Hálózati és Szolgáltatási Architektúrák

Átírás

1 Hálózati és Szolgáltatási Architektúrák Architectures of Networks and Services Mérnök informatikus szak, MSc képzés Hálózatok és szolgáltatások szakirány 10. alkalom április 19., csütörtök, IL.106. (IB.138), 10:15-11:45 Dr. Cinkler Tibor cinkler()tmit.bme.hu Egyetemi Docens BME TMIT TMIT: Távközlési és Médiainformatikai Tanszék

2 ASON/ASTN Terminology Management Plane Management Plane Control Plane Client UNI CCI CC CC CC CC InterVendor I-NNI CC E-NNI CC IntraVendor I-NNI CC NMI-C NMI-T UNI Client 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 182

3 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!!! 183

4 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 kettıt!!! E.g.: IP, OBS, OPS QoS problems For VBR traffic Better granularity Statistical multiplexing Fewer wavelengths needed Fast provisioning Larger transmission delays 184

5 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 185

6 Szolgáltatás és annak szállítása elkülönül... Nem egy szép homogén hálózat építése már a cél! Hanem bármilyen részhálózatok újrahasznosítása, olcsó bıvítése, 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 minıségért (QoS) is felelıs

7 Access: xpon (EPON, GPON) 16 slide PON-ok DOCSIS 3.0 xdsl Etc. Vida Rolitol 187

8 Átalánydíjas Nagykereskedelmi Optikai Szélessávú Hozzáférés szolgáltatás N5 csomag N15 csomag N25 csomag N50 csomag N80 csomag Sebesség (Mbps) Garantált¹ Max² Garantált¹ Max² Garantált¹ Max² Garantált¹ Max² Garantált¹ Max² Up 1,25 2,5 3,75 7,5 6,25 12,5 12, Down 2,5 5 7, , /szelessavu_hozzaferes/megvalositott_fejlesztesek_gpon 189

9 PON: Passive Optical Network Korszakváltó mőszaki-technológia fejlesztés kezdıdik a Magyar Telekomnál fénysebességő adatáramlás optikai kábelen Infovilág, :51 - Szerkesztı: 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 vezetı szerepét megerısítve, 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.) 190

10 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 191

11 192

12 Greenfield open passive infrastructure for multi-operators Forrás: Alcatel-Lucent: Building the Fibre Nation, Progress and Policies 193

13 N pont-pont, 1:N aktív, 1:N passzív Forrás: Jeszenıi Péter: A GPON rendszer, 2008 November Central Office Aktív elosztó pont Passzív elosztó pont Central Office 194

14 Passzív optikai hálózatok áttekintés Forrás: Jeszenıi 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 1:N ONT2 1:32 Optikai osztó VoIP Videó POTS TDM 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 195

15 Idıosztás 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: Jeszenıi Péter: A GPON rendszer, 2008 November 196

16 PON hálózatok TDM alapú PON-ok (APON/BPON, EPON, GPON) Jól szabványosítottak Több hullámhosszt használnak (tipikusan 2 3) Olcsó és jó minıségő optikai elemek (osztók, lézerek, stb.) Limitált áthidalható távolság és osztásarány ( 20 km, 1:64) Lefelé irányban mősorszórás jelleg Felfelé irány TDMA WDM PON-ok Forrás: Jeszenıi Péter: A GPON rendszer, 2008 November Egyelıre nincsenek szabványok WDM eszközök egyre olcsóbbá válnak Több irányzat, megvalósított hálózatok vannak Nagy sávszélesség, nagy áthidalható távolság 197

17 Lefelé irányú forgalom Mősorszórás jelleg: önmagában nem biztonságos Idıosztásos multiplexálás Az ONU-k csak a nekik szóló forgalmat dolgozzák fel A címzéseket a keretszervezésben elhelyezett fejrészek hordozzák Az ONU vevık állandó optikai teljesítményt vesznek, kis költséggel megvalósíthatók OLT A A B C 1:N A A B C A A B C A A B C ONU A ONU B A A B Forrás: Jeszenıi Péter: A GPON rendszer, 2008 November ONU C C 198

18 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 A ONU A A A A OLT A A C B 1:N C B ONU B B ONU C C Forrás: Jeszenıi Péter: A GPON rendszer, 2008 November 199

19 Felfelé irányuló forgalom Általános megoldás az ütközések elkerülésére: TDMA módszer US forgalom meghatározott idıszeletekre osztása Ranging mechanizmus alkalmazása Különbözı távolságra lévı ONT-k különbözı idıbeni távolságra találhatók (és különbözı jelszinttel érkeznek a csomagok) Az OLT végzi a távolságok felmérését és a vezérlı információkat a DS forgalomba főzve meghatározza az ONT-k adási idızítését A ONU A A A A OLT A A B C 1:N C B ONU B B Forrás: Jeszenıi Péter: A GPON rendszer, 2008 November ONU C C 200

20 Optikai osztók/csatolók 2x2 osztó alapelemekbıl 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: Jeszenıi Péter: A GPON rendszer, 2008 November 201

21 Passzív optikai rendszerekre vonatkozó szabványok Forrás: Jeszenıi 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

22 PON rendszerek összehasonlítása Szabvány Cella / csomag méret Max. sebesség Átviteli mód Hang átvitel Videó átvitel Max. ODN csillapítás Max. osztásarány Max. távolság 53 bájt ATM 1550 nm overlay (RF) db 32 BPON ITU-T G.983 Konfigurálható: D/S: 1,2 Gbit/s U/S: 622 Mbit/s ATM km Forrás: Jeszenıi Péter: A GPON rendszer, 2008 November Konfigurálható: D/S: 2,48 Gbit/s U/S: 2,48 Mbit/s ATM, TDM, Ethernet ATM, TDM, VoIP RF vagy IP db km GPON ITU-T G bájt IEEE802.3ah 1518 bájt Szimmetrikus: 1,25 Gbit/s Ethernet VoIP EPON RF vagy IP db 16 (vagy több) km 203

23 G Általános jellemzık 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: Jeszenıi Péter: A GPON rendszer, 2008 November 204

24 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: 205

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

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

27 Miért DSL? Telefonos ipar 56 Kbps Kábeltévé ipar 10Mbps osztott kábeleken Mőholdas cégek 50 Mbps ajánlatok Lépni kellett az internetezık megtartása érdekében Megjelenik a szélessávú (broadband) hozzáférés Inkább reklám mint valóság Nem egyértelmő mit értünk szélessávon xdsl különféle DSL változatok 208

28 Mitıl gyors a DSL? Miért lassú a dial-up? A telefonhálózatot beszédátvitelre optimalizálták A helyi központban egy sávszőrı Csak a 4 KHz-es beszédsáv marad Az adatok is ezt a sávot használhatják csak Az xdsl elıfizetı vonalát egy olyan kapcsolóra kötik át, amelyen nincs szőrı Kihasználhatóvá válik az elıfizetıi hurok teljes kapacitása Függ a hurok hosszától, vastagságától, és a minıségétıl 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 elıfizetı Minél alacsonyabb a sebesség, annál kevesebb érdeklıdı Megoldás? Mini központok a házakhoz közel (elég drága, de nincs jobb) 209

29 ADSL Asszimetrikus digitális elıfizetıi vonal Két versengı, és egymással inkompatibilis modulációs eljárás DMT Discrete Multitone Modulation Jelenleg a legelterjedtebb CAP Carrierless Amplitude Phase Modulation 1996 óta nem használják DMT 1.1 MHz-es frekvenciatartomány 256 csatorna, egyenként kHz 0 csatorna POTS (hang) 1-5 csatorna biztonsági sáv (üres) A hang 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 hang 4-25 khz biztonsági sáv khz upstream sáv 200 khz MHz downstream sáv 210

30 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 elıfizetınél POTS Splitter ADSL modem Digitális jelfeldolgozó (DSP) Nagysebességő összeköttetés a PC-vel Ethernet kábel és kártya Néha USB csatlakozó is Belsı ADSL-modemkártyák 211

31 ADSL architektúra 212

32 A szolgáltatás hatósugara Repeater Regenerátor Business Visszaállítja a jelet Erısítı Felerısíti a jelet ADSL szolgáltatás akár 16 km-ig Deployment w/ Repeaters Deployment w/o Repeaters Service Provider Regenerator Regenerator Consumer Regenerator Government & Education 213

33 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 hangátvitellel közösen osztozik a már meglévı csavart érpáras vezetéken a felhasználók egy idıben telefonálhatnak és internetezhetnek ugyanazon a vezetéken keresztül 214

34 ADSL G.dmt 2 ITU-T G szabvány (2002) A hagyományos ADSL technológiát bıvíti ki Az adatátviteli sebesség 8-12 Mbit/s-ra nı Az elérhetıségi távolság kb. 500 méterrel bıvül A javulás leginkább a hosszú vezetékeken tapasztalható interferenciák kiszőrésének tudható be Az ADSL2 energiatakarékos Az eredeti ADSL megoldással szemben különbséget tesz az adatátviteli és az ideiglenes átvitelmentes idıszakok kezelése között Az ADSL2 rendszerek átmenetileg átválthatnak teljes digitális módba átadják a hangátvitelre elkülönített csatornákat az adatátvitel számára 215

35 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 vevı megbeszélik egymással melyik csatornákat használják 216

36 ADSL 2+ ITU-T G szabvány (2003) Növeli a sávszélességet a használható frekvenciatartomány bıvítése által a hangátvitelre, illetve az adatfeltöltésre használt frekvenciák nem változnak a letöltési csatorna maximális frekvenciája 1.1 MHz-rıl 2.2 MHz-re bıvül. A maximális letöltési sávszélesség 8Mbit/s-ról 16 Mbit/s-ra nı 1.5 km-es távolságon belül. 217

37 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 növelhetı A sebesség 3 km-es körzetben biztosítható e távolságon felül az átviteli paraméterek fokozatosan gyengülnek Az alacsonyabb frekvenciák használata kizárja a hagyományos hangátvitelt Jelentısen növeli a telepítési költségeket Inkább üzleti, mintsem lakossági felhasználók 218

38 VDSL Very-high-data-rate digital subscriber line ITU-T G (2004) Lényegesen nagyobb sebességő 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 219

39 VDSL VDSL Sávszélesség [Mbit/s] ADSL2+ 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 220

40 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 teljesíthetı 8 meghatározott profil, különbözı szolgáltatási szinteknek Más és más sávszélesség igény régiónként ADSL kompatibilis (a VDSL nem az) Könnyen telepíthetı, vonzó technológia a szolgáltatók részére 221

41 ADSL kompatibilitás ADSL2+ Modem ADSL2+ Modem ADSL2+ Modem DSLAM ADSL2+ Line Card 1. fázis: Nagy, létezı 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 függıen 222

42 Triple Play Triple Play marketing elnevezés egy IP szolgáltatásra mely magába foglalja a következı 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 223

43 VDSL2 QoS A VDSL-ben nincs szolgáltatásminıség (QoS) támogatás A VDSL2-ben igen A Triple-Play támogatáshoz szükséges Az alkalmazásoknak különbözı követelményeik vannak Alkalmazás Data Videó Hang Gaming Késleltetésre érzékeny / Nem Igen Igen Csomagvesztésre (BER) érzékeny Igen Igen Nem Igen Hang Késleltetés max. 150ms end-to-end BER tıl ig, kódolótól függıen Videó Késleltetés másodpercek! a VoD-nál vagy a mősorszórásnál csatornaváltási késleltetés - zapping BER tıl (videotelefon) virtuálisan nulláig (10-13 a HDTV-hez) High Definition Television 224

44 VDSL2 QoS Más-más forgalomtípusok Hang Kis csomagok ( byte/csomag) Állandó sebességgel generálva Video Nagy csomagok Változó sebességgel generálva ( börsztös forgalom) VDSL2-ben dual path - dual latency támogatás Forgalomtipusonként meghatározott sávszélesség A hangforgalmat nem befolyásolja a börsztös video 225

45 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 226

46 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 elenyészı elterjedtségük miatt stratégiai szempontból jelentéktelenek 227

47 Kábel TV

48 Miért kábel TV? Ötlet a 40-es évek végén Jobb vétel a külvárosokban és a hegyek között élıknek Közösségi antennás televízió Community Antenna Television CATV Egy dombtetın elhelyezett nagy antenna Erısítı fejállomás (head end) Koaxiális kábel Családias üzletág, bárki telepíthetett ilyen szolgáltatást Ha több elıfizetı, újabb kábelek és erısítık Egyirányú átvitel, a fejállomástól a felhasználók felé 229

49 Korai kábeltévé rendszer 230

50 A kábeltévé fejlıdése 1970-re több ezer független rendszer 1974-ben elindul az HBO, kizárólag kábelen Több új kábeles csatorna hírek, sport, fızés, stb. Nagyvállalatok elkezdik felvásárolni a létezı kábelhálózatokat, új kábeleket fektetnek le Kábelek a városok között a hálózatok egyesítésére Hasonló ahhoz, ahogy a távközlı iparban a század elején összekötötték a helyi központokat a távolsági hívások miatt Késıbb a városok közötti kábeleket nagy sávszélességő fényvezetı szálakra cserélik 231

51 HFC rendszer HFC - Hybrid Fiber Coax Fényvezetı-koax hibrid rendszer Fényvezetı szálak a nagy távolságok áthidalására Koaxiális kábel a házakhoz Fényvezetı csomópont (fiber node) Elektrooptikai átalakító a fényvezetı és villamos rész közötti csatolásnál Egy fényvezetı szál több koax kábelt is táplálhat Sokkal nagyobb sávszélesség 232

52 Modern kábeltévé rendszer 233

53 Internet a kábeltévén 234

54 Internet a kábeltévén A kábelhálózat üzemeltetık elkezdték bıvíteni a szolgáltatásaikat Internetelérés Telefonszolgáltatás Át kell alakítani a hálózatot Az egyirányú erısítıket kétirányú erısítıre kell cserélni mindenhol A fejállomást fel kell fejleszteni Egy buta erısítıbıl egy intelligens digitális számítógéprendszer Nagysebességő 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 (elıfizetói hurok) A TV mősorok szórásánál ez nem fontos minden mősort 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 sávszél Másfelıl a koax kábel sokkal nagyobb sávszélt biztosít mint a sodrott érpár 235

55 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 kezelhetı marad Ma tipikusan ház egy szakaszon További felosztás várható ahogy nı az elıfizetık száma és a forgalom 236

56 Internet a kábeltévén 237

57 Spektrumkiosztás A kábelhálózatot nem lehet (egyelıre) kizárólag internetezésre használni Sokkal több a tévénézı mint az internetezı ügyfél A városok szabályozzák mi mehet a kábelen, a tévészolgáltatás kötelezı Fel kell osztani a frekvenciákat a TV és az internet elérés között USA, Kanada FM rádió: MHz kábeltévé-csatornák: MHz 6 MHz széles csatornák, védısávval együtt NTSC - National Television System Committee Felbontás: 720 x 480, fps 238

58 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 mőködnek, gyakran 750 Mhz felett is Megoldás: feltöltés 5 42 MHz között (Európában 5-65 MHz) A spektrum felsı végén lévı frekvenciák a letöltéshez 239

59 Spektrumkiosztás 240

60 Aszimetrikus átvitel A TV és rádió mind lefele halad A fejállomástól a felhasználó felé Felfele olyan erısítık melyek az 5-42 MHz-es tartományban mőködnek Lefele az 54 MHz feletti tartományban mőködı erısítık Aszimmetrikus rendszer, nagyobb downstream mint upstream Ezt itt mőszaki okok befolyásolják, nem úgy mint az ADSL-nél Nem jó megoldás P2P tipúsú forgalom kezelésére Az aszimmetrikus web forgalomra tervezték 241

61 Moduláció Minden 6-8 MHz-es csatornát 64-QAM-el modulálnak Quadrature Amplitude Modulation Ha kivételesen jó minıségő 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 242

62 Kábelmodem A kábelen jövı 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 243

63 Kábelmodem A kezdetekben minden hálózatüzemeltetınek saját modem-je, melyet egy technikus telepített Nyílt szabvány kellett Versenyhelyzethez vezet a modemek piacán Csökkennek az árak Ösztönzi a szolgáltatás terjedését Ha a felhasználó telepíti a modemet, nem kell kiszállási költség CableLabs 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 elıfizetıknek 244

64 Csatlakozás Csatlakozásnál a modem pásztázni kezdi a letöltési csatornákat A CMTS egy speciális csomagban idınként 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 késıbb lehet változtatni, például a terhelés kiegyenlítése miatt Több modem ugyanazon a feltöltési csatornán Az elsı csomag a modemtıl az ISP-hez megy IP címet kér, DHCP protokollon keresztül Dynamic Host Configuration Protocol A pillanatnyi pontos idıt is megkapja a CMTS-tıl 245

65 Versenyhelyzetes feltöltés A modem megméri milyen távol van a fejállomás Távolságbecslés (ranging) mint a ping Szükség van rá az idızítések miatt A feltöltési csatornát az idıben 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 246

66 Versenyhelyzetes feltöltés A fejállomás rendszeresen bejelenti mikor új minislot-csoport kezdıdik A kábelen való terjedés miatt nem egyszerre hallják meg a modemek Mindenki ki tudja számítani mikor volt az elsı 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. idı duplázódik 247

67 Versenymentes letöltés Letöltésnél csak egy küldı, a fejállomás Nincs versenyhelyzet, nincs szükség minislot-okra Nagymérető forgalom lefelé Nagyobb, 204 byte-os rögzített csomagméret Ebben Reed-Solomon hibajavító kód 184 byte a felhasználói adatoknak 248

68 Le- és feltöltés a kábelen 249

69 DOCSIS DOCSIS 1.0 (1997) Nagysebességő 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 250

70 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 251

71 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 252

72 Hálózati és Szolgáltatási Architektúrák Architectures of Networks and Services Mérnök informatikus szak, MSc képzés Hálózatok és szolgáltatások szakirány 11. alkalom április 21., szombat, IB.138, 10:15-11:45 Dr. Cinkler Tibor cinkler()tmit.bme.hu Egyetemi Docens BME TMIT TMIT: Távközlési és Médiainformatikai Tanszék

73 Biztonságos kommunikáció VIZSGÁN NEM KELL INNEN A MAI ANYAG VÉGÉIG! A kábel egy osztott közeg Bárki elolvashatja a mellette elhaladó forgalmat Hogy a szomszédot ne hallgathasd le, a forgalom kódolva mindkét irányban Meg kell egyezni a modem és a fej között egy közös titkosítási kulcsban Két idegen között, egy osztott, lehallgatható közegen Diffie-Hellman algoritmus Aliz és Bob megegyezik két nagy prímszámban: n és g Bizonyos feltételeket teljesíteniük kell Nyílvánosak, mondjuk Bob választ és elküldi nyíltan Aliznak Aliz kisorsol egy nagy (512 bites) számot: x Bob kisorsol egy hasonlót: y Aliz elkezdi a kulcscserét: elküldi Bobnak az (n, g, g x mod n) hármast Bob visszaküldi a g y mod n értéket Mindketten kiszámolják a közös kulcsot: (g x mod n) y = (g xy mod n) = (g yx mod n) = (g y mod n) x Cecil ismeri g-t és n-t, de nem tudja visszafejteni x-et és y-t Túl sok idıt venne igénybe, még egy szuperszámítógéppel is 254

74 MITM támadás A Diffie-Hellman algoritmus nem véd a MITM támadás ellen Man-In-the-Middle Honnan tudom hogy Alíz tényleg Alíz-e? Cecil kisorsol egy saját számot: z Elfogja Aliz (n, g, g x mod n) hármasát és saját (n, g, g z mod n) hármasát küldi tovább Bobnak Elfogja Bob g y mod n válaszát és a saját g z mod n választát küldi tovább Aliznak Megegyezik Alizzal a (g xz mod n) és Bobbal a (g yz mod n) közös kulcsban Aliz és Bob azt hiszik egymással beszélnek, pedig Cecil közöttük van Szükséges valamilyen authentikációs megoldás Digitális aláírás Publikus/privát kulcspár Aliz ismeri Bob publikus kulcsát Biztos hogy ez tényleg Bob publikus kulcsa? Certificate authority trusted third party (megbízható harmadik fél) Bob egy digitális aláírást csatol a csomagjához, a privát kulcsot használva Aliz ellenırizni tudja Bob publikus kulcsával hogy a csomag tényleg Bobtól származik Jelszó, hangfelismerés, biometrikus ellenırzés 255

75 A szélessáv elterjedése Statisztikai adatok OECD - Organisation for Economic Co-operation and Development Gazdasági Együttmőködési és Fejlesztési Szervezet 30 ország: Ausztria, Belgium, Csehország, Dánia, Finnország, Franciaország, Németország, Görögország, Magyarország, Izland, Írország, Olaszország, Luxemburg, Hollandia, Norvégia, Lengyelország, Portugália, Szlovákia, Spanyolország, Svédország, Svájc, Törökország, Egyesült Királyság, Kanada, USA, Mexikó, Japán, Dél Korea, Ausztrália, Új Zéland Világszintő statisztikák Kína fontos szerepe 256

76 Szélessávú elıfizetık Total broadband subscribers, by country, m illions, June 2007 Iceland Luxembourg Slovak Ireland New Zealand Greece Hungary Czech Republic Norw ay Finland Austria Portugal Denmark Sw itzerland Belgium Sw eden Poland Turkey Australia Mexico Netherlands Spain Canada Italy France United Kingdom Korea Germany Japan United States

77 Szélessávú elıfizetık 258

78 DSL vs. más technológiák A DSL a legelterjettebb szélessávú technológia Megelızi a kábel modemet, FTTH-t és más technológiákat Itt a DSL megnevezés az összes létezı DSL változatot magába foglalja 259

79 100 fıre jutó elıfizetések 260

80 Szélessávú elıfizetık 261

81 3Q Q 2005 Új szélessávú elıfizetık Q Q 2005 OECD Broadband subscriber net additions per quarter, millions 1Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q 2004 Source : OECD

82 Növekedés ben 7 OECD Broadband penetration (per 100 inhabitants) net increase Q Q2 2007, by country OECD net increase Mexico Ireland Germany Sweden Australia Norway Denmark Luxembourg France New Zealand Netherlands Belgium Switzerland United Kingdom Greece United States Finland Spain Korea Iceland Canada Austria Czech Republic Slovak Republic Italy Poland Japan Turkey Portugal Hungary Source : OECD

83 Növekedés az utóbbi 6 évben Broadband penetration, historic, top five OECD countries for June Denmark Netherlands Switzerland 20 Korea 15 Norway Q Q Q Q Q Q2 Source : OECD 264

84 Növekedés 2008-ban 265

85 100 fıre jutó DSL vonal 266

86 Szélessávú letöltési sebességek 267

87 DSL lefedettség Egy adott ország területének hány százalékán érhetı el DSL szolgáltatás? A vezetékes telefonvonalak hány százaléka képes DSL szolgáltatásra Ha túl messze a központ, a telefon OK de a DSL nem Villágviszonylatban elég nagy lefedettség, de (sok helyen) messze még a 100% Két fontos korlátozó tényezı Távolság Nagyon gyéren lakott területeken, elszigetelt helyeken vagy nem gazdaságos, vagy nem megoldható technikailag Nagy sávszélességet igénylı alkalmazások A hagyományos internetezés (web, ) továbbra is fontos Egyre jobban elterjednek a nagy sebességet igénylı alkalmazások (video, triple play) Ezeknek a támogatása nagysebességő DSL technológiákkal fontosabb lehet mint a hagyományos lassú DSL megoldások terjesztése 268

88 Szélessáv vs. népsőrőség OECD broadband penetration and population densities Broadband penetration, June 2007 Population density, 2006 Broadband penetration (subscribers per 100 inhabitants, June 2007) Population density (inhab/km2, 2006) 25 Simple correlation = Denmark Netherlands Switzerland Korea Norway Iceland Finland Sweden Canada Belgium United Kingdom Australia France Luxembourg Japan Germany United States Austria Spain New Zealand Italy Ireland Portugal Czech Republic Hungary Poland Greece Slovak Republic Turkey Mexico Source : OECD 269

89 A keskenysáv fokozatosan visszaszorul 270

90 A keskenysáv fokozatosan visszaszorul 271

91 IKT eszözzel rendelkezı háztartások aránya Magyarországon (KSH 2007) 272

92 DSL és Kábel Magyarországon Magyarországon 2002-ben ADSL, illetve kábel modemes szélessávú elıfizetı 100 fıre lebontva 0.6 %-os elterjedés 37. hely a világban 2003 decemberében a Matáv bejelentette a 100 ezredik ADSL elıfizetıt több mint 200%-os évi növekedés 2004 decemberében elıfizetı 2005 áprilisában elıfizetı 2006 szeptemberében ~ elıfizetı 2009 január elıfizetı 2008 december kábelnetes elıfizetı 273

93 274

94 Mbit/s ára (2007) 275