Távközlő hálózatok és szolgáltatások IP hálózatok elérése távközlő és kábel-tv hálózatokon

Átírás

1 Távközlő hálózatok és szolgáltatások IP hálózatok elérése távközlő és kábel-tv hálózatokon Németh Krisztián BME TMIT szet. 25.

2 A tárgy feléítése 1. Bevezetés 2. IP hálózatok elérése távközlő és kábel-tv hálózatokon 3. Kacsolástechnika 4. Mobiltelefon-hálózatok 5. Jelátviteli követelmények, kodekek 6. Gerinchálózati technikák 7. Távközlő rendszerek teleítése és üzemeltetése 8. Forgalmi követelmények, hálózatméretezés 9. Jelzésátvitel 10. Távközlő rendszerek szoftver elemei 11. Hálózatok összefoglalása 12. Hálózati szolgáltatások 2

3 Áttekintés Telefonvonali modemek Akusztikus modemek PSTN modemek ISDN modemek ADSL, xdsl Kábeltévés Internet-elérés 3

4 Akusztikus modemek D előfizetői hurok telefonhálózat előfizetői hurok D A (A vagy D) A (A: analóg, D: digitális) 4

5 Akusztikus modemek A kacsolat feléítése, bontása kézzel történik (tárcsázás, kézibeszélő letevése) 300 vagy 1200 b/s (ITU-T V.21, V.22) Érdekes: a mai telefonmodemek egy részével együtt tudnak működni 1970-es évek, 80-as évek eleje Fő ok, hogy nincs direkt csatlakozás a hálózathoz: tilos volt, csak a Posta készülékeit volt szabad csatlakoztatni nem csak nálunk: sok helyen Nyugat-Euróában, USA-ban is így volt akkoriban Ma már csak kuriózum, elfeledett történelem 5

6 Telefonvonali modemek A előfizetői hurok előfizetői hurok A/D törzshálózat D/A A D D A A D helyi kacsolóközont PSTN modem D Betárcsázós internet (dial-u) de két előfizető között is feléíthető modemes kacsolat modem: modulator-demodulator kezdetben az egyetlen lehetőség ma: kézenfekvő, de szubotimális megoldás (D/A/D/A/D) 6

7 PC-s modemek Belső (ISA, PCI busz) Külső soros csatlakozással (serial ort) Külső USB csatlakozással Comact Flash csatlakozással Külső PCMCIA csatlakozással latook csatlakoztatására 7

8 Modem történelem Az első modem az 50-es években Az Amerikai Légvédelem használta katonai adatok küldésére a telefonhálózaton keresztül Az első kereskedelmi forgalomban kaható modem Bell 103 (1962) 300 bs full dulex átvitel ITU-T V.21 (FSK ld. SzgH!) További szabványok ITU-T V v bs (PSK, QPSK ld. SzgH!) (1980) ITU-T V.22bis 1200 v bs (QPSK, QAM-16) (1984) ITU-T V bs (QAM) (1984) ITU-T V.32bis 14.4 Kbs (1991) ITU-T V Kbs (1998) ITU-T V Kbs lefele, 33.6 Kbs felfele (1998) ITU-T V Kbs lefele, 48 Kbs felfele (2000) A szabványok jan. 1-től ingyen letölthetőek: egy meg nem határozott róbaideig htt:// 8

9 Meddig fejlődhet? Shannon törvénye: C = B * log 2 (1 + S/N) C bitsebesség (bs) B csatorna sávszélesség (Hz) S/N jel/zaj viszony (signal to noise) A törzshálózat már digitális A PCM kódolás után egy 64 kbs csatornán megy a jel, ez a felső határ Az A/D és D/A átalakítások okozta ontatlanság (kvantálási zaj) miatt gyakorlatilag kb. 33 kbs a határ Az 56 Kbs-os csatlakozásnál (V.90) csak a letöltési sebesség ekkora ld. a következő diát! 9

10 Meddig fejlődhet? A D előfizetői hurok előfiz. h. A A/D D törzshálózat D D, l. ISDN helyi kacsolóközont helyi k. D digitális modem Internet Az 56 Kbs-os csatlakozásnál (V.90) csak a letöltési sebesség ekkora a tartalomszolgáltató digitálisan éri el a hálózatot le irányban: digitális modem: digitális adatok (0,1) felfele : felhasználó helyi közontja: PCM dekódolás analóg modem: PCM inverz-dekódolás analóg modem V.34 szabvány (QAM) szerinti kódolás felhasználó helyi közontja: PCM kódolás digitális modem: PCM dekódolás, V.34 dekódolás 10

11 Kihalófélben a betárcsázós Internet-elérés 11

12 ISDN Internet elérés 2B+D: 128 kbs max körül roant nészerű volt ADSL megjelenése óta nem vonzó Lassú, drága (időarányos díjazás), telefonálás mellett csak 64 kbs Viszont az ADSL-lel ellentétben bárhol elérhető 12

13 Áttekintés Telefonvonali modemek Akusztikus modemek PSTN modemek ISDN modemek ADSL, xdsl Kábeltévés Internet-elérés 13

14 ADSL ADSL = Asymmetric Digital Subscriber Line, aszimmetrikus digitális előfizetői vonal Cél: az előfizetői hurok kihasználtságának maximalizálása azaz a cél természetesen: $$$$ :) a legnagyobb érték egy távbeszélő-hálózatban!! last critical mile Telefonbeszélgetés (analóg vagy ISDN) és adatátvitel egyidejűleg 14

15 ADSL működése Működés: FDM: Távbeszélő hálózat adat feltöltés adat letöltés Pontosabban: 0-4 khz beszéd (4-25 khz védősáv) khz feltöltési sáv 200 khz MHz letöltési sáv De ez csak tájékoztató jellegű Analóg/ISDN tel. előfizetés esetén más de mindkettő lehetséges!! 25 khz 180 khz van, hogy az adat fel/le átlaolódik függ a zajtól is 1100 khz f 15

16 ADSL moduláció DMT Discrete Multitone Modulation (ITU-T: G.992.1) 1,1 MHz-es frekvenciatartomány 256 csatorna, egyenként 4,3125 khz 0. csatorna POTS (beszéd) 1-5. csatorna védősáv (üres) A beszéd és adatátvitel közötti interferenciák elkerülésére a maradék 250 csatornából 1 a feltöltés, 1 a letöltés jelzése a többi a felhasználói forgalomé ha rossz az átvitel egy adott csatornán, akkor azt nem használják nagyobb távolságra nagyobb frekvencián nagyobb a csillaítás 16

17 Nagy frekvencián nagyobb a csillaítás csatornánként átvitt bitek száma egy időegység alatt (250 μs) letöltés csatornák sorszáma feltöltés 4 km előfizetői hurok, 2 Mb/s le, 64 kb/s fel 17

18 ADSL sebesség Aszimmetrikus: szándékosan, többet töltünk le, mint fel de nem mindig (l. eer-to-eer, videotelefon) fel: 16 kbs -- 1 Mbs le: 0, Mbs távolságtól függ (legjobb: 2,5 km alatt, legrosszabb: 5 km felett) szolgáltató tovább korlátozhatja ma Magyarországon: 128k/1M,..., 512k/8M 18

19 ADSL toológia ( felhasználó távbeszélőhálózat ADSLmodem aluláteresztő szűrő + csavart érár + aluláteresztő szűrő DSLAM B(R)AS IP hálózat1 sávszűrő sávszűrő slitter (váltószűrő) IP hálózatn DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multilexer, digitális előfizetői vonal hozzáférési nyaláboló): modem ellenárja (A/D átalakítást végez a DMT szerint) nyalábol is: sok modemmel tart egyszerre kacsolatot, de csak egy (néhány) kimenete van (ez utóbbi ATM (ld. SzgH) vagy Ethernet) B(R)AS (Broadband (Remote) Access Server, szélessávú (távoli) hozzáférési kiszolgáló): bejelentkezések kezelése, ATM IP átjáró Adatátviteli útból a beszédkodek kihagyva (analóg: tel. közont; ISDN: végberendezés) 19

20 ADSL modem, slitter, microfilter ADSL modem ADSL slitter (váltószűrő) ADSL microfilter (szűrő: csak telefonvonali kimenete van, nincs modem csatlakozója) 20

21 DSLAM 21

22 Slitterek ISDN, PSTN külön! 22

23 Modemkártyák 2. ISDN-es modemkártya, 32 db modemmel 3. PSTN-es modemkártya, 16 db modemmel 4. SDSL-es modemkártya 6. SHDSL-es modemkártya 9. Szélssávú illesztőkártya -- az IP halózat felé. Ez itt ATM. 23

24 Rendező 24

25 DSLAM-ek együtt 25

26 ADSL2 DSLAM ATM helyett már Ethernet interfésszel 26

27 ADSL rotokolléítmény (Ez a fólia nem vizsgaanyag. De ersze érdekes...) ( felhasználó távbeszélőhálózat ADSLmodem aluláteresztő szűrő + csavart érár + aluláteresztő szűrő DSLAM BAS IP hálózat1 sávszűrő sávszűrő slitter IP hálózatn Különböző lehetőségek a rotokolléítményre (rotokol stack): Magyarországon a B verzió az elterjedt RFC2684: Multirotocol Encasulation over ATM Adatation Layer 5, htt:// PPP = Point-to-Point Protocol, htt:// PPPoE = PPP over Ethernet, htt:// 27

28 ADSL2/2+ ADSL2 (G.992.3) jobb modulációs hatékonyság, letöltés max Mb/s kb. 200 m-rel nagyobb hatótáv átmenetileg a beszédcsatornát is használhatja energiatakarékos üzem: figyeli, hogy van-e forgalom ADSL2+ (G.992.5) a max. frekvencia 2,2 MHz-re bővül a hangátvitelre, illetve az adatfeltöltésre használt frekvenciák nem változnak a maximális letöltési sávszélesség Mb/s-ra nő 1,5 km-es távolságon belül 28

29 ADSL technológiák összehasonlítása 29

30 xdsl Ötlet ugyanaz: előfizetői hurok kihasználása SHDSL: Symmetric High-seed DSL (G.991.2): 2,3 Mbit/s max. mindkét irányban max 3 km-ig beszédátvitel nincs viszonylag új DSL verzió (2001) inkább üzleti, mintsem lakossági felhasználóknak ajánlott VDSL - Very high rate Digital Subscriber Line (G.993.1) 13 Mbs - 55 Mbs (le), 1-3 Mbs (fel) vagy Mbs szimmetrikusan méter sodort rézár, onnan otikai átvitel VDSL2 (G.993.2) 100 Mbs mindkét irányba 30 MHz-es frekvenciatartomány DSLAM komatibilis az ADSL modemekkel xdsl: ezek együtt (BDSL nem! az terméknév) 30

31 Trile Play Trile Play marketing elnevezés egy IP szolgáltatásra mely magába foglalja a következő három szolgáltatást: Internet 5 Mb/s a cél legalább Televízió jellemzően legalább 3 TV csatorna egyidejű vétele háztartásonként Telefónia Voice over IP (VoIP, IP feletti beszédátvitel) Inkább egy üzleti modell, mintsem egy technológiai szabvány Quad(rule) Play Ugyanez a három szolgáltatás, de vezetéknélküli közegen keresztül is 31

32 Trile lay ADSL-en ( analóg PSTN végberendezés (vagy ISDN NT) IP/Ethernet home gateway aluláteresztő szűrő + helyi hurok PC IP/Ethernet sávszűrő analóg IP/Ethernet slitter TV set to box VoIP végberendezés beszéd, videó rioritást élvez az adatforgalom felett l. külön-külön ATM VC mindhárom extra szolgáltatások, l: video-on-demand = virtuális videotéka igény szerinti sávszélesség hozzárendelés 32

33 Áttekintés Telefonvonali modemek Akusztikus modemek PSTN modemek ISDN modemek ADSL, xdsl Kábeltévés Internet-elérés 33

34 Korai kábeltelevíziós rendszerek Ötlet az 1940-es évek végén (USA) Jobb vétel a külvárosokban és a hegyek között élőknek Közösségi antennás televízió Community Antenna Television CATV Egy dombtetőn elhelyezett nagy antenna Egy erősítő: fejállomás (head end) Koaxiális kábel Családias üzletág, bárki teleíthetett ilyen szolgáltatást Ha több előfizető csatlakozik: újabb kábelek és erősítők Egyirányú átvitel, a fejállomástól a felhasználók felé 34

35 A kábeltévé fejlődése 1970-re több ezer független rendszer (USA) 1974-ben elindul az HBO, kizárólag kábelen Több új kábeles csatorna hírek, sort, főzés, stb. Nagyvállalatok elkezdik felvásárolni a létező kábelhálózatokat, új kábeleket fektetnek le Kábelek a városok között a hálózatok egyesítésére Hasonló ahhoz, ahogy a távközlő iarban a század elején összekötötték a helyi közontokat a távolsági hívások végett Később a városok közötti kábeleket nagy sávszélességű fényvezető szálakra cserélik 35

36 HFC rendszer HFC - Hybrid Fiber Coax (fényvezető-koax hibrid) Fényvezető-koax hibrid rendszer Fényvezető szálak a nagy távolságok áthidalására Koaxiális kábel az előfizetőkhöz Fényvezető csomóont (Fiber Node: FN) Elektro-otikai átalakító a fényvezető és villamos rész közötti csatolásnál 36

37 Internet a kábeltévén A kábelhálózat üzemeltetők elkezdték bővíteni a szolgáltatásaikat Internetelérés Telefonszolgáltatás (VoIP) Át kell alakítani a hálózatot Az egyirányú erősítőket kétirányú erősítőre kell cserélni mindenhol A fejállomást fel kell fejleszteni Egy buta erősítőből egy intelligens digitális számítógérendszer Nagysebességű otikai szálakat csatlakoztat egy ISP hálózatához (Új név: Cable-Modem Termination System (CMTS) nem kell tudni) 37

38 Internet a kábeltévén A koax kábel osztott közeg, több előfizető egyszerre használja A telefonhálózatban mindenki rendelkezik saját érárral (előfizetói hurok) A TV műsorok elosztásánál ez nem fontos üzenetszórás van (broadcast) Internetezésnél a felhasználók osztoznak a közegen Verseny a felhasználók között Másfelől a koax kábel sokkal nagyobb sávszélt biztosít mint a csavart érár Megoldás: több darabra osztunk egy hosszú kábelt Minden szakaszt közvetlenül egy fényvezető csomóonthoz kötünk A fejállomás és a fényvezető csomóontok között a sávszélesség nagyon nagy Ha nincs túl sok felhasználó egy szakaszon, a forgalom kezelhető marad Ma tiikusan előfizető egy szakaszon További felosztás várható ahogy nő az előfizetők száma és a forgalom 38

39 Kábelmodem Két Interfész egy a PC és egy a kábelhálózat felé A modem és a PC között 10 Mbs Ethernet kábel, néha USB A jövőben valószínűleg belső modemek A kezdetekben minden hálózatüzemeltetőnek saját modemje, melyet egy technikus teleített Nyílt szabvány kellett CableLabs Versenyhelyzethez vezet a modemek iacán Csökkennek az árak Ösztönzi a szolgáltatás terjedését Ha a felhasználó teleíti a modemet, nem kell kiszállási költség A legnagyobb kábelszolgáltatók szövetsége DOCSIS szabvány Data Over Cable Service Interface Secification EuroDOCSIS euróai változat Sokan nem örültek neki Nem tudták tovább drágán bérbe adni modemjeiket a kiszolgáltatott előfizetőknek 39

40 Kábelmodem 40

41 Kábelmodem 41

42 Kábelmodem 42

43 Biztonságos kommunikáció A kábel egy osztott közeg Bárki megnézheti a mellette elhaladó forgalmat Hogy a szomszédod ne hallgatasson le, a forgalom kódolva mindkét irányban Meg kell egyezni a modem és a fejállomás között egy közös titkosítási kulcsban Két idegen között, egy osztott, lehallgatható közegen 43

44 Kábel vs. DSL ADSL kábeles elérés közeg sodrott érár koax sávszél nagyságrendileg azonos* elérés (csak az dedikált sávszél osztott közeg első routerig...) lefedettség tel. k. közelében kábeltv területen bárhol biztonság fizikai elválasztás titkosítás több ISP gyakori, törvény is ritkább * kábeltelevíziós elérés ma Magyarországon: 1024/128 kb/s 20/1 Mb/s (le/fel) Összességében: több a hasonlóság, mint a különbség Várható jövő: otikai szálak mind nagyobb térhódítása, l: FTTC/FTTCab: Fiber to the Curb/Cabinet (otikai szál az aknáig, elosztódobizg), l. VDSL(2) FTTH: Fiber to the Home (otikai szál a háztartásig) 44