THSZ Távközlő hálózatok és szolgáltatások

THSZ Távközlő hálózatok és szolgáltatások Hálózati szolgáltatások Dr. Henk Tamás BME TMIT 2009. dec. 9 Kép: kaotikus megoldás 1

A tantárgy felépítése 1. Bevezetés 2. IP hálózatok elérése távközlő és kábel-tv hálózatokon 3. VoIP 4. Kapcsolástechnika 5. Mobiltelefon-hálózatok 6. Jelátviteli követelmények, kodekek 7. Forgalmi követelmények, hálózatméretezés 8. Jelzésátvitel 9. Gerinchálózati technikák 10. Hálózati szolgáltatások 11. Távközlő rendszerek telepítése és üzemeltetése 2

Az előadás felépítése Hálózati szolgáltatások: Infokommunikációs hálózatok: szg.-, távközlő és műsorközlő hálózatok konvergenciája QoS / megbízhatóság és kihasználtság: felhasználói és szolgáltatói érdekek Hálózati szolgáltatás modellek Hálózatok összekapcsolása Szolgáltatás elterjedtségi görbék 3

Számítógép-hálózatok főbb jellemzői 1. Intelligens végberendezés A végberendezés is ellát olyan funkciót, ami a hálózat működésével függ össze TCP torlódásvédelmi funkciója: ha az IP hálózat torlódik, akkor a TCP visszaszabályozza a küldési sebességet Értelmezés, lásd Szg-hálók tantárgy: az ok (torlódás) és a beavatkozás szétválik o rétegben: IP és TCP o helyben: hálózat belseje és széle o időben 4

TCP/IP hálózat modellje Következmények: Egyszerű IP hálózat: elsősorban csak útválasztás, gyors és olcsó, börsztös (csomós) a végpontok forgalma, adaptív a végpontok forgalma, az IP hálózatokban ugyanis a TCP/IP forgalom dominál a végberendezések rángatják egymást, esetleg kaotikus forgalom 5

Kaotikus forgalom lehetősége nagy és csomós forgalom, szűk keresztmetszet PC1 Serv1 R R PC2 Serv2 a végberendezések rángatják egymást 6

Kaotikus forgalom 7

Kaotikus megoldás jellemzői nemlíneáris diff.egyenlet lehetséges megoldás típusa, függ a diff.e. nemlinearitásától, fokszámától, paramétereitől és a kezdeti feltételeitől a megoldás önmagába soha nem tér vissza, a megoldás időfüggvénye ránézésre zaj-szerű a megoldást a diff.e. és a kezdeti feltételek meghatározzák, ezért a megoldás determinisztikus az x(t) vs x (t) síkon ábrázolt attraktor bonyolult, de struktúrált kép számos természeti, fizikai és műszaki jelenség modellezésére alkalmas 8

Számítógép-hálózatok főbb jellemzői 1. Intelligens végberendezés: a végpontok forgalma összetett 2. Az aggregált forgalom nem simul ki 1. és 2. következményei: Nincs hálózatméretezési lehetőség Nincs QoS és megbízhatósági garancia További következmények: valós idejű szolgáltatások korlátai megbízható szolgáltatások korlátai ~ csak átalány díjszabás a hozzáférésért 9

Luxembourg Internet Exchange statistics http://www.lix.lu/ 10

Távközlő hálózatok főbb jellemzői 1. A végberendezés ~ nem intelligens A kapcsolás létrejötte után a végberendezés nem lát el olyan funkciót, ami a hálózat működésével függ össze Következmények: Bonyolult hálózati (kapcsolási) réteg: a hálózat intelligenciája a kapcsolóközpontokban és a bázisállomásokban van koncentrálva a forgalom nem adaptív, mobil: FR/HR kodek, de nem a végberendezés dönt! stacioner forgalom, a végberendezések nem rángatják egymást 11

Távközlő hálózat modellje 12

Távközlő hálózatok főbb jellemzői 1. A végberendezés ~ nem intelligens 2. Az aggregált forgalom tipikusan kisimul THSZ17, 6.oldal 1. és 2. következményei: Van hálózatméretezési lehetőség Van QoS és megbízhatósági garancia További következmények: valós idejű szolgáltatásokra alkalmas megbízható szolgáltatásokra alkalmas differenciált díjszabás a távolság, az időzóna, a szolgáltatás fajtája és a szolgáltatás időtartama szerint 13

Összefoglaló összehasonlítás Számítógép-hálózat: számítógépeket köt össze - egyszerű hálózattal felhasználó => hálózat Távközlő hálózat: igényes hálózat telepítése szolgáltatás felajánlása előfizetőknek hálózat => felhasználó 14

Összehasonlítás alkalmazási példán Mérésadatgyűjtési feladat atomreaktorban: QoS és megbízhatóság lényeges szempont Megoldás: távközlő jellegű hálózattal, függetlenül attól, hogy adatok átviteléről van szó ATM hálózat! 15

Konvergencia: Infokommunikációs hálózat 1. A végberendezés: egyre intelligensebb a távközlő hálózatokban is, bár hálózati funkciója egyelőre nincs 2. A forgalom egyre csomósabb a távközlő hálózatokon is, az átvitt IP forgalom miatt 16

Konvergencia: Infokommunikációs hálózat 3. Az IP hálózatok megbízhatóságát növelik, pl. topológia és forgalomirányítási hierarcha, kolokációs vagy kollokációs vagy infrastruktúra központ, Bp-en több is, pl.: http://www.t-systems.hu/ > Dataplex collocation: közös elhelyezés the act or result of placing or arranging together megbízható üzemeltetési körülmények kisebb IP alapú hálózatoknak BIX: Budapest Internet Exchange, THSZ21 http://www.bix.hu/ budapesti adatkicserélő központ a magyar internetszolgáltatók (ISP) között 4. Kísérletek az IP hálózatokon elérhető QoS javítására: Intserv, Diffserv, MPLS, prioritás TOS mezővel 17

Műsor-szétosztó és elosztó hálózat Hagyományosan: egyirányú kábel-tv vagy műsorszóró hálózat, pont-többpont összeköttetés Konvergencia: kétirányúsítják mindkettőt Következmény: verseny a szélessávú hozzáférésért és a távbeszélő szolgáltatásért 18

Az előadás felépítése Hálózati szolgáltatások: Infokommunikációs hálózatok: szg.-, távközlő és műsorközlő hálózatok konvergenciája QoS / megbízhatóság és kihasználtság: felhasználói és szolgáltatói érdekek Hálózati szolgáltatás modellek Hálózatok összekapcsolása Szolgáltatás elterjedtségi görbék 19

A QoS/megbízhatóság eszközei Forgalom irányítás (dinamikus - statikus) ára: bonyolult hálózati réteg Forgalomkezelés: Beléptetés, pl CAC, szerződés forrásparaméterekre, forgalom mérése a hálózaton és a forráson. Hálózaton: végberendezés vagy sávszélesség ügynök (Bandwith Broker) méri. Rendszabás (policing), a CAC szerződés megsértésének szankcionálása Elsőbbség kezelés, pl. osztályozás és ütemezés Sebességszabályozás, pl. adaptív forgalom ára: bonyolult hálózati réteg 20

A QoS/megbízhatóság eszközei Erőforrás kezelés túlméretezés (over provisioning, TCP/IP) ára: túlméretezett hálózati réteg erőforrás foglalás ezt kell megfizetni a felhasználónak! áramkörkapcsolás, sávszélesség foglalás (ATM), dinamikus útvonalkezelés (MPLS, Diffserv, Intserv) ára: bonyolult hálózati réteg Megbízhatóság: védelem beépítése ára: túlméretezett hálózati réteg 21

Kitérő: Távbeszélő hálózatok megbízhatósága Valóban működő rendszer! Ritka kivételek azért akadnak, pl: Magyarország, 1998. december. Hirtelen havazás, GSM hálózatok rövid időre összeomlanak. (Szilveszterkor nem omlanak össze a rendszerek, csak átmenetileg túlterhelődnek) AT&T 1990. jan. 15. SS7 szoftver downgrade segített -- egy fél nap után THSZ08, 16. old. 22

QoS & megbízhatóság: következtetés Hálózat minősége 1. Felhasználó érdeke 2. Szolgáltató ezért tud számlázni Hálózat megbízhatósága 1. Felhasználó érdeke 2. Szolgáltató ezért tud számlázni Hálózat kihasználtsága 1. Szolgáltató érdeke 2. Felhasználónak ezért lehet olcsóbb 23

A hálózat nyereségét befolyásoló tényezők QoS működtető algoritmusok bonyolultsága hálózat kihasználása bérelt ISDN ATM QoS IP TCP/IP UDP/IP 24

Az előadás felépítése Hálózati szolgáltatások: Infokommunikációs hálózatok: szg.-, távközlő és műsorközlő hálózatok konvergenciája QoS / megbízhatóság és kihasználtság: felhasználói és szolgáltatói érdekek Hálózati szolgáltatás modellek Hálózatok összekapcsolása Szolgáltatás elterjedtségi görbék 25

1. Bérelt és kapcsolt hálózatok & szolg.-k THSZ21 is! Bérelt hálózat, Leased Line: hosszú időre bérelik alapvetően rögzített átviteli utak és transzport hálózati eszközök Menedzselt bérelt hálózat Managed Leased Line, MLL: az igények időnként változnak, érdemes a hálózatot időnként elektronikusan újrakonfigurálni, beépített DXC-ket használ a konfigurálásra 26

MLL Egyszerű modell: 27

Bérelt hálózat jellemzői Nagy a forgalmi igény a forgalmas órában mérve, nincs lehetőség forgalomsűrítésre. Időszakonként rögzített felhasználó párokat szolgálunk ki, pl. kommunikáció előre meghatározott szerverrel. Igény kiváló minőségre és megbízhatóságra. A rendezőkben a hálózatmenedzser a bérleti szerződés alapján állítja be, hogy ki kivel legyen összekötve (MLL). Nincs jelzés és kapcsolás. A végberendezésen nincs jelzésmű. A bérleti szerződés hosszú időtávú. Akkor is béreljük, amikor nem viszünk át forgalmat. 28

Kapcsolt (switched) hálózat Nagy előfizetői forgalom esetén: 29

Jellemzők Nincs forgalomsűrítés, a gerinchálózatban annyi vezeték fut, ahány előfizető van. Mivel nincs forgalomsűrítés, nincs hívásblokkolás sem. A kapcsolatot jelzésfolyamat építi fel és bontja le. Dinamikusan változhatnak a felhasználó párok. Bontható a kapcsolat, ha nem viszünk át forgalmat. A kapcsolás zajt hoz be (QoS romlás) és rontja a megbízhatóságot. 30

Kapcsolt hálózat Kis előfizetői forgalom esetén: 31

További jellemzők Felléphet hívásblokkolás, hiszen forgalomsűrítést alkalmaztunk. A gerinchálózatot kb. 0,3 Erl intenzitásra kell tervezni, hogy kicsi legyen a hívásblokkolás valószínűsége. A 0,3 Erl bármelyik gerinchálózati vezetéken előfordulhat mint rövid idejű átlag érték. Így a hívásblokkolás csak késlelteti a kapcsolat felépítését. Nagy kiterjedésű és forgalmú kapcsolt hálózatokban rendezők is vannnak: DXC, OXC 32

2. Magán és közcélú hálózatok Közcélú vagy nyilvános (public) hálózat: bárhol, bármikor, bárki számára elérhető, ha meg tudja fizetni, akár a fa tetejére is. Magán (private) hálózat: intézmények tartják fent, intézményen belül térítésmentes. Pl.: Műszaki Egyetem belső telefonhálózata. 33

Lehetséges kombinációk Hálózatok és hálózati szolgáltatások lehetséges kombinációi: nyilvános kapcsolt, nyilvános bérelt, magán kapcsolt, magán bérelt, itt magán célú szolgáltatást nyújt, aki szolgáltatja a bérelt vonalat. Pl. a BME telefonközpontja: kapcsolt magán hálózat. 34

Bérelt és kapcsolt szolgáltatási modellek Szolgáltatási modellek bérelt és kapcsolt hálózatokon: Bérelt szolgáltatási modellek: Bérlés alapján nyújtott szolgáltatás Kérés alapján nyújtott szolgáltatás Rendszeresen nyújtott szolgáltatás Kapcsolt szolgáltatási modell: Igény szerint nyújtott szolgáltatás További felosztások: pont-pont (point-point) szolgáltatás pont- több pont (point-multipoint) szolgáltatás VPN (Virtual Private Network), virtuális magánhálózat Kombinációs lehetőségek 35

3. Rögzített és mozgó szolgáltatások Rögzített (fix): a végberendezés nem mozog. Mozgó (mobile): a végberendezés mozoghat. További kombinációs lehetőségek: bérelt - kapcsolt, magán - közcélú stb. Lehetséges vizsgafeladat, pl: kérés alapján nyújtott rögzített pont-pont magánhálózati szolgáltatás értelmezése (itt magán, aki szolgáltat a kért hálózati kapacitással) 36

4. Hálózatközi szolgáltatások Távközlési szolgáltató nyújtja más szolgáltatóknak, hálózati szerződés alapján: Bérelt vonali, sávszélesség és QoS specifikáció pl. hálózat kiegészítésére Hordozó hálózati, pl. IP SDH felett Összekapcsolási, pl. távbeszélő és GSM Hálózat hozzáférés, pl. ISP Virtuális magánhálózati, vállalat több telephellyel VPN 37

Az előadás felépítése Hálózati szolgáltatások: Infokommunikációs hálózatok: szg.-, távközlő és műsorközlő hálózatok konvergenciája QoS / megbízhatóság és kihasználtság: felhasználói és szolgáltatói érdekek Hálózati szolgáltatás modellek Hálózatok összekapcsolása Szolgáltatás elterjedtségi görbék 38

Hálózatok összekapcsolása Hordozó hálózat és szolgáltatás: bearer network and service átlátszó adatátvitel, végberendezés és alkalmazás nélkül más hálózatokat köt össze adott sebességgel. Távszolgáltató hálózat: teleservice network végberendezés és alkalmazás tartozik hozzá pl. távbeszélő hálózat onlinekönyv 5.3.1.ábra 39

Távszolgáltatások Távszolgáltatás (teleservice): Infokommunikációs (communication) szolgáltatás két vagy több távoli felhasználó között, az üzemeltetők megállapodása szerint : ember- ember között ember - gép között gép - ember között, gép - gép között. Összetevői: hordozó hálózat végberendezés alkalmazás szolgáltatás 40

Hálózatok egyenrangú összekapcsolása (a) két távszolgáltató hálózat együttműködése (b) két hordozó hálózat együttműködése E: együttműködtető egység (interworking unit, IWU), átjáró (gateway) V1 FTH1 E FTH2 V2 FTH1 E FTH2 H1 (a) H2 H1 (b) H2 H1, H2: hálózatok V1, V2: végberendezések FTH1, FTH2: forgalmi törzshálózatok E: együttműködtető egység 41

Egyszerűsített modell Egyenrangúan együttműködő hálózatok egyszerűsített jelölése: H1 H2 42

Hálózatok hierarchikus összekapcsolása (a) Egy hordozó és egy távszolgáltató hálózat együttműködése (b) két hordozó hálózat együttműködése V1 FTH1 FTH1 V1 H1 FTH1 FTH1 H1 E E E E FTH2 H2 FTH2 H2 (a) (b) H1, H2: hálózatok V1: végberendezés FTH1, FTH2: forgalmi törzshálózatok E: együttműködtető egység 43

Egyszerűsített modell Hierarchikusan együttműködő hálózatok egyszerűsített jelölése, mint a réteges hálózati felépítés alapja: H1 H2 44

Elfajuló eset Hierarchikus együttműködés elfajuló távszolgáltató hálózattal V1 V1 H1 I I FTH2 H2 H1, H2: hálózatok FTH2: forgalmi törzshálózat V1: végberendezés I: illesztő egység 45

Az előadás felépítése Hálózati szolgáltatások: Infokommunikációs hálózatok: szg.-, távközlő és műsorközlő hálózatok konvergenciája QoS / megbízhatóság és kihasználtság: a felhasználói és szolgáltatói érdekek Hálózati szolgáltatás modellek Hálózatok összekapcsolása Szolgáltatás elterjedtségi görbék 46

Elterjedtség: a világ távszolg. trendjei 1. Telefon fővonal ISDN vonal (B csat.) Internet felhasználó Kábel-TV-s Internet előfiz. Mobiltelefon KábelTV előfizető ADSL előfizető 5000 4000 Millió darab 3000 2000 1000 0 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 47

Elterjedtség: a világ távszolg. trendjei 2. Telefon fővonal Mobiltelefon Internet felhasználó Millió darab 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 48 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

Ny-Eu. mobiltelefon ellátottsága vs. logisztikai görbe Ny-Eu. mobiltelefon ellátottsága Logisztikai görbe 500 400 Millió darab 300 200 100 0 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 49

Egy tipikus életgörbe 100 80 60 40 20 0 Idő 50 Elterjedtség (a maximum %-ában)

Logisztikai görbe 1. Jelölések: L(t): terjedelem az idő függvényében, : meredekségi tényező, k: maximális populáció, m: kezdeti paraméter 51

Logisztikai görbe 2. A differenciálegyenlet megoldása: k L( t) 1 m e t A kezdeti paraméter meghatározása: L(0) k 1 m 52

A Ny-Eu. mobil logisztikai görbe paraméterei = 0,7 / év, k = 520 millió, t 0 = 1991, L(0) = 0,519 millió m = 1 000 53

Mobil előfizetői elterjedtség: EU, US, Japan Mobile subscribers penetration in EU (based on mobile active subscribers) 130% 120% 110% 100% 90% 84,6% 95,0% 103,2% 111,8% 119,0% 80% 70% 60% 50% 2004 2005 2006 2007 2008 (estimation for USA and Japan) EU penetration rate USA penetration rate Japan penetration rate 54

Mobil előfizetői elterjedtség országonként Mobile penetration October 2008 55 149% 84% 87% 88% 95% 96% 98% 100% 101% 102% 103% 114% 115% 117% 119% 119% 120% 121% 121% 121% 122% 122% 126% 129% 131% 134% 137% 137% 142% 153% IT 180% 160% 140% 120% 100% 80% 60% 40% 20% 0% Japan USA FR MT LV SK SI PL BE RO ES SE HU UE IE DK UK FI NL AT EL CY DE CZ EE PT BG LU LT Data for USA and Japan comes from OECD, end 2007

Gazdaság Penetráció 1000 főre eső fővonalak száma 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0 10000 20000 30000 40000 GDP/fő (USD) Argentína Brazília Dánia Norvégia Nagy Britannia Finnország Japán Franciaország Kína Magyarország Németország Világ Olaszország Oroszország Románia Spanyolország Svédország USA 2001-ben Telítés körüli szolgáltatásra érvényes makromodell! 56