Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Villamosmérnöki és Informatikai Kar Mérnök informatikus szak, mesterképzés – Hírközlő rendszerek biztonsága szakirány Villamosmérnöki szak, mesterképzés - Újgenerációs hálózatok szakirány
BMEVIHIM134 Hálózati architektúrák
1. Bevezetés NGN motivációk, hajtóerők, trendek Jakab Tivadar BME Hálózati rendszerek és szolgáltatások tanszék
NGN MOTIVÁCIÓK, HAJTÓERŐK
PSTN -Tipikus jellegzetességek Szolgáltatások A szolgáltatás-fejlesztés folyamata összetett és hosszadalmas a szolgáltatásmenedzsment nehézkes volt a bonyolult szoftverek miatt.
Jelzésrendszer Jelentősen különböző jelzések a beszéd- és adatszolgáltatások körében.
Gyártóspecifikus vonatkozások Csak a gyártók vagy a gyártókkal szorosan együttműködő, speciális környezet által támogatott szakemberek voltak képesek a szolgáltatás-fejlesztésre.
Együttműködési képességek Bonyolult és nehézkes – a platformok, az alkalmazott programnyelvek és a környezetek jelentős különbségei miatt.
2015.04.21.
3
A hagyományos távközlési iparág leépülése •
•
Szolgáltatók – milliárdos veszteségek – VoIP alapú szolgáltatók előretörése a távolsági hívások piacán – Az üzleti előfizetők távolsági hívásai a WAN-ok fölé mozognak át – A vezetéknélküli megoldások fokozatos elfoglalják a lakáselőfizetők távolsági hívásainak piacát – A távolsági hívások piaci mozgásait követik a helyi hívások – A Windows XP gyakorlatilag egy SIP telefon minden PC-n Gyártók – milliárdos veszteségek – Az új, ismeretlen gyártók IP PBX és IP telefon gyártmányaikkal jelentősen csökkentik az ismert gyártók piaci részesedését.
2015.04.21.
4
Az üzleti környezet változásai • Globalizációs hatás – Az Internet kereskedelmi vonatkozásai (e-Commerce) – Világméretű információs társadalom (e-Gov, VPN, hálózati konvergenciák) – Határok nélküli távközlési piac • IT hálózatok és technológiák – IP forgalmi prognózisok, nagy kapacitások és skálázhatóság, QoS, QoP • Felhasználói elvárások – Egységesen jó minőség, mobilitás, biztonság, folyamatos kapcsolat, multimedia, egyszerű megoldások, arányos költségek • Szabályozás – Deregulációs trend
2015.04.21.
5
Általános üzleti trendek
Felhasználó
Profit
• A szolgáltató hasznának megoszlása • A haszon 85%-a a felhasználók 5%-nak nyújtott szolgáltatásokból származik
2015.04.21.
• Az egyre élesedő verseny jelentősen csökkentette a beszédszolgáltatások jövedelmezőségét
6
Általános piaci trendek (1)
2015.04.21.
7
Általános piaci trendek (2)
2015.04.21.
8
Piaci előrejelzés
2015.04.21.
9
Forgalmi előrejelzés: IP vs POTS Best Effort Data
Value Data
Voice Traffic 1999
2000
2001 2002 2003
Általánosan elfogadott megállapítások: • Az adatforgalom mennyisége jelentősen meghaladja a beszédforgalomét • Az adatforgalom évi növekedési üteme ~100% a beszédé ~10%
2004 2005 2006
Merryll Lynch, The Strategy Group, IDC, Vertical, Data Comm, DRW and IDATE
2015.04.21.
10
Forgalmi arányok alakulása
2015.04.21.
11
Konvergenciák Üzleti, hálózati és platform Üzleti
•
Dinamikusan változó piaci, technológiai és szabályozási viszonyok • A jövedelmezőség növelésének eszközei – Bővíteni a piacot – Csökkenteni a fluktuációt – Javítani a gazdaságosságot – Stratégiai szövetség • Szolgáltatások – Egységes üzenetek (Unified Messaging) – Global Call Center Hálózati • Magán- és nyilvános hálózatok • Vezetékes és vezetéknélküli hálózatok Platform • Áramkör- és csomagkapcsolt
nyilvános
2015.04.21.
konvergált hálózat
12
Konvergáló hálózatok
Vertikális integrálódás
Horizontális integrálódás
Alkalmazások
Lakás
2015.04.21.
Transzport Adat
PABX
Kapcsolás és útvonalválasztás Kábel
GSM mobil
Adat
PSTN
Middleware
Üzleti
Hozzáférés
Lakás
Üzleti
13
Mik a hálózati konvergencia hajtóerői? •
A beruházási és műszaki támogatási-üzemeltetési költségek csökkentése
•
Összetett, nagy integráltságú alkalmazások megjelenése és az ezekhez kapcsolódó új igények
•
Nagyobb hálózati rugalmasság, funkciógazdagság
•
Új szabványok, ajánlások
2015.04.21.
14
Műszaki hajtóerők •
A beszéd- és az adatszolgáltatásokra épülő piacok konvergenciája
•
Újabb szolgáltatások – Video, beszéd és adat integrálására alapozott egységes üzenetkezelés – IP Centrex, IP Soft-PBX, Call Center – E-Business
•
Egységes IP platform különböző transzportok felett (PSTN, ATM, Frame, vezetéknélküli, optikai)
•
2015.04.21.
IP mindenhol (desktop, hozzáférés, gerinc)
15
Piaci hajtóerők • A távközlési és informatikai piacok versenye – dereguláció – unbundling – cégegyesülések/felvásárlások • Konvergencia – Alacsonyabb üzemeltetési és adminisztrációs költségek – Szolgáltatások egy integrált beszéd-adat, fix-mobil hálózati infrastruktúra felett
2015.04.21.
16
Miért változtassunk? • Mi szükséges egy sokféle szolgáltatást nyújtó, különböző üzleti lehetőségeket biztosító alkalmazásokat támogató hálózati platformhoz? • Milyen a technológiák érettsége, a mobil és vezetékes infrastruktúra aktuális állapota alapján a kép ebből a szempontból? • Milyen tanulságos különbségek fedezhetők fel a vezetékes és mobil alapú üzleti alapmodellekben?
2015.04.21.
17
Miért változtassunk? • • • •
Mit tudunk/akarunk eladni? Milyen módon adjuk el? Hogyan juttassuk el a felhasználóhoz? Hogyan szedjük be a pénzt?
2015.04.21.
18
Miért változtassunk? •
• •
•
Mit tudunk/akarunk eladni? – hálózati kapacitás – ügyfelek – tartalmak (alkalmazások is) • videó (konzerv: pl. film, friss: esemény, pl. sport) • zene • más: pl. közlekedési információk – logisztika (pl. számlázás) Milyen módon adjuk el? – rugalmasan kontrollálható jogosultságok (DRM) Hogyan juttassuk el a felhasználóhoz? – sávszélesség, QoS – Közvetítő tevékenység (bróker, „pillangó-modell”) Hogyan szedjük be a pénzt? – Rugalmasan paraméterezhető tarifa (számlázási rendszer: mérni, beárazni, kiküldeni, beszedni) – Közvetítői modellben új problémák (ki hitelez, ki vállal árgaranciát)
2015.04.21.
19
Trendek alkalmazások, szolgáltatások, technológiák, piac
Trendek • Web 2.0 Summit 2010: Mary Meeker (Morgan Stanley), "Internet Trends" –
http://www.youtube.com/watch?v=7yL9yrttESI&playnext=1&list=PL2737D508F656CCF8
–
http://assets.en.oreilly.com/1/event/39/Internet%20Trends%20Presentation.pdf
• Web 2.0 Summit 2010: Mark Zuckerberg (Facebook), "A Conversation with Mark Zuckerberg" –
http://www.youtube.com/watch?v=Czw-dtTP6oU
• Web 2.0 Summit 2010: Toni Schneider (Automattic), "Point of Control: You"
2015.04.21.
–
http://www.youtube.com/watch?v=15TP8QvtG9M
–
http://assets.en.oreilly.com/1/event/39/Point%20of%20Control_%20You%20Presentation.ppt
21
2015.04.21.
22
2015.04.21.
23
2015.04.21.
24
2015.04.21.
25
2015.04.21.
26
2015.04.21.
27
2015.04.21.
28
2015.04.21.
29
2015.04.21.
30
2015.04.21.
31
2015.04.21.
32
2015.04.21.
33
The Web Is Dead. Long Live the Internet By Chris Anderson and Michael Wolff August 17, 2010 | 9:00 am | Wired September 2010 2015.04.21.
34
http://www.economist.com/news/economic-indicators/21567367-internet-traffic
2015.04.21.
35
http://www.nextnature.net/2012/03/internet-traffic-is-now-51-non-human/
2015.04.21.
36
Alkalmazás-trendek • Kerry Bailey, chief marketing officer, Verizon Business – Enterprise Social Networking – Aiming for the ‘Clouds’ – 360º Security – Mobilizing the Workforce: From Telework to Telepresence – Borderless Business – High IQ Networks Fueling a Smart Economy – The Focus Will Be on Green – Seeing is Believing – More Wireless Apps, Especially Machine to Machine – 20/20 Vision 2015.04.21.
37
Alkalmazás-trendek •
Top 10 Internet Trends and Predictions for 2011 - Tips from your Green Web Hosting provider
– – – – – – –
2015.04.21.
Local Social media (Foursquare or Tripit) Mobile - the Next Frontier for Brand Engagement mCommerce Blogging, Content Publishing and Distribution iPhone Apps Real Time Video Search
38
Trendek – rövid távon •
•
•
Felhasználói oldal – mobil Internet gyors felfutása – alkalmazások – végkészülék platformja Hálózati szegmensek – otthoni: technológiai sokszínűség – hozzáférési: sávszélesség, mobilitás – aggregációs: sávszélesség – nagyvárosi : sávszélesség – gerinc: BE és minőségi IP forgalmak szétválasztása Általános – PSTN és SDH életciklus vége – növekvő komplexitás -> menedzselhetőség – üzemeltetési költségek ->„zöld” szempontok (energiahatékonyság) – e2e QoS? – IPv6
2015.04.21.
39
Trendek Forgalmak, végkészülékek, előfizetők
Forgalmak, végkészülékek, előfizetők • Cisco előrejelzés (Cisco Visual Networking Index: Global Mobile Data Traffic Forecast Update, 2010–2015 , February 1, 2011) – 2010-ben a mobil forgalom növekedése 2.6-szeres volt és a következő három évben megtriplázódik – a 2010-es mobil adatforgalom háromszorosa volt a 2000-es teljes Internetforgalomnak – 2011-ben a mobil video forgalom a mobil adatforgalom fele volt (2010: 49.8% 2011: 52.8%) – a mobil adat felhasználók 1%-a a forgalom több mint 20%-át 10%-a mintegy 60%-át generálta (vezetékes adatfelhasználókhoz hasonló arányok) – Előrejlezések 2015-re • 26-szoros növekedés 2010-15 között • 2015-ben 7.1 milliárd mobil csatlakoztatású ezsköz (népesség 7.2 milliárd) • 2015-re a mobil adatforgalom kétharmada video lesz • A mobil csatlakoztatású tabletek által generált össz adatforgalom 2015-ben annyi lesz, mint a mobil össz adatforgalom 2010-ben
2015.04.21.
41
A mobil adatforgalom növekedése
CAGR: compound annual growth rate (összesített éves növekedés ütem) 2015.04.21.
42
Mobil alkalmazások forgalmi arány
2015.04.21.
43
Mobil végkészülékek
2015.04.21.
44
Eszközök fejlődése: forgalomtöbbszörözés
2015.04.21.
45
Végkészülékek generált forgalma
2015.04.21.
46
Mobil Internet: helyettesítő szolgáltatás
Tipikus okok: fix és mobil hasonló tarifák, vagy hiányzó vezetékes hozzáférési infrastruktúra (a csak mobilon csatlakozó felhasználók növekedése 25-szörös lesz 2010-15 között 2015.04.21.
47
Mobil Internet: Internet of Things
2015.04.21.
48
Elterjedtség (az elektromos hálózat határain túl)
Sárga: a mobil előfizetők száma meghaladja a elektromos hálózattal elért lakosság számát
2015.04.21.
49
Trendek a hálózat
A hálózat • NGN definíciók • Az Internet architktúrája • Az NGN architektúra meghatározó jellemzői
2015.04.21.
51
Újgenerációs hálózatok - definíció
• Next Generation Networks • A nyilvános távbeszélő hálózat (PSTN) és a nyilvános adathálózat (PSDN) összenövéséből kialakuló sokszolgáltatású hálózatot értik rajta
2015.04.21.
52
Újgenerációs hálózatok - szolgáltatások
• Minden szolgáltatást támogató hálózat a szolgáltatók és a felhasználók számára is (teljes szolgáltatású hálózat ): – távbeszélő és más hagyományos szolgáltatások (beleértve az Internet-hozzáférést is) – adatszolgáltatások (beleértve a nagysebességű Internethozzáférést és annak alkalmazásait is) – videoszolgáltatások (streaming és igény szerinti videoszolgáltatás – Videon on Demand, VoD) – digitális televízió műsorszétosztás, multimédia
2015.04.21.
53
Újgenerációs hálózatok - szolgáltatások
• ... (teljes szolgáltatású hálózat ): – mobilitás, vándorlás, együttműködés a hagyományos szolgáltatásokkal – emberi és gépi felhasználók számára
2015.04.21.
54
Újgenerációs hálózatok - jellemzők
• Általános hálózati és műszaki jellemzők: – csomag alapú transzport (IP, MPLS, ATM, Ethernet) – intelligens hálózatok és szolgáltatások – IP réteg dominanciája a menedzselésben – Elosztott, transzport-, hálózatelem-, session- és szolgáltatásfüggetlen vezérlés – Jól definiált (szabványos) IP-barát protokollok
2015.04.21.
55
A mai Internet architektúrája Search Engine 2
Search Engine 1 R1
Content Server 1
KKV-k EU-s kutatási programokban 2015.04.21.
R3
R2
R5
1 A tartalmak felderítése a keresőmotorok által 2 A tartalom felderítése a felhasználók által 3 A kiválasztott tartalom letöltése
R4
User A Content Server 2
User B
Dr. Szabó Csaba Attila, Híradástechnikai Tanszék Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
56
NTT NGN koncepció -RENA Resonant Communication Network Architecture (NTT koncepció) tűzfal
azonosítás
titkosítás IPSec
Biztonság Resonant Communication Network Felhasználó Hozzáférési hálózat
Szolgáltatás/hálózat vezérlési platform
Gerinchálózat
Home GW GE-PON B-PON nagysebességű, nagy FWA kapacitású, QoS CWDM IPv6 OXC MPLS GMPLS Diffserv 2015.04.21.
végponttól végpontig ENUM
SIP
DNS Discovery
Mobile IP Presence
57
Szabványosítási területek GW: gateway IF: interface PF: platform
Tartalom Intelligens otthon Közösségi együttműködés terjesztése alkalmazások
Kereső gép
Web
Hálózatok közötti IF Másik hálózat
Vezérlési protokoll a többrétegű átvitelhez
Hálózati szoftverarchitektúra Funkcionális architektúra hálózati szoftverfunkciók rugalmas implementálásához Inter-OSS IF belső és külső OSS-ek közötti együttműködés támogatására
Hálózat-PF IF Szolgáltatás/hálózat vezérlési platform
Hálózat-PF együttműködés biztonsági okokból (SIP, MIDCOM) Hálózat-PF együttműködés QoS (SIP) biztosítására
Terminal-PF IF
Gerinchálózat Home GW
Hálózati végződések közti IF
QoS biztosítása (RTCP) Távvezérelt szolgáltatások 2015.04.21.
Home GW
Csomópontok közti IF
Biztonság többszörös SIP esetén (SIP) Végpont-végpont biztonság/QoS Véberendezések távoli Hozzáférési hálózati IF karbantartása Optikai hozzáférés IF (BPON, GE-PON) (ITU-T G983, IEEE802.3ahEFM)
Vezérlési protokoll a a többrétegű átvitelhez (GMPLS alapú)
58
Home Gateway • A Home GW funkciók az NGN részét képezik és egy önálló hálózatelemben vagy egy szélessávú routerben, PC, vagy háztartási készülékben vannak implementálva. • Home GW firmware letölthető a szolgáltatótól. • A megfelelő versenyfeltételek biztosítása érdekében a home GW körüli interfészeket megfelelően szabványosítani kell.
Home GW firmware Felhasználói hálózat
Session Remote Authentication control control
Remote maintenance center Service/network control platform
Home GW
2015.04.21.
RENA-based network
59
Optikai hálózat • Többször tíz Tbit/s-os átvitel szükséges az NGN-ben. • Új gerinchálózati arcgitektúrát kell kialakítani és szabványosíani. • Egy lehetsége megoldás a többrétegű tranzitálás (NTT “multilayer pass-through network architecture”)
Multilayer pass-through network architecture - GMPLS alapú - Maximálisan kihasznált L1 szintű tranzitálás
IP network
ISP
Ether network
Ether network
ATM network
ATM network Control protocol Optical/TDM network OIX
Optical/TDM network
Wavelength Edge node
2015.04.21.
GMPLS
Core node
GMPLS Core node
GMPLS
Edge node 60
Future Internet: egy lényeges vonatkozás tartalom-felderítés és kézbesítés • Dinamikus cache-elés (dynamic cashing) • Tartalom-azonosítás (content indentification) • A hálózati topológiáról és forgalmi viszonyokról szóló ismeretek felhasználása • Tartalomcentrikus szállítás • Dinamikus tartalom-adaptáció
KKV-k EU-s kutatási programokban 2015.04.21.
Dr. Szabó Csaba Attila, Híradástechnikai Tanszék Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
61
A Future Media Internet architektúrája
KKV-k EU-s kutatási programokban 2015.04.21.
Dr. Szabó Csaba Attila, Híradástechnikai Tanszék Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
62
NGN architektúra - alapelvek • • • • •
egységes gerinchálózat, Három gerinc réteg: transzport, vezérlés és szolgáltatás, csomag alapú transzport, nyílt, szabványos IF-ek a rétegek között, sokféle szolgáltatás és alkalmazás támogatása
szolgáltatási sík (hál. szolg. és harmadik oldal) Nyílt, szabványos interfészek vezérlési sík
NGN tartomány
Nyílt, szabványos interfészek
gerinchálózat
transzport sík (csomagalapú)
kapcsolódik az NGN-hez
2015.04.21.
különböző hozzáférés
végberendezések
63
Hálózati szoftver Nyílt API a hálózati szoftverek számára új szolgáltatások hatékony fejlesztése harmadik oldal alkalamzásainak felhasználása ruglamas üzleti megközelítések
A hálózati szoftver architektúrája rugalams platform-funkciók gyártó-független rendszer
Alkalmazások Általános alkalmazások
Szolgáltató alkalmazásai
Harmadik oldal alkalmazásai
API Hálózati szoftverplatform 2015.04.21.
64
NGN hálózati kép PSTN
(áramkörkapcsolt)
NGN alkalmazások
Unified Messaging
E-Business
Nyílt API-k Hálózati szolgáltatások
AAA
Policy
Security
Mobility
GSM
Tartalomszolgáltatók Tartalom-t szolgáltatók
Session
Internet
IP Network ATM
2G hozzáférés
Optikai technológiák (WDM, DWDM)
ATM Vezetékesen csatlakozó felhasználók
3G UTRAN
FTTx WLL
xDSL Corporate Intranet
IP Phone, Web Phone
Mobil
2015.04.21.
Lakás /családi
IP Based PBX
Üzleti
65
NGN architektúra ITU-T szerint
NGN fő jellemzői: Csomagalapú hálózat Szolgáltatási és transzport réteg egymástól független QoS képes átvitel Több féle szélessávú elérés Mobilitás támogatott
UNI User Network Interface; 2015.04.21.
NNI Network Network Interface;
ANI Application Network Interface 66
66
NGN hálózatok felépítése ITU-T példa Application
Service stratum
NW defense
Service/ Network Control Platform
QoS/Traffic Control
Access Independent (Core Transport) Network
Transport stratum
Community Collaboration Multi-point video-conference
HGW management
SIP
Presence
Certification Authority
Single Sign-On Server
Home Accounting Agent
RADIUS
Core Node
NNI
Multi-layer Service Edge
PSTN GW
GW
HE
Other Network
Service Node
MSC
Distribution Function
DSLAM
V-OLT
OLT
WDM
RMC BS ADSL modem
User Network
Commerce
Visual System
RAN GW
Access Dependent Network
Contents
Business User
V-ONU
ONU
Wireline Access
MC
MC
MC
MC
ONU
HE: Head end MSC: Mobile Switching Center RMC: Radio Media Converter BS: Base Station DSLAM: Digital Subscriber Access Module OLT: Optical Line Terminal ONU: Optical Network Unit MC: Media Converter
UNI
Ubiquitous Network
HGW
Mass User
2015.04.21.
67
2015.04.21.
68
TRENDEK 2015
2015.04.21.
69
Forgalmi komponensek
Forrás: Cisco
2015.04.21.
70
Forgalmi komponensek
2015.04.21.
71
