Hálózati és Szolgáltatási Architektúrák https://www.vik.bme.hu/kepzes/targyak/VITMM130/ Architectures of Networks and Services
Mérnök informatikus szak, MSc képzés Hálózatok és szolgáltatások szakirány 10. alkalom 2012. április 19., csütörtök, IL.106. (IB.138), 10:15-11:45 http://opti.tmit.bme.hu/~cinkler/HSzA/2012tavasz Dr. Cinkler Tibor cinkler()tmit.bme.hu Egyetemi Docens BME TMIT TMIT: Távközlési és Médiainformatikai Tanszék
ASON/ASTN Terminology Management Plane
UNI
CC CC CC
NMI-C CC InterVendor
CCI
CC E-NNI
CC
IntraVendor
NMI-T
I-NNI CC
UNI
I-NNI
Client
Client
Control Plane
Management Plane
User/Data/Transport/Forwarding Plane Vertical interconnection / integration Two different vendors 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
CC: Connection Controller CCI: Connection Controller Interface NMI: Network Managemnt Interface NMI-C: NMI for the CP NMI-T: NMI for the Transport Plane
182
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, MultiRouting) ML: Multiple Interconnected or Integrated Layers (Multi-Layer)
MD: Multiple Domains (Multi-Domain)
Horizontal Integration? Multiple Providers Multiple Vendors (interoperability)
Multiple Technologies (Multi-Region / Multi-Technology)
Vertical Integration?
From wireless mobile to wireline fixed (FMC), electronic-optical, circuitpacket, computer/data and voice/telecom, etc.
Unified Control and Management!!! 183
Circuit vs Packet “Switching”? Megannyiadszor...
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
Együtt a kettıt!!!
184
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) Management Plane Eg., Video Services (TV, movie, etc) Eg,, Data Services (e.g.,WWW, e-mail, etc) Eg.,Voice Telephony Services (audio, etc)
NGN Services
Control Plane User Plane
NGN Service Stratum Management Plane Control Plane User Plane
NGN Transport
NGN Transport Stratum
185
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...
186
Access: xPON (EPON, GPON) 16 slide PON-ok DOCSIS 3.0 xDSL Etc. Vida Rolitol
187
Átalánydíjas Nagykereskedelmi Optikai Szélessávú Hozzáférés szolgáltatás N5 csomag Sebesség (Mbps) Up Down
N15 csomag
Garantált¹ Max²
N25 csomag
Garantált¹ Max²
N50 csomag
Garantált¹ Max²
N80 csomag
Garantált¹ Max²
Garantált¹
Max²
1,25
2,5
3,75
7,5
6,25
12,5
12,5
25
20
40
2,5
5
7,5
15
12,5
25
25
50
40
80
http://www.telekom.hu/szolgaltatasok/nagykereskedelem/belfoldi_vezetekes /szelessavu_hozzaferes/megvalositott_fejlesztesek_gpon
189
PON: Passive Optical Network
http://infovilag.hu/hir-12681-korszakvalto-muszakitechnologia.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 hozzáférési stratégiáját, amelynek alapján a vállalat új generációs optikai és kábelhálózatok fejlesztésébe kezd, hogy a vezetékes és mobil szélessáv területén betöltött vezetı szerepét megerısítve, a jelenleginél is sokkal gyorsabb vezetékes szélessávú hozzáférést nyújtson. 2013 végére a Magyar Telekom mintegy 780 ezer háztartást szeretne elérni «optikai kábel a fogyasztó lakásához» (FTTH ––> fiber-to-the-home) hálózattal, valamint további 380 ezer, kábelhálózattal ellátott háztartásban EuroDocsis 3.0 technológiával fejleszti tovább hálózatát. (A cikkünkhöz mellékelt képek illusztrációk.)
190
Forrás: http://infovilag.hu/hir-12681-korszakvalto-muszaki-technologia.html
PON Magyarországon
Max 100 Mbit/s háztartásonként Pl. HDTV, videóletöltés, gyors internet-hozzáférés 2009 végére 200 ezer G-PON és 380 ezer háztartásban az EuroDocsis 3.0
UPC most 100 Mbit/s felhasználónként
191
192
Greenfield “open” passive infrastructure for multi-operators Forrás: Alcatel-Lucent: Building the Fibre Nation, Progress and Policies
193
N pont-pont, 1:N aktív, 1:N passzív Forrás: Jeszenıi Péter: A GPON rendszer, 2008 November
Aktív elosztó pont Central Office
Passzív elosztó pont Central Office
194
Passzív optikai hálózatok áttekintés Forrás: Jeszenıi Péter: A GPON rendszer, 2008 November
E1 Telefon
Lefelé irány (egyszálas rendszer) 1490 nm Felfelé irány: 1310 nm RF videó (ha használva van) 1555 nm
ONT1 Access Node
HSI VoIP
TDM ONT2
NB CC
GbE (10 GbE)
BB
1:N
E1
OLT
POTS
1:32 Optikai osztó
Videó
TDMA VoIP
HSI
TDM TDMA CC NB BB OLT ONT
Time Division Multiplex Time Division Multiple Access Cross Connect Narrow Band Broadband Optical Line Termination Optical Network Termination
ONT32 Max. 20 km fizikai távolság Videó POTS
195
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
Forrás: Jeszenıi Péter: A GPON rendszer, 2008 November
196
PON hálózatok Forrás: Jeszenıi Péter: A GPON rendszer, 2008 November
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 197
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 ONU A A C
B
A
A
OLT
A
A
B
C
1:N
A A
A
B
A
ONU
C
B
B
A B C
ONU
C
C Forrás: Jeszenıi Péter: A GPON rendszer, 2008 November
198
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 ONU
A
A
A
A A
ONU
B
1:N
OLT
A A B C
B
B C
ONU
C
C Forrás: Jeszenıi Péter: A GPON rendszer, 2008 November
199
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 ONU
A
A
A
A A
A
A
B
C
ONU
B
1:N
OLT
B
B C
ONU C Forrás: Jeszenıi Péter: A GPON rendszer, 2008 November
C 200
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) összeolvasztott régió
bemenetek
1
1
2
2
kimenetek
mag
Forrás: Jeszenıi Péter: A GPON rendszer, 2008 November 201
Passzív optikai rendszerekre vonatkozó szabványok Forrás: Jeszenıi Péter: A GPON rendszer, 2008 November
Full Service Access Network (FSAN) Group
Ethernet in the First Mile (EFM) Alliance
Szabvány javaslatok
1988/2001 APON/BPON G.983
Jóváhagyott szabványok 2003 GPON G.984
2004 EPON 802.3ah
202
PON rendszerek összehasonlítása Forrás: Jeszenıi Péter: A GPON rendszer, 2008 November
BPON
GPON
EPON
Szabvány
ITU-T G.983
ITU-T G.984
IEEE802.3ah
Cella / csomag méret Max. sebesség
53 bájt
53…1518 bájt
1518 bájt
Hang átvitel
ATM
Konfigurálható: D/S: 2,48 Gbit/s U/S: 2,48 Mbit/s ATM, TDM, Ethernet ATM, TDM, VoIP
Szimmetrikus: 1,25 Gbit/s
Átviteli mód
Konfigurálható: D/S: 1,2 Gbit/s U/S: 622 Mbit/s ATM
Videó átvitel
1550 nm overlay RF vagy IP (RF) 20-30 dB 20-30 dB
RF vagy IP
32
64
16 (vagy több)
10-20 km
20 km
10-20 km
Max. ODN csillapítás Max. osztásarány Max. távolság
Ethernet VoIP
21-26 dB
203
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, felfelé irány 1310 nm) Védelem
Forrás: Jeszenıi Péter: A GPON rendszer, 2008 November 204
FTTx megoldások
Fiber To The x
Curb Cabinet Building Home Office Basement Premises Node/Neighbourhood
FITL: Fiber In The Loop HFC: hybrid fibre-coax
Forrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/32/FTTX.png 205
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
206
Bemutatás
Dr. Vida Rolland egyetemi docens BME-TMIT
[email protected] IE325
207
Miért DSL?
Telefonos ipar – 56 Kbps
Megjelenik a „szélessávú” (broadband) hozzáférés
Kábeltévé ipar – 10Mbps osztott kábeleken Mőholdas cégek – 50 Mbps ajánlatok Lépni kellett az internetezık megtartása érdekében
Inkább reklám mint valóság Nem egyértelmő mit értünk szélessávon
xDSL – különféle DSL változatok
208
Mitıl gyors a DSL?
Miért lassú a dial-up?
A telefonhálózatot beszédátvitelre optimalizálták
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
A helyi központban egy sávszőrı Csak a 4 KHz-es beszédsáv marad
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)
209
ADSL
Asszimetrikus digitális elıfizetıi vonal Két versengı, és egymással inkompatibilis modulációs eljárás
DMT – Discrete Multitone Modulation
CAP – Carrierless Amplitude Phase Modulation
Jelenleg a legelterjedtebb 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
210
ADSL architektúra
A szolgáltatónál
POTS Splitter
Frekvenciaosztó a beszédjel és az adatok szétválasztására
DSLAM – DSL Access Multiplexer
A beszéd a hagyományos kapcsológéphez irányítva A 26 kHz feletti rész a DSLAM-hoz
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
211
ADSL architektúra
212
A szolgáltatás hatósugara
Repeater
Visszaállítja a jelet Regenerator
Erısítı
Business
Regenerátor Deployment w/o Repeaters
Felerısíti a jelet Deployment w/ Repeaters
ADSL szolgáltatás akár 16 km-ig
Regenerator Service Provider
Consumer
Regenerator
Government & Education
213
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
maximális feltöltési sebesség 1 Mbit/s
általában 512 Kbit/s – 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
214
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
Az ADSL2 energiatakarékos
A javulás leginkább a hosszú vezetékeken tapasztalható interferenciák kiszőrésének tudható be
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
215
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
216
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.
217
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
218
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
12 MHz sávszélesség Max. 1 km hatótávolság
Lehet szimmetrikus is (26-26 Mbit/s)
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
219
VDSL2 100
Sávszélesség [Mbit/s]
Kifejezetten rövid hurkos alkalmazásokra
60
SL VD
Túl kicsi sávszél több (3) HDTV csatornához
20
8 2
ADS L2 +
Túl kicsi sávszél Triple–Play alkalmazásokhoz
SHDSL 1 km
2 km
3 km
4 km
5 km
Távolság
VDSL2 = VDSL sebesség ADSL/2+ hatótávolsággal 220
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
221
ADSL kompatibilitás 1. fázis: Nagy, létezı ADSL2+ Line Card ADSL/2+ bázis
DSLAM
ADSL2+ Modem ADSL2+ Modem
ADSL2+ Modem
DSLAM
ADSL2+ Modem ADSL2+ Modem
ADSL2+ Modem
VDSL2 Line Card
ADSL2+ Modem
DSLAM VDSL2 Modem
ADSL2+ Modem
VDSL2 Line Card VDSL2 Modem
2. fázis: DSLAM upgrade CPE-k változatlanok (Custumer Premises Equipment)
3. fázis: Szelektív upgrade a CPE-k oldalán a választott szolgáltatástól függıen
222
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
223
VDSL2 QoS
A VDSL-ben nincs szolgáltatásminıség (QoS) támogatás
Az alkalmazásoknak különbözı követelményeik vannak Alkalmazás
Késleltetésre érzékeny
Csomagvesztésre (BER) érzékeny
Data
/
Igen
Videó
Nem
Igen
Hang
Igen
Nem
Gaming
Igen
Igen
Hang
A VDSL2-ben igen A Triple-Play támogatáshoz szükséges
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
224
VDSL2 QoS
Más-más forgalomtípusok
Hang
Video
Kis csomagok (100-400 byte/csomag) Állandó sebességgel generálva Nagy csomagok Változó sebességgel generálva („börsztös” forgalom)
VDSL2-ben „dual path” - „dual latency” támogatás
Forgalomtipusonként meghatározott sávszélesség A hangforgalmat nem befolyásolja a börsztös video
225
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 • 30Mbps downstream, 3Mbps upstream
Kína • Triple-Play: legalább 3 HDTV csatorna + 5Mbps Internet + VoIP • 30Mbps downstream, 3Mbps upstream
Japán, Korea, Taiwan • 100Mbps downstream, 100Mbps upstream 226
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 elenyészı elterjedtségük miatt stratégiai szempontból jelentéktelenek
227
Kábel TV
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
Családias üzletág, bárki telepíthetett ilyen szolgáltatást
Egy dombtetın elhelyezett nagy antenna Erısítı fejállomás (head end) Koaxiális kábel
Ha több elıfizetı, újabb kábelek és erısítık
Egyirányú átvitel, a fejállomástól a felhasználók felé
229
Korai kábeltévé rendszer
230
A kábeltévé fejlıdése
1970-re több ezer független rendszer 1974-ben elindul az HBO, kizárólag kábelen
Nagyvállalatok elkezdik felvásárolni a létezı kábelhálózatokat, új kábeleket fektetnek le
Több új kábeles csatorna – hírek, sport, fızés, stb.
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 sávszélességő fényvezetı szálakra cserélik
231
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
232
Modern kábeltévé rendszer
233
Internet a kábeltévén
234
Internet a kábeltévén
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
Internetezésnél óriási különbség ha 10 vagy 10.000 felhasználó
minden mősort ugyanazon a kábelen szórnak, mindegy hogy 10 vagy 10.000 ember nézi azt egyszerre Ha valaki letölt egy nagy fájlt, a többieknek nem marad sávszél
Másfelıl a koax kábel sokkal nagyobb sávszélt biztosít mint a sodrott érpár
235
Internet a kábeltévén
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
236
Internet a kábeltévén
237
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
238
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
239
Spektrumkiosztás
240
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
241
Moduláció
Minden 6-8 MHz-es csatornát 64-QAM-el modulálnak
6 MHz-es csatornán 64-QAM-el → kb. 36 Mbps
Quadrature Amplitude Modulation Ha kivételesen jó minıségő kábel, akkor 256-QAM 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
QPSK moduláció
Citizen Band – walky-talky 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
242
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
243
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
244
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
245
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
246
Versenyhelyzetes feltöltés
A fejállomás rendszeresen bejelenti mikor új minislot-csoport kezdıdik
A kábelen való terjedés miatt nem egyszerre hallják meg a modemek
Minden modemhez hozzárendelve egy speciális minislot melyben feltöltési sávszélességet igényelhet
Mindenki ki tudja számítani mikor volt az elsı minislot kezdete
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
247
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
248
Le- és feltöltés a kábelen
249
DOCSIS
DOCSIS 1.0 (1997)
Nagysebességő internetelérés RF Return
Telco Return
Kétirányú kommunikáció biztosítása 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
250
DOCSIS
DOCSIS 1.0
DOCSIS 1.1
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
251
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 upstream részen 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
252
Hálózati és Szolgáltatási Architektúrák https://www.vik.bme.hu/kepzes/targyak/VITMM130/ Architectures of Networks and Services
Mérnök informatikus szak, MSc képzés Hálózatok és szolgáltatások szakirány 11. alkalom 2012. április 21., szombat, IB.138, 10:15-11:45 http://opti.tmit.bme.hu/~cinkler/HSzA/2012tavasz Dr. Cinkler Tibor cinkler()tmit.bme.hu Egyetemi Docens BME TMIT TMIT: Távközlési és Médiainformatikai Tanszék
Biztonságos kommunikáció VIZSGÁN NEM KELL INNEN A MAI ANYAG VÉGÉIG!
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
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:
Bizonyos feltételeket teljesíteniük kell Nyílvánosak, mondjuk Bob választ és elküldi nyíltan Aliznak
(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
254
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
255
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
256
Szélessávú elıfizetık Total broadband subscribers, by country, m illions, June 2007 Iceland Luxembourg Slovak Ireland New Zealand Greece Hungary Czech Republic Norw ay Finland Austria Portugal Denmark Sw itzerland Belgium Sw eden Poland Turkey Australia Mexico Netherlands Spain Canada Italy France United Kingdom Korea Germany Japan United States 0
10
20
30
40
50
60
70 257
Szélessávú elıfizetık
258
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
259
100 fıre jutó elıfizetések
260
Szélessávú elıfizetık
261
Új szélessávú elıfizetık
OECD Broadband subscriber net additions per quarter, millions 14 12 10 8 6 4 2
4Q
20
05
05 3Q
20
05 20 2Q
1Q
20
05
04 4Q
20
04 20 3Q
2Q
20
04
04 1Q
20
03 20 4Q
3Q
20
03
03 20 2Q
1Q
20
03
02 4Q
20
02 20 3Q
20 2Q
1Q
20
02
02
0
Source : OECD
262
Ir e la n er d m Sw any ed Au en st ra N lia or w D ay e Lu nm xe a m rk bo u N Fr rg ew a n Z ce N eal a et he nd rl a n Be ds Sw l g U itz iu m ni e te rla d Ki nd ng do U Gr m e ni te e c e d St at Fi e s nl an d Sp ai n Ko re Ic a el a C nd an ad C ze Au a c s Sl h R tria e ov a k pu b R lic ep ub lic Ita l Po y la n Ja d pa Tu n rk Po ey r tu H ga un l ga M ry ex ic o G
Növekedés 2006-2007-ben
7 OECD Broadband penetration (per 100 inhabitants) net increase Q2 2006-Q2 2007, by country
6
5
4 OECD net increase
3
2
1
0
Source : OECD
263
Növekedés az utóbbi 6 évben Broadband penetration, historic, top five OECD countries for June 2007 Denmark
35
Netherlands
30
Switzerland
25 20
Korea
15
No rway
10 5 0 2001
2002-Q2
2002
2003-Q2
2003
2004-Q2
2004
2005-Q2
2005
2006-Q2
2006
2007-Q2
Source : OECD
264
Növekedés 2008-ban
265
100 fıre jutó DSL vonal
266
Szélessávú letöltési sebességek
267
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
268
Szélessáv vs. népsőrőség OECD broadband penetration and population densities 35
Broadband penetration, June 2007
Population density, 2006
600
Broadband penetration (subscribers per 100 inhabitants, June 2007) 30 25
Population density (inhab/km2, 2006)
500
Simple correlation = 0.24 400
20 300 15 200 10 5
0
D e N nm et he a rk Sw rl a i tz nds er la nd Ko r N ea or w a Ic y el an Fi d nl a Sw nd ed e C n an ad U ni Be a l te d giu m Ki ng d Au om st ra li Fr a Lu a x e nce m bo ur g Ja G pa U erm n ni te an y d St at e Au s st ria N S ew p Ze a in al an d Ita l Ire y la n C ze Po d r ch tu R ga ep l u H bli c un ga r Po y la n Sl ov Gre d ak e R ce ep ub Tu lic rk e M y ex ic o
0
100
Source : OECD
269
A keskenysáv fokozatosan visszaszorul
270
A keskenysáv fokozatosan visszaszorul
271
IKT eszözzel rendelkezı háztartások aránya Magyarországon (KSH – 2007)
272
DSL és Kábel Magyarországon
Magyarországon 2002-ben 32000 ADSL, illetve 31000 kábel modemes szélessávú elıfizetı
2003 decemberében a Matáv bejelentette a 100 ezredik ADSL elıfizetıt
100 fıre lebontva 0.6 %-os elterjedés 37. hely a világban
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
273
274
Mbit/s ára (2007)
275
