Hálózati és Szolgáltatási...

Hálózati és Szolgáltatási Architektúrákhttps://www.vik.bme.hu/kepzes/targyak/VITMM130/

Architectures of Networks and Services

Mérnök informatikus szak, MSc képzésHálózatok és szolgáltatások szakirány

Dr. Cinkler Tibor

cinkler()tmit.bme.hu

Egyetemi Docens

BME TMIT

10. alkalom

2012. április 19., csütörtök, IL.106. (IB.138), 10:15-11:45

http://opti.tmit.bme.hu/~cinkler/HSzA/2012tavasz

TMIT: Távközlési és Médiainformatikai Tanszék

182

Two different vendors

Management Plane Management Plane

Client

User/Data/Transport/Forwarding PlaneUser/Data/Transport/Forwarding Plane

Control PlaneControl Plane

Client

CC

CCCC

CC

CC

CCCC

NMI-T

NMI-C

UNI

CCI

Vertical interconnection / integration

E-NNI

IntraVendor

I-NNI

InterVendor

I-NNI

CC: Connection Controller

CCI: Connection Controller Interface

NMI: Network Managemnt Interface

NMI-C: NMI for the CP

NMI-T: NMI for the Transport Plane

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

UNI

ASON/ASTN Terminology

183

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, circuit-

packet, computer/data and voice/telecom, etc.

� Unified Control and Management!!!

184

Circuit vs Packet “Switching”?

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

E.g.: IP, OBS, OPS

� QoS problems

� For VBR traffic

� Better granularity

� Statistical multiplexing

� Fewer wavelengths needed

� Fast provisioning

� Larger transmission delays

Megannyiadszor...

Együtt a kettıt!!!

185

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)

NGN Transport

NGN Services

Eg.,Voice Telephony Services (audio, etc)

Eg,, Data Services (e.g.,WWW, e-mail, etc)

Eg., Video Services (TV, movie, etc)

User Plane

Control Plane

Management Plane

NGN Service Stratum

User Plane

Control Plane

Management Plane

NGN Transport Stratum

186

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...

187

Access: xPON (EPON, GPON) 16 slide

� PON-ok

� DOCSIS 3.0

� xDSL

� Etc. Vida Rolitol

189

� http://www.telekom.hu/szolgaltatasok/nagykereskedelem/belfoldi_vezetekes/szelessavu_hozzaferes/megvalositott_fejlesztesek_gpon

Sebesség(Mbps) Garantált¹Max² Garantált¹Max² Garantált¹Max² Garantált¹Max² Garantált¹ Max²

Up 1,25 2,5 3,75 7,5 6,25 12,5 12,5 25 20 40

Down 2,5 5 7,5 15 12,5 25 25 50 40 80

N80csomag

Átalánydíjas Nagykereskedelmi Optikai Szélessávú Hozzáférés szolgáltatás

N5 csomag

N15csomag

N25csomag

N50 csomag

190

PON: Passive Optical Network� http://infovilag.hu/hir-12681-korszakvalto-muszaki-

technologia.html� Korszakváltó mőszaki-technológia fejlesztés kezdıdik a Magyar

Telekomnál – fénysebességő adatáramlás optikai kábelen

� Infovilág, 2008-09-23 15:51 - Szerkesztı: Kulcsár László

� A Magyar Telekom ma bejelentette az új generációs hozzáférésistratégiáját, amelynek alapján a vállalat új generációs optikai éskábelhálózatok fejlesztésébe kezd, hogy a vezetékes és mobilszélessáv területén betöltött vezetı szerepét megerısítve, a jelenleginél is sokkal gyorsabb vezetékes szélessávú hozzáféréstnyújtson. 2013 végére a Magyar Telekom mintegy 780 ezerháztartást szeretne elérni «optikai kábel a fogyasztó lakásához»(FTTH ––> fiber-to-the-home) hálózattal, valamint további 380 ezer, kábelhálózattal ellátott háztartásban EuroDocsis 3.0 technológiávalfejleszti tovább hálózatát. (A cikkünkhöz mellékelt képekillusztrációk.)

191

PON Magyarországon� Max 100 Mbit/s háztartásonként

� Pl. HDTV, videóletöltés, gyors internet-hozzáférés

� 2009 végére 200 ezer G-PON és 380 ezer háztartásbanaz EuroDocsis 3.0

� UPC most

� 100 Mbit/s

� felhasználónként

Forrás: http://infovilag.hu/hir-12681-korszakvalto-muszaki-technologia.html

193

Greenfield “open” passive infrastructure for multi-operatorsForrás: Alcatel-Lucent: Building the Fibre Nation, Progress and Policies

194

N pont-pont, 1:N aktív, 1:N passzív

Central Office

Aktív elosztó pont

Central OfficePasszív elosztó pont

Forrás: Jeszenıi Péter: A GPON rendszer, 2008 November

195

Passzív optikai hálózatok áttekintés

Lefelé irány (egyszálas rendszer)- 1490 nm Felfelé irány: 1310 nmRF videó (ha használva van) 1555 nm

TDM Time Division MultiplexTDMA Time Division Multiple AccessCC Cross ConnectNB Narrow BandBB BroadbandOLT Optical Line TerminationONT Optical Network Termination

TDM

ONT2

ONT32

1:32 Optikai osztóOLT

AccessNode

NB

BB

CCVideó

HSI

E1

GbE(10 GbE)

ONT1

E1Telefon

POTS

VoIP

TDMA

Max. 20 km fizikai távolság

POTS

VoIPHSI

Videó

1:N


196

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


197

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

� Egyelıre nincsenek szabványok

� WDM eszközök egyre olcsóbbá válnak

� Több „irányzat”, megvalósított hálózatok vannak

� Nagy sávszélesség, nagy áthidalható távolság


198

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 1:N

ONU

A

ONU

C

ONU

B

A A CB

AA

CB

A A CBA

A

CB

A A

B

C


199

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

OLT 1:N

ONU

A

ONU

C

ONU

B

A

B

C

A

A AC

B

A A

B

C


200

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

OLT 1:N

ONU

A

ONU

C

ONU

B

A

B

CA

A A CB

A A

B

C


201

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)

összeolvasztottrégió

1

2

mag

bemenetek kimenetek1

2


202

Passzív optikai rendszerekre vonatkozó szabványok

Full Service AccessNetwork (FSAN)

Group

Ethernet in theFirst Mile (EFM)

Alliance

Szabvány javaslatok

Jóváhagyott szabványok

APON/BPONG.983 GPON

G.984

1988/2001

EPON802.3ah

2003

2004


203

PON rendszerek összehasonlítása

10-20 km20 km10-20 kmMax. távolság

16 (vagy több)6432Max. osztásarány

21-26 dB20-30 dB20-30 dBMax. ODN csillapítás

RF vagy IPRF vagy IP1550 nm overlay(RF)

Videó átvitel

VoIPATM, TDM, VoIPATMHang átvitel

EthernetATM, TDM, Ethernet

ATMÁtviteli mód

Szimmetrikus:1,25 Gbit/s

Konfigurálható:D/S: 2,48 Gbit/sU/S: 2,48 Mbit/s

Konfigurálható:D/S: 1,2 Gbit/sU/S: 622 Mbit/s

Max. sebesség

1518 bájt53…1518 bájt53 bájtCella / csomag méret

IEEE802.3ahITU-T G.984ITU-T G.983Szabvány

EPONGPONBPONForrás: Jeszenıi Péter: A GPON rendszer, 2008 November

204

G.984.1 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, felfeléirány 1310 nm)

� Védelem


205

FTTx megoldások

� Fiber To The x� Curb

� Cabinet

� Building

� Home

� Office

� Basement

� Premises

� Node/Neighbourhood

� FITL: Fiber In The Loop

� HFC: hybrid fibre-coaxForrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/32/FTTX.png

206

Vezetékes hozzáférés:xDSL, DOCSIS, BPL/PLC

xDSL, HFC, DOCSIS, statisztikák, BPL/PLC

� Ami órán elhangzik Vida Roli anyagából:� http://w3.tmit.bme.hu/~vida/hta/hta1.pdf: 25-35 oldal

� http://w3.tmit.bme.hu/~vida/hta/hta2.pdf: egész

� http://w3.tmit.bme.hu/~vida/hta/hta3.pdf

� http://w3.tmit.bme.hu/~vida/hta/hta5.pdf: 13-20

207

Bemutatás

Dr. Vida Rolland

egyetemi docens

BME-TMIT

[email protected]

IE325

208

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

209

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)

210

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 4.3125kHz

� 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� 25-160 kHz – upstream sáv� 200 kHz - 1.1 MHz – downstream sáv

211

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

212

ADSL architektúra

213

A szolgáltatás hatósugara

� Repeater� Regenerátor

� Visszaállítja a jelet

� Erısítı� Felerısíti a jelet

� ADSL szolgáltatás akár 16 km-ig

ServiceProvider

Regenerator

Business

Regenerator

Regenerator

Government& Education

Consumer

Deploymentw/ Repeaters

Deploymentw/o Repeaters

214

ADSL G.dmt

� ITU-T G.992.1 szabvány (1999)� http://www.itu.int/rec/recommendation.asp?type=folders&lang=e&parent=T-REC-G.992.1

� 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

215

ADSL G.dmt 2

� ITU-T G.992.3 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

216

ADSL G.dmt 2

� Automatikus átviteli sebesség adaptáció� Egy kötegben 20-25 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

217

ADSL 2+

� ITU-T G.992.5 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.

218

G.SHDSL

� Symmetric High-speed DSL� ITU-T G.991.2 (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

219

VDSL

� Very-high-data-rate digital subscriber line� ITU-T G.993.1 (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

220

VDSL2

VDSL2 = VDSL sebesség ADSL/2+ hatótávolsággal

Sávszélesség[Mbit/s]

2

8

100

VD

SL

20

60

Távolság1 km 2 km 3 km 4 km 5 km

ADSL2+SHDSL

Túl kicsi sávszél Triple–Play alkalmazásokhoz

Túl kicsi sávszél több (3) HDTV csatornához

Kifejezetten rövid hurkos alkalmazásokra

221

VDSL2

� A legújabb DSL szabvány� ITU-T G.993.2 (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

222

ADSL kompatibilitás

ADSL2+Modem

DSLAM

ADSL2+Modem ADSL2+

Modem

1. fázis:Nagy, létezıADSL/2+ bázis

ADSL2+Modem

DSLAM

ADSL2+Modem ADSL2+

Modem

2. fázis:DSLAM upgradeCPE-k változatlanok(Custumer Premises Equipment)

ADSL2+Modem

DSLAM

VDSL2Modem ADSL2+

Modem

3. fázis:Szelektív upgrade a CPE-k oldalán a választott szolgáltatástól függıen

VDSL2Modem

VDSL2 Line Card

VDSL2 Line Card

ADSL2+ Line Card

223

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

224

VDSL2 QoS

� A VDSL-ben nincs szolgáltatásminıség (QoS) támogatás� A VDSL2-ben igen� A Triple-Play támogatáshoz szükséges

� Az alkalmazásoknak különbözı követelményeik vannak

IgenIgenGaming

NemIgenHang

IgenNemVideó

Igen/Data

Csomagvesztésre (BER) érzékeny

Késleltetésre érzékenyAlkalmazás

� Hang� Késleltetés – max. 150ms end-to-end� BER – 10-5-tıl 10-2-ig, kódolótól függıen

� Videó� Késleltetés – másodpercek! a VoD-nál vagy a mősorszórásnál

� csatornaváltási késleltetés - zapping� BER – 10-7-tıl (videotelefon) virtuálisan nulláig (10-13 a HDTV-hez)

� High Definition Television

225

VDSL2 QoS� Más-más forgalomtípusok

� Hang � Kis csomagok (100-400 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

226

Piaci trendek - régiónként

Európa• Triple-Play: legalább 3 HDTV csatorna + 5Mbps Internet + VoIP

• 30Mbps downstream, 3Mbps upstream

USA, Kanada• Triple-Play : legalább 3 HDTV csatorna + 5Mbps Internet + VoIP


Kína• Triple-Play: legalább 3 HDTV csatorna + 5Mbps Internet + VoIP


Japán, Korea, Taiwan• 100Mbps downstream, 100Mbps upstream

227

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 elenyészıelterjedtségük miatt stratégiai szempontból jelentéktelenek

Kábel TV

229

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

230

Korai kábeltévé rendszer

231

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 sávszélességőfényvezetı szálakra cserélik

232

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

233

Modern kábeltévé rendszer

234

Internet a kábeltévén

235


� 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 10.000 ember nézi azt egyszerre

� Internetezésnél óriási különbség ha 10 vagy 10.000 felhasználó� Ha valaki letölt egy nagy fájlt, a többieknek nem marad sávszél

� Másfelıl a koax kábel sokkal nagyobb sávszélt biztosít mint a sodrott érpár

236


� 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 500-2000 ház egy szakaszon� További felosztás várható ahogy nı az elıfizetık száma és a forgalom

237


238

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: 88 – 108 MHz� kábeltévé-csatornák: 54 – 550 MHz

� 6 MHz széles csatornák, védısávval együtt� NTSC - National Television System Committee� Felbontás: 720 x 480, 29.97 fps

239

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

240

Spektrumkiosztás

241

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

242

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

243

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

244

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

245

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

246

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

247

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

248

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

249

Le- és feltöltés a kábelen

250

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

251

DOCSIS

� 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

DOCSIS 1.0 DOCSIS 1.1

252

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 upstreamrészen 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

Hálózati és Szolgáltatási Architektúrákhttps://www.vik.bme.hu/kepzes/targyak/VITMM130/

Architectures of Networks and Services

Mérnök informatikus szak, MSc képzésHálózatok és szolgáltatások szakirány

Dr. Cinkler Tibor

cinkler()tmit.bme.hu

Egyetemi Docens

BME TMIT

11. alkalom

2012. április 21., szombat, IB.138, 10:15-11:45

http://opti.tmit.bme.hu/~cinkler/HSzA/2012tavasz

TMIT: Távközlési és Médiainformatikai Tanszék

254

Biztonságos kommunikáció

� 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, gx mod n) hármast� Bob visszaküldi a gy mod n értéket� Mindketten kiszámolják a közös kulcsot:

� (gx mod n)y = (gxy mod n) = (gyx mod n) = (gy 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

VIZSGÁN NEM KELL INNEN A MAI ANYAG VÉGÉIG!

255

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, gx mod n) hármasát és saját (n, g, gz mod n) hármasát küldi tovább Bobnak� Elfogja Bob gy mod n válaszát és a saját gz mod n választát küldi tovább Aliznak� Megegyezik Alizzal a (gxz mod n) és Bobbal a (gyz 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

256

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

257

Szélessávú elıfizetık

Total broadband subscribers, by country, millions, June 2007

0 10 20 30 40 50 60 70

United StatesJapan

GermanyKorea

United KingdomFrance

ItalyCanada

SpainNetherlands

MexicoAustralia

TurkeyPoland

Sw edenBelgium

Sw itzerlandDenmarkPortugalAustriaFinland

Norw ayCzech Republic

HungaryGreece

New ZealandIrelandSlovak

LuxembourgIceland

258


259

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

260

100 fıre jutó elıfizetések

261


262

Új szélessávú elıfizetık

0

2

4

6

8

10

12

14

1Q 20022Q 20023Q 20024Q 20021Q 20032Q 20033Q 20034Q 20031Q 20042Q 20043Q 20044Q 20041Q 20052Q 20053Q 20054Q 2005

OECD Broadband subscriber net additions per quarter, millions

Source : OECD

263

Növekedés 2006-2007-ben

0

1

2

3

4

5

6

7

Irelan

dG

erm

any

Sweden

Austra

liaNor

wayDen

mark

Luxe

mbo

urg

Franc

e

New Z

eala

ndNet

herla

nds

Belgiu

mSwitz

erla

nd

Unite

d Kin

gdom

Gre

ece

Unite

d Sta

tes

Finlan

dSpa

inKor

eaIc

eland

Canad

aAus

tria

Czech

Rep

ublic

Slova

k Rep

ublic

Italy

Polan

dJa

pan

Turke

yPor

tuga

lHun

gary

Mex

ico

OECD Broadband penetration (per 100 inhabitants) net increase Q2 2006-Q2 2007, by country

OECD net increase

Source : OECD

264

Növekedés az utóbbi 6 évben

0

5

10

15

20

25

30

35

2001 2002-Q2 2002 2003-Q2 2003 2004-Q2 2004 2005-Q2 2005 2006-Q2 2006 2007-Q2

Denmark

Netherlands

Switzerland

Korea

Norway

Broadband penetration, historic, top five OECD countries for June 2007

Source : OECD

265

Növekedés 2008-ban

266

100 fıre jutó DSL vonal

267

Szélessávú letöltési sebességek

268

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, e-mail) 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

269

Szélessáv vs. népsőrőség

0

5

10

15

20

25

30

35

Denm

ark

Nethe

rland

sSwitz

erla

ndKor

eaNor

wayIc

eland

Finlan

dSwed

enCan

ada

Belgiu

m

Unite

d Kin

gdom

Austra

liaFra

nce

Luxe

mbo

urg

Japa

nG

erm

any

Unite

d Sta

tes

Austri

aSpa

in

New Z

eala

nd Italy

Irelan

dPor

tuga

l

Czech

Rep

ublic

Hunga

ryPol

and

Gre

ece

Slova

k Rep

ublic

Turke

yM

exico

0

100

200

300

400

500

600

Broadband penetration (subscribers per 100 inhabitants, June 2007)

Population density (inhab/km2, 2006)

Simple correlation = 0.24

Broadband penetration, June 2007 Population density, 2006

OECD broadband penetration and population densities

Source : OECD

270

A keskenysáv fokozatosan visszaszorul

271

A keskenysáv fokozatosan visszaszorul

272

IKT eszözzel rendelkezı háztartások aránya Magyarországon (KSH – 2007)

273

DSL és Kábel Magyarországon

� Magyarországon 2002-ben 32000 ADSL, illetve 31000 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 200.000 elıfizetı� 2005 áprilisában 276.000 elıfizetı� 2006 szeptemberében ~500.000 elıfizetı� 2009 január – 800.000 elıfizetı

� 2008 december – 751.000 kábelnetes elıfizetı

275

Mbit/s ára (2007)

Hálózati és Szolgáltatási...

Documents

Transcript of Hálózati és Szolgáltatási...