Wi-Fi scenario, such as between access points Short description Wi-Fi enabled devices select the AP with strongest radio signal (closest Wi-Fi AP) devices have no mobility features seamless mobility is usually not available in Wi-Fi context (to be refined in sub-use cases) Figure Wi-Fi Access Point Access Network Wireless LAN Controller Access Router Fixed Aggregation Network Wi-Fi IP edge Fixed IP Core Network SERVICE Wi-Fi Access Point AAA + DHCP Serv Wi-Fi Access Point Wireless LAN Controller Access Router WP 2 - Task Action Point: FMC 5

442 Mobility between different access technologies e.g., between Wi-Fi and 3GPP Short description Dual interfaces UE accesses to services via Wi-Fi or 3G-LTE access networks. The UE uses Wi-Fi and 3G LTE access networks alternatively and a (seamless?) handover is performed when the interface is changing. Figure Access Network Fixed Aggregation Network Wi-Fi IP edge Core Network SERVICE Interface changing Mobile Aggregation Network Mobile IP edge Commonly centralized elements of the mobile packet core Commonly distributed elements of the mobile packet core 5

443 Network-assisted access selection for mobile devices. Short description Dual interfaces UE must select the access(es): 3G-LTE only? Wi-Fi only? 3G-LTE and Wi-Fi simultaneously? which AP? which SSID? which access for which flow? The network provides the UE with policies and network information to enable the UE to perform the relevant access selection Figure Local information Local information Information (ANCP server) Access Network Mobile Aggregation Network Global information & policies Fixed Aggregation Network Wi-Fi IP edge Mobile IP edge Commonly distributed elements of the mobile packet core Core Network Commonly centralized elements of the mobile packet core Information & Policies Server (ex: ANDSF server) 5

444 4. Ad-hoc és szenzor hálózatok 4.a Ad-Hoc 4.b Sensor 506

445 4.a: Ad-Hoc Networks MANET: Mobile Ad hoc NETworks Össze-vissza mozgó állomások (dynamic topology) Mégis megbízható hálózatot alkossanak! Katonai, 4G alkalmazások IETF: 9 RFCs, 6 Internet-Drafts Neighbourhood discovery Routing Ad Hoc On Demand Distance Vector (AODV) Routing (RFC 3561) Optimized Link State Routing Protocol (RFC 3626) The Dynamic Source Routing Protocol (DSR) for Mobile Ad Hoc Networks for IPv4 (RFC 4728) Etc Delay-tolerant networking (DTN) disruption-tolerant networking 507

446 4.b Sensor Networks _hun.htm WSN: Wireless Sensor Network Requirements and Characteristics: Tipikusan nagyon kis átvitt adatmennyiség. néhány bit/nap Inkább kisebb átviteli sebesség és nagyobb késleltetés az alacsonyabb árért és hoszabb élettartamért cserébe. Pl: Egy (vagy több) év üzemidő: 750 mah AAA elemmel Univerzális (globális), licensz nélküli üzemeltethetőség. Nagyban limitálja a lehetséges frekvenciasávot és modulációt 508

447 509

448 510

449 Power Supply Áramellátás: MEMS rezgései Napelem vegyi: Szárazelem Akku Hidrogén cella stb. 511

450 Physical Layer Szenzorhálózatokban a kommunikáció történhet elektromágneses (RF, IR) vagy akkusztikus úton. Létező rádiófrekvenciás (RF) megoldások: Bluetooth IEEE b IEEE Speciális WSN megoldások PicoRadio WINS μamps Ideális sáv: 2.4 GHz ISM sáv kompromisszum az ár és energiafogyasztás, valamint a méret és antenna-hatékonyság között. Napi 4 perc működés ébredési idővel együtt ~50W fogyasztás 512

451 How does it work? Sensors Mér, ébred, elküld MD: Mediation Device Gyűjt, továbbít Esetleg: sensorok bejárási sűrűsége, sebessége, útvonala

452 What can it be used for? Állatok, járművek figyelése, időjárás, riasztás, előrejelzés, stb. 514

453 5.a Ambient/pervasive/ubiquitous/... hálózati környezet Ambient Networks is a network integration solution to the modern-day problems of switching from one network to the other in order to keep in contact with the outside world. This project aims to develop a network softwaredriven infrastructure that will run on top of all current or future network physical infrastructures to provide a way for devices to connect to each other, and through each other to the outside world

454 Ambient Network Example: Alice has a PAN, a Personal Area Network on her body: she has a Bluetooth enabled PDA, mobile phone and laptop that she is carrying, and are all currently turned on, and forming a network. Her laptop also has the ability to connect using an available WLAN, and her mobile phone has the ability to connect through GPRS, though GPRS is slower and much more costly for Alice to use. She is now on the move, and her laptop is downloading her s using the GPRS connection on the mobile: Laptop -> (Bluetooth) -> Mobile -> (GPRS) -> Mobile phone network While walking, she passes into an area covered by a free WLAN hotspot: Her PAN now immediately starts to initiate a connection with the hotspot. This is called "merging" of the networks (that of the hotspot and that of her PAN). Once this merging is complete, the downloading of her continues totally unaffected, but instead of using the expensive and slow GPRS connection, it is now using the newly established WLAN connection. If she now wants to browse the web with her PDA, the PDA will also use the WLAN connection of the laptop: PDA-> (bluetooth) -> Laptop-> (WLAN) -> Hotspot 516

455 Ambient Network - Another definition At home or outdoors, wireless networks are different. Mobile or ad hoc, Hiperlan or Bluetooth communications must be merged into an ambient network, transparent to the user. ambient network refers to the presence of a digital environment that is sensitive, adaptive, and responsive to the presence of people. An ambient network can thus be characterised by the following basic elements: ubiquity, transparency, and intelligence. For an ambient network to succeed it must address many challenges, and as a consequence, the relevant research covers several areas: hardware must become adaptable, scalable and stream-efficient to provide computational resources that are both energy-efficient and powerful for a variety of computational tasks software and protocols must become adaptable to provide flexibility and spontaneity, eg, by supporting smooth vertical hand-offs among communication technologies. Services and software objects must be named by intent, for example, the nearest printer, rather than by address. 517

456 Limits (Korlátok) t.html capacity is inversely proportional to range For example, the 100 kbps of a single GSM frequency can cover up to 10km, OK for a call for dinner. But the 10 Mbps needed for video transmission (IEEE802.11, Hiperlan) is limited to 100m. The causes of the limitation have long been known. In 1948 Shannon proved that the number of bits per Hertz was bounded by the logarithm of the ratio of signal to noise. This naturally limits the capacity of low-power portable devices compared with more highly powered versions. The very limitation of wireless capacity lies in the digital signal processing (DSP) ability, ie, the algorithms used to extract the data from the signal. Since surrounding buildings, walls and other obstacles significantly distort this signal, the DSP becomes crucial at high throughput when close to Shannon limit. The stronger the DSP, the more power it consumes. obile_networking.pdf 518

457 5.b Pervasive Networks dict.sztaki.hu: pervasive - átható Pervasive Networking ( ml) Pervasive computing aims in increasing people's productivity and simplifing their everyday chores at work and at home (and even in between), anywhere and anytime, outdoors and indoors, by availing, whenever needed, the desired information to one's personal digital device. Our research group is focusing on the key communication-related enablers that will permit the pervasive computing objectives to materialize. These enablers span a wide range of topics including link layer and network layer issues, service discovery and creation, user interfaces, hidden and unconscious computing, etc. In particular, our research is centered (not exclusively nor in any particular order) around the following areas: link: low cost, wireless link technologies, primarily Bluetooth, an open industry specification for short range RF-based communications, to the development of which our group has heavily contributed network: networking-in-the-small: developing self-contained communication modules allowing a number of diverse personal computing devices to become members of spontaneously created, self-organized, pervasive computing communities user experience: develop technologies that would allow users to securely interact focusing only on the services they would like to exploit rather than how to find them, connect them, and access them. 519

458 5.c Ubiquitous networks dict.sztaki.hu: ubiquitous mindenütt jelenlevő Nomina stultorum ubique locorum. (Latin közmondás: az ostobák nevei mindenütt megtalálhatók.) "Omnipresence" is the property of being present everywhere. According to eastern theism, God is present everywhere. Divine omnipresence is thus one of the divine attributes, although in western theism it has attracted less philosophical attention than such attributes as omnipotence, omniscience, or being eternal. 520

459 ubiquitous computing - Computers everywhere. Making many computers available throughout the physical environment, while making them effectively invisible to the user. Ubiquitous computing is held by some to be the Third Wave of computing. The First Wave was many people per computer, the Second Wave was one person per computer. The Third Wave will be many computers per person. Three key technical issues are: power consumption user interface and wireless connectivity. Virtualisation? 521

460 Context Aware Networks Pervasive = Ubiquitous

461 6. Virtualisation/Cloud/Utility/Grid Computing Distributed resources Hidden from the user As local own resources Beter utilisation Lower costs a. Virtualisation b. Cloud c. Utility d. Grid 523

462 6.a: In computing, virtualization is a broad term that refers to the abstraction of computer resources. Resource virtualization, the virtualization of specific system resources, such as storage volumes, name spaces, and network resources Encapsulation, the hiding of resource complexity by the creation of a simplified interface Virtual memory, which allows uniform, contiguous addressing of physically separate and non-contiguous memory and disk areas Storage virtualization, the process of completely abstracting logical storage from physical storage RAID - redundant array of independent disks Disk partitioning, is the splitting of a single resource (usually large), such as disk space or network bandwidth, into a number of smaller, more easily utilized resources of the same type Logical volume management, which combines many disks into one large pool and then divides it into logical disks. Network virtualization, creation of a virtualized network addressing space within or across network subnets Channel bonding, the use multiple links combined to work as though they offered a single, higher-bandwidth link I/O virtualization e.g. vnics, vhbas Memory virtualization Aggregates RAM resources from networked systems into virtualized memory pool 524

463 6.a: Generalisation of Virtualisation GERV: Generalised End-to-end Resource Virtualisation Services: Peer-to-Peer AND GRID-like Virtualised & Distributed Storage Processing Capability Services Gervasis or Echidna 525

464 Ctrl and Support Management and Ctrl Virtualisation - relations Services: Peer-to-peer, Services: GRID, Streaming Peer-to-peer, Services: Media GRID, Streaming Peer-to-peer, Media GRID, Streaming Media Unified Virtualised Unified Resources: Virtualised transmission Unified Resources: Virtualised capacities, transmission Resources: costs, capacities, delays, transmission costs, processing, capacities, delays, costs, storage, processing, cache... delays, storage, processing, cache... storage, cache... SP: Service Providers* provisioning payment End Users Lending unused resources to reduce the final payment VNRO: Virtual Network and Resource Operators* ** Physical Resources: Physical transmission Resources: Physical capacities, transmission Resources: costs, capacities, delays, transmission costs, processing, capacities, delays, costs, storage, processing, cache... delays, storage, processing, cache... storage, cache... VNRP: Virtual Network and Resource Providers** * In some cases SP and VNRO can be the same company ** In some cases SP and VNRO can be the same company 526

465 Control and Management Control and Management Virtualisation for STREP VETERAN Mobility user1 user2 user3 user4 user5 user6 End-User s view Identity Management Security OPEX CAPEX Resilience Optimisation Resource Trading Game Theory Service a Service Provider A Choosing the Service and the Service Provider Service b Service Provider B Service b Service Provider C Choosing the Network and Adaptive Mapping of Resources VPN/VON Peer-to-Peer GRID VoIP IP Service provider s view Resource Sharing OPEX CAPEX Network Provider I Competing resources to be shared Network Provider II Ethernet Network provider s view GMPLS/ASTN SDH/SONET OTN 527

466 Centralised and Distributed Services 528

467 6.b: Cloud Computing en.wikipedia.org/wiki/cloud_computing Cloud computing is a style of computing in which dynamically scalable and often virtualized resources are provided as a service over the Internet.[1][2][3][4][not in citation given] Users need not have knowledge of, expertise in, or control over the technology infrastructure "in the cloud" that supports them. Storage (datacenters) Computing resources 529