Távközlő hálózatok és szolgáltatások ADSL, xdsl IP hálózatok elérése kábel-tv hálózatokon

Átírás

1 Távközlő hálózatok és szolgáltatások ADSL, xdsl IP hálózatok elérése kábel-tv hálózatokon Németh Krisztián BME TMIT okt. 11.

2 ADSL rotokolléítmény (Ez a dia nem vizsgaanyag. De ersze érdekes...) ( felhasználó távbeszélőhálózat ADSLmodem aluláteresztő szűrő + csavart érár + aluláteresztő szűrő DSLAM BRAS1 IP hálózat1 sávszűrő sávszűrő slitter (váltószűrő) BRASn Különböző lehetőségek a rotokolléítményre (rotokol stack): IP hálózatn 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:// 2

3 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 3

4 ADSL technológiák összehasonlítása 4

5 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 2001-es szabvány 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 5

6 Trilelay Trile lay 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 A hordozó közeg lehet l. sodrott érár/adsl (telefontársaságok) koax kábel (kábel-tv társoságok) UTP/Ethernet (Internetszolgáltatók) üvegszál (a fentiek mind...) jövőben: vezeték nélküli hozzáférésen át is 6

7 Trilelay ADSL-en ( analóg PSTN végberendezés (vagy ISDN NT) IP/Ethernet home gateway aluláteresztő szűrő + helyi hurok PC IP/Ethernet sávszűrő analóg analóg vagy IP slitter TV set to box ( analóg vagy IP végberendezés beszéd, videó rioritást élvez az adatforgalom felett l. külön-külön ATM VC / Ethernet VLAN mindhárom home gateway: IP/PSTN átjáró is (ld. majd a VoIP-nál is) extra szolgáltatások, l: video-on-demand = virtuális videotéka igény szerinti sávszélesség hozzárendelés 7

8 Áttekintés Telefonvonali modemek Akusztikus modemek PSTN modemek ISDN modemek ADSL, xdsl Kábeltévés Internet-elérés Otikai hozzáférési hálózatok 8

9 Korai kábeltelevíziósrendszerek 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 9

10 A kábeltévéfejlődése 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 10

11 HFC rendszer HFC - Hybrid Fiber Coax (fényvezető-koax hibrid) Fényvezető-koaxhibrid rendszer Fényvezető szálak a nagy távolságok áthidalására Koaxiális kábel az előfizetőkhöz Fényvezető csomóont (FiberNode: FN) Elektro-otikai átalakító a fényvezető és villamos rész közötti csatolásnál 11

12 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) 12

13 Internet a kábeltévén A koax kábel osztott közeg, több előfizető egyszerre használja A telefonhálózatban mindenki rendelkezik saját érárral (előfizetői 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 sávszélességet 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 13

14 Sektrumkiosztás A kábelhálózatot nem lehet (egyelőre) kizárólag internetezésre használni Sokkal több a tévénéző mint az internetező ügyfél Hatóságok szabályozzák mi mehet a kábelen, a tévészolgáltatás kötelező Fel kell osztani a frekvenciákat a TV és az internetelérés között Euróa TV sávok alsó határa 65 MHz 8 MHz széles csatornák USA, Kanada PAL és SECAM rendszerek nagyobb felbontása miatt (PAL - Phase Alternating Line) (SECAM - Séquentiel Couleur à Mémoire) Felbontás: 768 x 576, 25 fs FM rádió: MHz kábeltévé-csatornák: MHz 6 MHz széles csatornák, védősávval együtt NTSC - National Television System Committee Felbontás: 720 x 480, fs 14

15 Sektrumkiosztás Modern kábelek 550 MHz felett is működnek, gyakran 750 Mhz felett is Megoldás: feltöltés 5-65 MHz (ez Euróában, USA: 5 42 MHz között) A magasabb frekvenciák a letöltéshez Frekvenciakiosztás (USA) 15

16 Aszimmetrikus átvitel, házon belüli toológia 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 letöltés sebessége mint a feltöltésé Ezt itt műszaki okok befolyásolják, nem úgy mint az ADSL-nél! Toológia lakáson belül: a TV-készülék zavaró alacsonyfrekvenciás jeleket bocsát ki koax koax TV felüláteresztő szűrő + koax Ethernet kábelmodem koax PC 16

17 Moduláció Koax kábel, szükség van modulációra Minden 6-8 MHz-es csatornát QAM-64-el modulálnak Quadrature Amlitude Modulation Ha kivételesen jó minőségű kábel, akkor QAM MHz-es csatornán QAM-64-el: kb. 36 Mbs A fejlécek nélküli sávszélesség 27 Mbs QAM-256-al nettó kb. 39 Mbs 8 MHz-es euróai csatornán arányosan több A feltöltési csatorna a QAM-64-hez nem elég jó Túl sok zaj a felszíni mikrohullámú rendszerek, CB-rádiók, stb. miatt CB = Citizen Band, magyarul walky-talky QPSK moduláció Quadrature Phase Shift Keying Csak két bit szimbólumonként (a QAM-64-nél 6, a QAM-256-nál 8) Sokkal nagyobb a feltöltés és letöltés közötti különbség 17

18 Kábelmodem Két interfész egy a PC és egy a kábelhálózat felé A modem és a PC között 10 Mb/s 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 InterfaceSecification EuroDOCSIS euróai változat Sokan nem örültek neki Nem tudták tovább drágán bérbe adni modemjeiket a kiszolgáltatott előfizetőknek 18

19 Kábelmodem 19

20 Kábelmodem 20

21 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 21

22 Kábel vs. DSL ADSL(2+) kábel-tvs Internet közeg sodrott érár koax elérés (csak az dedikált osztott közeg első routerig...) sávszélesség tiikus néhány Mb/s néhányszor tíz Mb/s sávszélesség sávszélesség növelése fizikai akadályok kisebb szakaszok: nagyobb sávszélesség: még van tartalék a rendszerben lefedettség tel. k. közelében kábel-tv területen bárhol biztonság fizikai elválasztás titkosítás több ISP gyakori, törvény is ritkább, de Magyaro-n így sincs igazán árverseny 22

23 Kábel vs. DSL Összességében: nagyon különböző technológiával nagyon hasonló szolgáltatások! ADSL volt kicsit előbb Kábel-TVs (ma már) hazánkban olcsóbb Kábel-TVs (ma már) gyorsabb Az eredményt ld. a grafikonon:, HVG Várható közeljövő: otikai szálak mind nagyobb térhódítása, l: FTTC/FTTCab: Fiber to the Curb/Cabinet (otikai szál az aknáig, elosztódobizg, azaz max. 300 m-re a végberendezéstől), l. VDSL(2) FTTH: Fiber to the Home (otikai szál a háztartásig), PON: Passive Otical Network (asszív otikai hálózat), GPON (Gigabit PON) mobiltelefonos Internet térhódítása 23

24 Áttekintés Telefonvonali modemek Akusztikus modemek PSTN modemek ISDN modemek ADSL, xdsl Kábeltévés Internet-elérés Otikai hozzáférési hálózatok (Fóliákért köszönet: Jeszenői Péter, Magyar Telekom) 24

25 Otikai hozzáférési hálózatok Előnyei nagy sávszélesség kis csillaítás: kis teljesítmény elég kis csillaítás: nagy távolság áthidalható Hátránya Új infrastruktúra, ezért magas beruházási költségek Főleg a teleítés a drága, nem maga az otikai szál 25

26 Hálózati architektúrák Pont ont összeköttetések Egyszerű, szabványosított, jól bevált technológia Kacsolatonként egy fényvezetőszál (ár) N kacsolat: 2N otikai adó-vevő Közont 26

27 Hálózati architektúrák Aktív otikai hálózat Egyszerű, szabványos, bevált Száltakarékos Kültéri kacsoló: tálálás szükséges! N kacsolat: 2N+2 otikai adó-vevő Közont Aktív elosztó ont 27

28 Hálózati architektúrák Passzív otikai hálózat (Passive Otical Network, PON) Egyszerű, szabványosított, túl az első teleítéseken Száltakarékos Kültéren csak asszív elemek vannak N kacsolat: N+1 otikai adó-vevő Továbbiakban erről lesz szó! Közont Passzív elosztó ont 28

29 PON architektúra (egyszerűsített) OLT: Otical Line Termination (otikai vonalvégződés) ONT: Otical Network Termination, avagy más néven: ONU: Otical Network Unit (otikai hálózatvégződés/hálózati elem) Lehetnek bonyolultabb esetek is: l. videó, telefon (VoIP) átvitele az Internet átvitele mellett ONU A Internet OLT 1:N ONU B ONU C 29

30 Többszörös hozzáférés Lefelé irány: ont multiont hálózat Nincs gond, az OLT kezeli a teljes sávszélességet Felfelé irány: multiont ont 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* *WDMA = Wavelength Division Multile Access FDMA (Frequency D.M.A.) 30

31 Többszörös hozzáférés TDM alaú PON-ok (APON/BPON, EPON, GPON) Jól szabványosítottak Több hullámhosszt használnak (tiikusan 2 3) Olcsó és jó minőségű otikai elemek (osztók, lézerek, stb.) Limitált áthidalható távolság és osztásarány (20 km, 1:64) Lefelé irányban műsorszórás jelleg Felfelé irány TDMA WDM PON-ok Egyelőre nincsenek szabványok WDM eszközök egyre olcsóbbá válnak Több irányzat, megvalósított hálózatok vannak Nagy sávszélesség, nagy áthidalható távolság 31

32 TDM alaúpon Lefele irány: Műsorszórás jelleg: önmagában nem biztonságos, titkosítás kell Időosztásos multilexálás Az ONU-k csak a nekik szóló forgalmat dolgozzák fel A címzéseket a keretszervezésben elhelyezett fejrészek hordozzák A A B C ONU A A A OLT A A B C 1:N A A B C A A B C ONU B B ONU C C 32

33 TDM alaúpon Felfele irány, a robléma: Az összes ONT egy felfelé irányuló csatornán osztozik Az ONU-k közötti adatforgalom közvetlenül nem megoldható A slitter és az OLT közötti szakaszon ütközés léhet fel Az ONT-k nem érzékelik az ütközést ONU A A A A A OLT A A C B 1:N B ONU B B C ONU C C 33

34 TDM alaúpon Felfele irány, a megoldás: A forgalom meghatározott időszeletekre osztása Ranging (távolságmérés) mechanizmus alkalmazása, megfelelő adási időzítéssel Az egészet az OLT vezérli ONU A A A A A OLT A A B C 1:N B ONU B B C ONU C C 34

35 PON szabványok (Vizsgára nem kell tudni) Full Service Access Network (FSAN) Grou Ethernet in the First Mile (EFM) Alliance Szabvány javaslatok 1988/ APON/BPON G.983 GPON G.984 Jóváhagyott szabványok 2004 EPON 802.3ah 35

36 PON rendszerek összehasonlítása (Vizsgára nem kell tudni) 36

37 GPON sebességek Tiikus feltöltési sebesség: 1,2 Gb/s Tiikus letöltési sebesség: 2,5 Gb/s Ez l. 32 részre osztva felhasználónként: Fel: 37 Mb/s Le: 78 Mb/s Már vannak 10 Gb/s rendszerek is... 37

38 Otikai hozzáférési hálózatok Az otika alkalmazása az előfizetői hálózatokban elkezdődött Egymással versengő technológiák: ont-ont, ontmultiont, aktív, asszív Különféle szabványos megoldások vannak Euróában beválni látszik: GPON Tovább fejlesztési lehetőségek: 10 Gbit/s, WDM PON 38