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
3. Az újgenerációs hálózati (NGN) koncepció: Követelmények – hozzáférési technológiák I. DSL Jakab Tivadar BME Híradástechnikai tanszék 2015
Meghatározó tématerületek • • • • • • • • • • • • • •
Végberendezések (TE, CPE, Home Gateway) Hozzáférési hálózatok, követelmények, (vezetékes) megoldások (DSL, DOCSIS, PON) Aggregációs hálózatok (ng SDH, szolgáltatói Ethernet) Gerinchálózat (IP/MPLS, WDM) Menedzsment (hálózat, szolgáltatás, felhasználó, TMN, ng OSS, eTOM, számlázás) Üzemeltetés: mérések és monitorozás, TE Szolgáltatásminőség: QoS, QoP Mobilitás (3G, mobil WiMax, LTE) Helyalapú szolgáltatások, helymeghatározás (kültéri, beltéri) Biztonság, DRM Vezérlés: VoIP megvalósítás, PSTN együttműködés 2-play, 3-play szolgáltatások (beszéd, adat, video), IP-TV Szolgáltatási platformok (SDP: IMS) Alkalmazás-fejlesztés: API-k, komplex szoftvereszközök
2015.04.21.
2
Végberendezések • Előfizetői készülékek: – intelligencia, kezelhetőség (MMI), grafikus képességek, hordozhatóság, használhatóság • Hálózati végződés – különböző szolgáltatások/alkalmazások szétválasztása (végkészülék szerint) • Home Gateway – új komplex funkció
2015.04.21.
3
Előfizetői hálózatok
• Az NGN alapú szolgáltatások célba juttatásának alapfeltétele a nagysebességű/szélessávú hozzáférés • Skálázhatósági vonatkozások – Távolság – biztosítható sávszélesség – Növekvő felhasználószám (bővíthetőség mind a végpontok, mind a kapacitások szempontjából) – Rugalmas platform (különböző paraméterű – US/DS sávszélesség - szolgáltatások azonos technológiai platformon), pl. lakás- és KKV előfizetők kiszolgálása azonos technológiai platformon
2015.04.21.
4
Szélessávú hozzáférés mindenkinek Hálózati kapacitás
Mbps
kbps
Hozzáférési sebesség
Number of Transistors in Intel's Latest Computer Chip
100 000
10 000 000
Processzor teljesítmény
100 000 000
1,200,000 Mbps 1 000 000
28,000,000 10 000 10 000 000
100 000 1 000
10 000
512 kbps 2,400 Mbps
1 000
7,500,000 5,500,000 3,100,000 1,200,000
1 000 000
100
56 kbps
155 Mbps
100
100 000
19.2 kbps
10
134,000
10 1
2 Mbps
1980
1985
1990
1
1995
2000
Optikai kapacitás 9 havonta megduplázódik Hatalmas sebesség-növekedés az átvitelben
2015.04.21.
2.4 kbps
1980
1985
10 000
1990
A szűk Keresztmetszet
1995
2000
1980
1985
1990
1995
2000
"Moore's Law" 18 havonta megduplázódik Hatalmas növekedés az információ-előállítási és Feldolgozási sebességben
5
Trendek • Dinamikusan növekvő igény az Internet alapú szolgáltatások iránt • PC mellett TV alapú végberendezések • QoS problémák megoldása új szolgáltatások megjelenését, dinamikus felfutását eredményezi, (VoIP, VOD) • Sokféle hozzáférési technológia együttélése • Mobilitás felértékelődése (tipikus: beszéd-mobil, nagysebességű – fix, új mobil szélessáv) • Mobil multimédia • Biztonsági kérdések előtérbe kerülése
2015.04.21.
6
Általános elvárások •
Végfelhasználó – QoS – szolgáltatás és hálózati teljesítmény összhangja – a hozzáférési (és aggregációs) hálózati megoldások fejlesztésének meghatározó követelménye – rendelkezésre állás (a meglévő szolgáltatásokkal – PSTN beszéd, földfelszíni/műholdas/kábeles műsorszétosztás folyó verseny szempontjából meghatározó, az üzleti szolgáltatásokhoz elengedhetetlen – business continuity) – egyszerű használhatóság (karbantartás, skálázhatóság, migráció) – mobilitás – szolgáltatások igénybevétele különböző helyekről és mozgás közben, a hálózat legyen képes felismerni és behatárolni a végberendezést, ne kelljen a végberendezést átkonfigurálni vagy újraindítani (reboot) a helyváltoztatás miatt – transzparencia – hálózati technológiától független szolgáltatások (a hálózati működés részleteinek elrejtése a kliensek és a felhasználó elől) – költség, gazdaságosság, tarifák
2015.04.21.
7
Általános elvárások • Szolgáltató – gazdaságos költségszerkezet – skálázhatóság (szolgáltatások fokozatos bevezetése és kiterjesztése) – menedzselhetőség – szolgáltatások megbízhatósága és rendelkezésre állása – meglévő hálózati infrastruktúra hatékony hasznosítása – megfelelő topológiák (pont-pont <> broadcast) – szabványos megoldások
2015.04.21.
8
Problémák és lehetőségek I. • jelentős beruházásigény, • időben elnyúló evolúciós jellegű fejlesztési folyamat • növekvő igény az Internet-alapú szolgáltatások iránt, nagyobb sávszélesség-igény • DSL és kábelmodem alapú fejlesztések • PC mellett (olcsóbb, egyszerűbb) TV végberendezés, redukált szolgáltatások (web browsing, e-mail, e-commerce)
2015.04.21.
9
Problémák és lehetőségek II. • •
• •
hosszú távú technológiai sokszínűség (illesztések, együttműködések) a fejlett mobil és vezetéknélküli technológiák egyre hatékonyabbak az adatforgalom kiszolgálásában, de a véges frekvencia-spektrumból következően a vezetékes megoldások jelentősen nagyobb sávszélességeket ígérnek (a nagyobb sávszélesség + a mobilitás extra) a vezetéknélküli megoldások kiegészítő szerepet tölthetnek be, és az újonnan piacra lépő szereplők számára lehetnek vonzóak (új előfizetők gyors csatlakoztatása) új szabályozási vonatkozások (pl. unbundling in local loop)
2015.04.21.
10
Szélessávú hálózat (Broadband Forum, 2009)
2015.04.21.
11
DSL hozzáférések áttekintése
2015.04.21.
12
Hozzáférési architektúrák • Többfajta architekturális megoldás – rézalapú • érpár (telefonhálózat) • koax (kábeltévé) – vezeték nélküli • mobil (3G, 4G, …) • BWA – optika – hibrid • optika és réz • optika és BWA 2015.04.21.
13
Alkalmazások sávszélesség-igénye
2015.04.21.
14
USA háztartások sávszélesség-igénye (2008-as előrejelzés)
2015.04.21.
15
Különböző hozzáférési technológiák potenciális spektrális tartományai
FTTH Architecture White paper Series: Broadband Access Technologies Overview, TE Connectivity Ltd., 2014
2015.04.21.
16
Nagysebességű adatszolgáltatás réz érpáron xDSL
Egy meghatározó technológia - xDSL •
a meglévő réz infrastruktúrán vagy optikai (szétosztással kombinálva) különböző változatai alkalmazhatók: ADSL, RADSL, VHDSL, HDSL, SDSL
Tech.
Üzem-mód
Sávszélesség
Max. távolság
Alkalmazás
ADSL/RA DSL
asszimetrikus
D: 1.5-9Mbps U: 16-640kbps
1800m (1200m: D>1.5Mbps)
Internet, intranet, LAN hozzáférés, interaktív MM, hagyományos távbesz.
HDSL
duplex
T1: 1.544Mbps-ig E1: 2.048Mbps-ig
1500m
T1/E1 trönk helyett PBX csatlakozás
SDSL
duplex
T1: 1.544Mbps-ig E1: 2.048Mbps-ig
1000m
u.a. mint HDSL + szimmetrikus szolg. pl. videokonferencia
VDSL
asszimetrikus
D: 13-52Mbps U: 1.5-2.3Mbps
450-1000m
u.a. mint ADSL + HDTV
2015.04.21.
18
Egy meghatározó technológia - xDSL •
•
•
Előnyök – új jelfeldolgozásai technikák az előfizetői hurok minél hatékonyabb kihasználására – sodrott érpáron adat és beszéd – távtáplálás Hátrányok – együttműködési problémák a különböző gyártók eszközei között – a rézhálózat minősége jelentősen befolyásolja a szolgáltatást (pl. áthallás) Költségviszonyok – a modem és DSLAM árak fokozatosan csökkenek – KKV és lakossági előfizetők számára, flat tarifa
2015.04.21.
19
ADSL alapú nagysebességű Internet hozzáférés
2015.04.21.
20
ADSL alapú üzleti modellek • szolgáltatási jellemzők – US/DS asszimetrikus – azonos technológiai platformon számos szolgáltatás különböző US/DS változat • szolgáltatók szerepe – Ki birtokolja a PSTN előfizetői hurkot? (NAP) – Ki az ISP? (NSP)
2015.04.21.
21
Hagyományos csillag topológiájú hozzáférési hálózat kialakítása Elosztó oszlop
MDF Helyi központ épülete
Elõfizetõi Customer's lakrész residence
(Utcai kapcsoló szekrény) Más kábel
Other conduit nyomvonal routes
Feeder Feeder Vezetékek cables Wires kábelek ato központhoz exchange
Other Más kapcsoló cabinets (FDI) szekrény (FDI)
Streetway Utcai conduit alépítmény
2015.04.21.
Elosztó Distribution kábelek Cables
Pillér Pillar
Másdistribution elosztópontok Other (SDI) points (SDI)
22
Hagyományos csillag topológiájú hozzáférési hálózat szerkezete
MDF
trönkhálózat felé
Feeder szakasz
Helyi Local Központ Exchange FDI Elosztó Distribution szakasz plant
SDI
Előfizető
MDF: Main Distribution Frame, fõ rendezõ FDI: Feeder Distribution Interface, 1. elosztó pont SDI: Subscriber Distribution Interface, 2. elosztó pont
2015.04.21.
23
Hálózatelemek
2015.04.21.
24
ADSL alapú nagysebességű elérési szolgáltatás általános sémája
felhasználó
NAP NSP
ATU-R
CPE
access network
core network BRAS DSLAM
ATU-R - remote ADSL termination unit CPE - customer premises equipment DSLAM - digital subscriber line multiplex BRAS – broadband remotee accesss server NAP - network access provider NSP - network service provider 2015.04.21.
25
ADSL hozzáférés logikai szerkezete (ATM uplink)
2015.04.21.
26
ADSL spektrum EC-ADSL •az upstream és a downstrems spektrum átfedésben van, •visszhang-elnyomás (EC - Echo Cancellation) szükséges a szétválasztáshoz
FDD-ADSL •az upstream és a downstrems spektrum szeparált
2015.04.21.
27
ADSL/ADSL2/ADSL2+ spektrum
2015.04.21.
28
Jeltovábbítás • CAP (Cellular Array Processor) – egy csatorna – sávszélesség szabályozása magasabb szinten, pl. ATM (üzleti modell szerinti szolgáltatási csomagok) • DMT (Discrete Multitone) – 64 kbps csatornák (4kHz sávok) – fizikai szinten lehet az up/down sávszélességeket szabályozni, pl. 384 kbps= 6x64kbps (áthallási okokból nem a szomszédos csatornákat használják)
2015.04.21.
29
ADSL2
•jobb teljesítőképesség: bitsebesség x távolság •alacsonyabb jelszintek •adaptív jelsebesség (SRA – Seamless Rate Adaptation) a modulációs és keretezési réteg (funkció) szétválasztására alapozottan 2015.04.21.
30
ADSL2 • összekapcsolt (egyesített) jelsebesség •több érpár felhasználása •ATM inverz multiplexing-elv •azonos technológia, jobban skálázható üzleti modellek • jobb együttműködőképesség •tisztán digitális üzemmód
2015.04.21.
31
ADSL2 (POTS, 0.4 mm, 24 DSL lines)
2015.04.21.
32
ADSL2
2015.04.21.
33
ADSL2+
• kétszeres sávszélesség a downstreamnek •megduplázott downstream sebesség (kisebb távolságokon)
2015.04.21.
34
ADSL2+ (POTS, 0.4 mm, ETSI előírás szerinti zajjal) Downstream
2015.04.21.
Upstream
35
DMT
VDSL2: The next important broadband technology, Ericsson Review No1, 2006
2015.04.21.
36
Csillapítás a DTM spektrumban
2015.04.21.
37
VDSL1 és VDSL2 spektrum
2015.04.21.
38
VDSL2 Band Plan 997
2015.04.21.
39
VDSL2 bitsebességek (20 VDSL2)
2015.04.21.
40
VDSL digitális duplex
2015.04.21.
41
DSLAM
• Digital Subscriber Line Access Multiplexer • tipikus kapacitások: néhányszor tíztől néhányszor száz előfizető • korábban ATM aggregáció alapú megoldások • aktuálisan GbE alapú megoldások
2015.04.21.
42
Aggregálás - BRAS
POP 2
BRAS ATM
IP Platform
[email protected]
BRAS
[email protected]
2015.04.21.
ATM
ATM
ISP IP Platform
POP 1
43
AAA funkciók (Administration, Authorization, Authentication)
Tr
Tr
af
af
f ic
fi c
Internet
BRAS2 NRP_2
IP Pool ISPA_2 IP Pool ISPB_2
[email protected]
A A A re q /re p
r e q /re AAA
AA
BRAS1 NRP_1
Ar eq
A req A A /re p
p
IP Pool ISPA_1 IP Pool ISPB_1
Sun
p
[email protected] Ar
eq
/ re
2015.04.21.
p
Matáv IP Platform Ult ra EN TERP R ISE
IMS
AA
RADIUS – Remote Authentication Dial-In User Server: PPP autentikáció, IP cím, gateway, DNS server
/r e
IP platform
AA
A
re
q/
re
p
User Data ISP B
User Data ISP A
44
AAA architektúra
PEP: Policy Enforcement Point (Authenticator) PDP: Policy Decision Point (AAA Server) PIP: Policy Information Point Acct.: Accounting System 1.Client attempts to connect to the network 2.The PEP sends the collected identity information to the PDP 3.The PDP queries any configured PIPs for information about the client and validates that the credential provided by the client is valid 4.The PIP returns a success or failure message from the credential validation step and sends additional information about the client to the PDP for evaluation. 5.The PDP evaluates information learned about the client through the client, PEP, and PIP. Based on this information, the PDP makes an authorization decision. 6.The PDP sends the PEP the authentication result and any authorizations specific to the client. 7.The PDP also sends the result of this transaction to the accounting system. 8.The PEP applies the authorization profile learned from the PDP and sends the “authentication successful” message to the client. 9.The client accesses the production network through the PEP.
Aggregálás - BRAS • Koncentrált – a NAP a saját hálózatán ATM hálózatán belül menedzseli a dedikált PVC-ket • Elosztott – BRAS DSLAM-okkal együtt – Pl. CISCO DSLAM IP switch
2015.04.21.
46
PPP végződtetéses aggregálás Routing Domain
NSP Router
IP
Broadband Access Server
IP
PPP over ATM Dedicated PVC
IP
PHY
Router
2015.04.21.
IP
IP
ATM, 802.3 ATM, FR, SMDS, FDDI, etc. etc PHY
DSLAM
ATM
ATM, FR, SMDS, etc
PPP
PPP
AAL5
AAL5
PHY
PHY
BAS
ATM
ATM PHY
ADSL
Access Node
ATM ADSL
Home
47
ADSL – IP/MPLS együttműködés
Eth
Eth Eth
2015.04.21.
Eth
Eth Eth
48
ADSL perspektívák
2015.04.21.
49
DSLAM uplink szűk keresztmetszet
E1/T1
1Gbps/10Gbps
2015.04.21.
50
DSL migráció Kiinduló tények (Ericsson): • a szélessávú forgalom 90%-a Ethernet-keretezésű • nagysebességű Internet-hozzáférés: nem elegendő az univerzális szélessávú hozzáférés, új szolgáltatások kellenek • az ADSL beruházások költségigénye központi kérdés • hatékony költségfelhasználású migráció az ADSL-től az optikai alapú hozzáférés (FTTx C/B/U) felé meghatározó fontosságú a beruházási kockázatok csökkentése szempontjából • erőteljes törekvések a 100Mbps hozzáférésre • Ethernet - kulcstechnológia a a jobb költség/teljesítmény arány megteremtésére a nyilvános hálózatokban
2015.04.21.
51
xDSL migráció lépései • Hagyományos DSLAM architektúra • Ethernet uplink architektúra • EFM (Ethernet in the First Mile) Célok: • DSLAM korlátjainak feloldása • Költségek csökkentése • Egyszerűsített működtetés
2015.04.21.
52
Migráció 3 lépésben
2015.04.21.
53
Migráció 3 lépésben
2015.04.21.
54
ADSL Ethernet uplinkkel (Ericsson)
• • • • • • •
megtartja a réz alapú csatlakozást a felhasználói oldalon (standard CPE) nagy teljesítményű alacsony költségű GbE-alapú DSLAM hálózati csatlakoztatás blokkolásmentes DSLAM architektúra az időtálló fejlesztéshez az Ethernet-alapú forgalomkoncentrálás csökkenti a beruházási költséget VLAN <-> PVC mapping a DSLAM-ban ADSL Annex J alapon azonos vonalak a lakás-előfizetőknek és a KKV-knak az ADSL+ összes előnyét kihasználja
2015.04.21.
55
Réz érpár alapú EFM • végponttól-végpontig Ethernet-kapcsolat réz csatlakoztatásra alapozottan • két távolsági opció – távoli csatlakoztatás: 2Mbps szimmetrikus kapcsolat >= 2700 m – közeli csatlakoztatás: 10Mbps szimmetrikus kapcsolat >= 750 m • távoli csatlakozatatás linkaggregálással (T1/E1 helyett - upgrade) • közeli csatlakozatatás "drop" szakasz a soklakásos épületekben • vezetékes beszédszolgáltatás csomagalapon
2015.04.21.
56
Optika alapú EFM • monomódusú optikai szál • két sávszélességi opció – 100 Mbps lakáselőfizetőknek – 1Gbps üzleti előfizetőknek • hibrid 100Mbps/1Gbps architektúra költségoptimalizálásra • a 10 km-es hatótávolság lehetővé teszi a FTTB/U alkalmazásokat
2015.04.21.
57
Ethernet alapú xDSL • PPP over Ethernet • Sok előfizető – nagy broadcast forgalom • Az Ethernet kapcsoló forwarding táblájának mérete szűk keresztmetszet lehet (előfizetőnkénti bejegyzések) • DSLAM - Ethernet kapcsoló direkt bekötéssel • A tendencia az Ethernet alapú hozzáférés (UTP-VDLS-Ethernet) vagy EPON (optikai alapon)
2015.04.21.
58
Ethernet over DSL
2015.04.21.
59
Költségviszonyok Interfészek Költségarányainak változása
Havi üzemeltetési költség előfizetőnként
2015.04.21.
60
DSL fejlesztési stratégiák támogatása: aggregálás
2015.04.21.
61
DSL fejlesztési stratégiák támogatása
2015.04.21.
62
DSL
2015.04.21.
63
ADSL2Plus Configuration
2015.04.21.
64
ADSL2Plus Configuration
2015.04.21.
65
ADLS áttekintés
2015.04.21.
66
VDSL miért?
2015.04.21.
67
VDSL2
2015.04.21.
68
VDSL2 teljesítőképesség
2015.04.21.
69
DSL Phantome Mode
2015.04.21.
70
xDSL teljesítőképességek
2015.04.21.
71
Ethernet-alapú aggregálás
2015.04.21.
72
Ethernet-alapú aggregálás védelme •RSTP a régiókban •Link Aggregation az összekötő linkeken •csak a csatlakozási pontok hibái maradnak a lassabb CST-re • a régiók mérete és száma határozza meg a helyreállítás átlagos idejét (RSTP tartomány mérete <> csatlakozópontok száma)
2015.04.21.
73
QoS • CPE: IntServ •az előfizetői hurok sávszélessége limitált RTCP/RTP/RSVP •ADSL: asszimetria – TCP P •DSLAM uplink ATM: TCP UDP •PVC-k •DSLAM uplink GbE •VLAN és 802.1p/q IP (DiffServ and/or Intserv) •transzport-architektúra képességei és hatása (pl. overhead-ek, késleltetések) AAL •transzport IP-MPLS/TE DiffServ ATM (QoS) 802.1Q, 802.1P •PPP<>DHCP •QoS SONET Ethernet sw. Technology •multicast
HTTP, ftp, etc.
2015.04.21.
M ULTIM EDIA Apps
74
