Hálózati Technológiák és Alkalmazások

Hálózati Technológiák és Alkalmazások

Vida Rolland BME TMIT 2016. február 23.

Bemutatkozás Vida Rolland egyetemi docens, tárgyfelelős IE 325, [email protected]

2016.02.23

Hálózati technológiák és alkalmazások

2

Fóliák a neten Tárgy honlapja: http://www.tmit.bme.hu/vitma341

Jegyzet nincs, de (viszonylag) részletes fóliák 2016.02.23


3

Hozzáférési hálózatok • A telekommunikációs hálózat azon része, mely közvetlenül összeköti a felhasználót a szolgáltatóval – Ethernet, WLAN, FTTx, xDSL, kábelnet, …

• Gyakran osztott átviteli közeg (shared transmission medium) – Többen hallanak engem, és én is több mindenkit hallok – Nem lehetséges fizikailag, vagy nem éri meg anyagilag minden felhasználónak dedikált átviteli csatornát biztosítani

• A megoldandó feladat az átviteli közeghez (csatornához) való hozzáférés szabályozása – A felhasználók nem tudják egymásról, hogy ki mikor szeretne adni – A küldéseket koordinálni kell 2016.02.23


4

Többszörös hozzáférés (Multiple Access) • Fix kiosztásra alapuló megoldások – TDMA – Time Division Multiple Access • Minden felhasználónak saját időszelete amikor küldhet • A teljes frekvenciatartományt használhatja

– FDMA – Frequency Division Multiple Access • A spektrumot frekvenciacsatornákra vágjuk • Minden felhasználó a saját frekvenciáján kommunikál

– CDMA – Code Division Multiuple Access • Minden felhasználó a teljes csatornán, egyfolytában kommunikál • Kódelmélet segítségével különítjük el a forgalmakat – Az adó megszorozza a jelet egy kóddal (spreading code), és az eredményt küldi el – A vevő a vett jelet újra megszorozza ugyanazzal a kóddal, reprodukálva az eredeti jelet – Minden felhasznált kód ortogonális » Két különböző kód összeszorzása ‘nullák’ sorozata lesz 2016.02.23


5

Multiple Access vs. Multiplexing vs. Duplexing • Multiple Access (TDMA, FDMA, CDMA) – A csatorna-hozzáférés szabályozása több forrás esetén – Alapvetően uplink irány

• Multiplexing (TDM, FDM, CDM, …) – A csatorna-hozzáférés szabályozása több küldeni kívánt jel esetén, ugyanattól a forrástól – Uplink vagy downlink irány

• Duplexing (TDD, FDD) – A downlink és uplink forgalom közötti megosztás – FDD – Frequency Division Duplexing • „Párba állított” frekvenciák, elkülönített uplink és downlink csatornák

– TDD – Time Division Duplexing • Pár nélküli frekvenciák, rugalmasan megosztott uplink és downlink csatornák

2016.02.23


6

Többszörös hozzáférés (Multiple Access) • A fix kiosztás nem hatékony ha kevés és börsztös a forgalom • Versengésre alapuló csatorna-hozzáférés – Lekérdezések (polling) – Erőforrások lefoglalása és ütemezése aktuális igények alapján – Véletlen hozzáférés (random access) • Egy csomópont akkor küld amikor akar, előzetes egyeztetés nélkül • Ha két vagy több csomópont egyszerre beszél, ütközés, majd később újraküldés • ALOHA, Slotted ALOHA, CSMA/CD 2016.02.23


7

ALOHANET • Hawaii – 70-es évek elején nem volt telefonhálózat

– A távoli szigeteken lévő felhasználókat a Honoluluban lévő központi számítógépekhez kellett csatolni

• Megoldás: ALOHANET

– Norman Abramson, Hawaii Egyetem – Minden felhasználó terminálon egy egyszerű rádió • Két frekvencián üzemelt

– Egy a lefele, egy a felfele menő adatoknak

• Lefele csak a központ küldött, nem volt gond • Felfele versenyhelyzet, többen használták ugyanazt a csatornát

– Ha sikerült elküldeni valamit, a központ visszaküldte a csomagot a másik csatornán – Ha nem jött vissza, a csomag valószínűleg elveszett » Újra próbálkozott

2016.02.23


8

Aloha Előnyök: • Változó méretű csomagok • Nincs szükség szinkronizálásra • Egyszerű működés

Alacsony terhelés mellett egész jó, de nagy upstream terhelés mellett szinte használhatatlan

2016.02.23


9

Slotted Aloha • Az időt szeletekre (slots) osztjuk • Fix hosszúságú szeletek, egy fix hosszúságú csomag elküldéséhez • Ha egy csomópont küldeni szeretne, megvárja amíg a következő slot kezdődik • A résztvevők szinkronizálása szükséges • Ha senki más nem küld abban a slot-ban, akkor sikeres küldés. • Különben ütközés és újraküldés egy véletlen hosszúságú várakozási idő után 2016.02.23


10

Ethernet • Bob Metcalfe (MIT, Harvard) együtt nyaral Abramsonnal Hawaii-on – Ötlet: alkalmazzunk valami hasonlót egy vezetékes hálózatra (1973) – Első szabvány (DEC, Intel, Xerox) 1982-ben, IEEE 802.3 szabvány 1983-ban

• Több gép ugyanarra a vezetékre csatlakoztatva – Mindenki hall mindenki mást, de ehhez nem kell egy központi csomópont – Az Ethernet kereteket meg kell címezni • Bár mindenki hall egy adott keretet, csak az dolgozza fel akinek szánták

2016.02.23


11

Ethernet = CSMA/CD • Az Ethernet kábelen adás előtt a gépek belehallgatnak a csatornába (CSMA – Carrier Sense Multiple Access) – Ha foglalt, megvárja az adás végét – Ha szabad, elkezd adni • Nem azonnal, hanem egy „slot time” után – Időt hagy arra, hogy ha van egy impulzus a csatornán, az, vagy a neki köszönhető zajlöket megérkezzen hozzá (lásd alább)

• Slot time = maximális körbefordulási idő a kábelen – 10 Mb/s Ethernetnél 51,2 μs, 100 Mb/s-nál 5,12 μs

• Lehet, hogy egyszerre két gép is szabadnak érzékeli a csatornát – Elkezdenek mindketten adni, de „ütközés” történik – Ezt detektálják (CD – Collision Detection), és egy zajlöketet (jam signal) küldenek, hogy mindenki más is értesüljön róla 2016.02.23


12

Ethernet = CSMA/CD

• Véletlen hosszúságú idő után újra próbálkoznak – Egy időzítőt állítanak be egy véletlenszerűen választott értékre a [0, 1, .. , 2m-1] x tav tartományból, ahol tav az alap várakozási idő (51,2 μs), m = min (10,n) és n az ütközések száma. – Minden ütközés után duplázódik a maximum várakozási idő, de csak egy felső korlátig (truncated binary exponential backoff)

• Az Alohanet-en a CSMA/CD nem volt megoldható – Két felhasználó két külön szigeten nem biztos, hogy hallotta egymást 2016.02.23


13

Enkapszuláció (beágyazás)

2016.02.23


14

Ethernet Frame

•

A data mező legfeljebb 1500 byte (MTU – Maximum Transmission Unit a szabvány szerint) – Ha túl nagy a csomag, sokáig foglalja a csatornát – Nagyobb a hiba esélye, nagyméretű csomagot kell majd újraküldeni

•

Minimális data hossz 46 byte (minimális keret méret = 64 byte = 512 bit) – Ha túl rövid a keret, nem lehet CD-t használni • Hamarabb befejeződik a keret elküldése, minthogy az esetleges zajlöket visszaérkezne – 51,2 μs körbefordulás idő / 0,1 μs bit time = 512 bit

• Nem értesül az ütközésről, nem tudja újraküldeni a keretet – A rövid csomagokat fel kell tölteni „haszontalan adatokkal” (Pad) 2016.02.23


15

Carrier Extension • Ha nő a hálózat sebessége (csökken a bit time) ...

– növelni kell a minimális keretméretet, vagy... – csökkenteni kell a megengedett maximális kábelhosszt – egyre kényelmetlenebb megkötések egy gigabites hálózatnál • A minimális keretméretet megemelték 512 byte-ra

• Carrier Extension

– A küldő hardver a CRC mező után illeszt egy kitöltő bitsorozatot – A vevő hardver levágja azt, a CRC-be nem számít bele • Jobb mint a padding, de ez is nagyon pocsékolja a kapacitást

• Frame Bursting

– Egyetlen adás során több, egymás után fűzött keretet visz át – Jelentősen növeli a hatékonyságot

2016.02.23


16

Kezdeti Ethernet verziók • 10Base5 – vastag Ethernet – Koax kábel, 10 Mb/s, 500 méteres szegmens

• 10Base2 – vékony Ethernet – Koax kábel, 200 méteres szegmens

• 10Base-T – Csavart érpár, csillag topológia egy hub körül, 100 méteres szegmensek

• 10Base-F – Optikai kábel, 2km-es szegmens

2016.02.23


17

Fast Ethernet • 100Base-T4

– 4 sodrott érpár – Egy le, egy fel, a másik kettő szükség szerint átkapcsolható (le vagy fel) – Max. 100 méteres szegmensek

• 100Base-TX

– 2 sodrott érpár – Egy le, egy fel, 100 Mb/s duplex sebesség

• 100Base-FX

– Mindkét irányban egy többmódusú fényvezető szál – 100 Mb/s duplex sebesség – Max. 2 km az elosztó és az állomások között

2016.02.23


18

Gigabit Ethernet • IEEE 802.3z (1998), 802.3ab (1999) • Minden elrendezésben pont-pont felépítésű – Ellentétben a klasszikus 10 Mb/s-os Ethernettel

• Két működési mód:

– Full-duplex – mindkét irányba megy forgalom egyidőben

• Egy központi kapcsolót (switch) kötnek össze a periférián lévő gépekkel • Minden vonalat pufferelnek – Bárki bármikor küldhet adatokat – Nem kell a csatornát figyelni, a versengés kizárt – Nincs szükség CSMA/CD-re, viszont akkor már nem Ethernet

– Half-duplex

• A gépeket egy egyszerű elosztóhoz csatlakoztatják • Nincs pufferelés, lehetnek ütközések

2016.02.23


19

Gigabit Ethernet •

Kábelezési változatok – 1000Base-SX

• Többmódusú fényvezető szál • Max. 550 m hosszú szegmensek

– 1000Base-LX

• Egy vagy többmódusú szál • Max. 5000 m hosszú szegmensek

– 1000Base-T

• 4 pár 5-ös kateg. UTP kábel • Max. 100 m hosszú szegmensek

•

IEEE 802.3ae – 10 Gb/s Ethernet (2002)

•

IEEE P802,3ba – 40Gb/s és 100 Gb/s Ethernet (2010)

2016.02.23

– Csak optikai kábelen

– Lucent Technologies Bell Labs kísérleti eredmények – 2010 júniusában elfogadott szabvány Hálózati technológiák és alkalmazások

20

Hub • Fizikai szintű ismétlő eszköz – Bit szinten ismétli a csomagot – A bejövő csomagokat azonnal minden interfészén kiküldi • Mindenki megkap minden csomagot

• Több egyidejű küldő: ütközés – A „collision domain” (ütközési tartomány) megmarad

• A hub-okat általában hierarchikusan, fa topológiába kapcsolják 2016.02.23


21

Hub – előnyök, hátrányok • Minden állomás ütközhet a hub-ra kapcsolt bármely más állomással – Ez rontja a hálózat teljesítményét – Csökkenti a skálázhatóságot – Mindenki látja a többiek forgalmát

• Különböző médiák nem kapcsolhatók össze – Pl. ha van 10Mb/s állomás a rendszerben, a teljes sebesség visszaesik 10 Mb/s-re 2016.02.23


22

Hub • Nem érdemes kizárólag hub-okból nagy tartományokat építeni – Egy nagy ütközési tartomány hub

Ütközési tartomány

hub

2016.02.23


hub

hub

23

Switch (bridge)

•

Link Layer eszköz – megvizsgálja a MAC fejlécet és szelektíven továbbít • switch table: (MAC, interfész, timer) –A kapott csomagokból építi fel –Ha nem ismer egy címet, minden interfészre továbbárasztja a csomagot

– elválasztja az ütközési zónákat • puffereli a csomagokat • csak a megfelelő szegmensre továbbít 2016.02.23


24

Switch • Előnyök: – jobban skálázható – hatékonyabb, biztonságosabb – a pufferelés lehetővé teszi különböző sebességű eszközök összekapcsolását switch

ütközési tartomány hub

ütközési tartomány 2016.02.23

hub

hub

ütközési tartomány


25

Intézményi hálózat mail server

Külső hálózat

web server

router switch

IP subnet hub

2016.02.23

hub


hub

26

Switch (bridge) vs. router • Intelligens tároló és továbbító (store-and-forward) eszközök • Router – hálózati (L3) rétegben, IP cím alapján – útválasztó (routing) táblákat tárol, routing protokollokat használ

• Switch – adatkapcsolati (L2) rétegben, MAC cím alapján – kapcsoló (switching) táblákat tárol, szűrő és címtanuló algoritmusokat használ

2016.02.23


27


Vida Rolland BME TMIT 2016. február 25.

ZH időpontok

• ZH: április 7, csütörtök, óra alatt • Pót-ZH: április 21, csütörtök

2016.02.25


2

2016.02.25


3

CDMA • Code Division Multiple Access – Minden felhasználó a teljes csatornán, egyfolytában küld(het) – Kódelmélet segítségével különítjük el a forgalmakat • Az adó megszorozza a jelet egy kóddal (spreading code), és az eredményt küldi el • A vevő a vett jelet újra megszorozza ugyanazzal a kóddal, reprodukálva az eredeti jelet • Minden felhasznált kód ortogonális – Két különböző kód összeszorzása ‘nulla’ lesz 2016.02.25


4

Ortogonális (Walsh) kódok Legyen a 0 bit = +1 V, az 1 bit = -1 V

Code1: 0101 Code2: 0011 Code3: 0000

+1 -1 +1 -1 +1 +1 -1 -1 +1 +1 +1 +1

Ha bármelyik két vektor skalár szorzata 0, akkor a kódok ortogonálisak egymásra: C1∙C2=((+1)∙(+1))+((-1)∙(+1))+((+1)∙(-1))+((-1)∙(-1))=1-1-1+1=0 C1∙C3=((+1)∙(+1))+((-1)∙(+1))+((+1)∙(+1))+((-1)∙(+1))=1-1+1+1=0 C2∙C3=((+1)∙(+1))+((+1)∙(+1))+((-1)∙(+1))+((-1)∙(+1))=1+1-1-1=0 2016.02.25


5

Ortogonális (Walsh) kódok Ortogonális kódok generálása: - 0-ból indulunk (seed) - Másoljuk ugyanazt az értéket jobbra, és alulra - Másoljuk az inverzet átlósan

2016.02.25

0


00 01

0000 0101 0011 0110

6

CDMA - példa C1: 0101

+1 -1 +1 -1

Data1: 00

C1: Data1: C1 XOR Data1:

0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1

Sp_Data1:

+1 -1 +1 -1 +1 -1 +1 -1

2016.02.25

0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1


+1 +1

(2 bits)

(8 chips)

7


+1 +1 -1 -1

Data2: 10


0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0

Sp_Data2:

-1 -1 +1 +1 +1 +1 -1 -1

2016.02.25

0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1


-1 +1

(2 bits)

(8 chips)

8


+1 +1 +1 +1 Data3: 11

-1 -1 (2 bits)


0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1

Sp_Data3:

-1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1

Sp_Data1: Sp_Data2: Sp_Data3: Sum_Data: 2016.02.25

+1 -1 -1 -1

-1 -1 -1 -3

+1 +1 -1 +1

-1 +1 -1 -1

0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1

+1 +1 -1 +1

-1 +1 -1 -1


+1 -1 -1 -1

(8 chips)

-1 -1 -1 -3 9

CDMA - dekódolás Sum_Data: Code1: Decoded1:

-1 -3 +1 -1 +1 -1 +1 -1 -1 +3 +1 +1

4/4=+1 Decoded1: +1 +1 = 00

2016.02.25

+1 -1 -1 -3 +1 -1 +1 -1 +1 +1 –1 +3

4/4=+1 Data1: 00


10

CDMA - decoding Sum_Data: C2: Decoded2:

-1 -3 +1 -1 +1 +1 -1 -1 -1 -3 -1 +1

-4/4=-1 Decoded2: -1 +1 = 10

2016.02.25

+1 -1 -1 -3 +1 +1 -1 -1 +1 -1 +1 +3

4/4=+1 Data2: 10


11

CDMA - decoding Sum_Data: C3: Decoded3:

-1 -3 +1 -1 +1 +1 +1 +1 -1 -3 +1 -1

+1 -1 -1 -3 +1 +1 +1 +1 +1 -1 -1 -3

-4/4=-1

-4/4=-1

Decoded3: -1 -1 = 11

2016.02.25

Data3: 11


12

Mennyire ismertek az alábbi fogalmak? • • • • • • • •

ATM MPLS IP címzés IP routing (RIP, OSPF, BGP) IPv6 Multicast TCP / UDP QoS (Intserv/Diffserv)

2016.02.25


13

Ethernet switching • A switch megvizsgálja a MAC fejlécet és szelektíven továbbít – Csak arra küldi tovább, amerre a címzett van – Switching table: (MAC, interfész, timer) •A kapott csomagokból építi fel, frissítés híján a bejegyzések elavulnak •Ha nem ismer egy címet, vagy egy broadcast cím a cél, minden interfészre továbbárasztja a csomagot

•

Hurok esetén kialakulhat egy broadcast storm – a csomagok végtelenül keringenek a hálózatban –

2016.02.25

Nincs TTL mező mint az IP routing-ban


14

STP • Spanning Tree Protocol – IEEE 802.1D szabvány része (1998) – Radia Perlman (MIT, DEC) – Hurokmentes feszítőfa egy bridge-lt helyi hálózaton • Redundanciára szükség van, hiba esetén legyen védelmi útvonal

2016.02.25


15

Példa – Fizikai topológia B8 B3 B5

B7

B2 B1 B6 2016.02.25

B4 16

STP működése • Root bridge kiválasztása – Minden bridge-nek konfigurálható prioritási száma és MAC címe • BID – Bridge Identification (64 bit)

– A legkisebb prioritású bridge lesz a root

Priority 16 bits

MAC address 48 bits

• Egyenlőség esetén a kisebb MAC cím nyer • A második helyezett lesz a secondary (backup) root

– Teljesen automatikus, de ha rendszergazda egy bizonyos bridge-et szeretnek root-nak, beállithatja egy alacsony prioritási számra 2016.02.25


17

Root bridge választás B8 B3 B5

B7

B2 B1 B6 2016.02.25

Root Bridge

B4 18

STP működése • Minden port rendelkezik egy árral (Port Cost) – Adminisztratív érték, pl. fordítottan arányos a sávszélességgel

• Út hossza (Path cost) – szomszédos bridge-ek távolságainak összege • „Legolcsóbb” utak keresése minden bridge-től a root bridge-hez – Egy bridge kiszámolja az összes lehetséges útvonal árát a root bridge felé – Kiválasztja a legolcsóbb (least-cost) útvonalat Root Bridge – Az útvonalhoz tartozó port lesz az adott bridge Root Port-ja – Ha több egyenlő útvonal, akkor a kisebb PortID nyer

2016.02.25


Root Port

19

Root port választás B8 B3 B5 B2

B7

Root Port B1 B6

2016.02.25

Root Bridge

B4 20

STP működése • „Legolcsóbb” utak keresése minden collision domain-től a root bridge-hez – Melyik bridge-en keresztül a legolcsóbb eljutni a root bridge-hez – Ha egyenlő árú utak, a kisebb BID dönt • Designated bridge, designated port

– A designated és a root port-ok forwarding state-be kerülnek – Az összes többi porton blokkolni fog • Csak BPDU-k mennek át (később)

• A fa kiépülése után megtanulja a címeket – 15 másodperc tanulási idő 2016.02.25


21

Designated bridge/port választás B8 B3 B5 B2

B7

Root Port B1 B6

2016.02.25

Root Bridge

B4 Designated bridge, port

22

Port blokkolás B8 B3 B5 B2

B7

Root Port B1 B6

2016.02.25

Root Bridge


23

Bridge Protocol Data Unit (BPDU) • Source ID – küldő bridge MAC címe • Dest ID – 01:80:C2:00:00:00 („minden bridge” link-local multicast cím) – Nem küldik a Collision Domain-en kívülre

• Root ID (64 bit) – a (feltételezett) Root Bridge BID-je a küldő szerint – Kezdetben mindenki azt hiszi magáról, hogy ő a Root – Ha alacsonyabb Root ID-t hall, megjegyzi azt, és azt hírdeti

• Root Path Cost (32 bit) - a küldő távolsága a Root Bridge-től – hozzáadva a kettőnk közti távolságot megvan a root-hoz a küldőn át vezető út hossza – ezek közül a legrövidebb a saját Root Path Cost • ez a Bellman-Ford algoritmus – az STP magja egy distance vector routing protocol, ahol a distance vector egyetlen eleme a fa gyökerétől való távolságot adja meg (azaz a fa gyökere az egyetlen útvonalválasztási cél)

– Designated Bridge kiválasztásához 2016.02.25


24

BPDU részletek • Bridge ID (64 bit) – Designated Bridge kiválasztásához egyenlő Root Path Cost esetén

• Port ID (16 bit) – Designated Port kiválasztásához azonos Bridge ID esetén

2016.02.25


25


Vida Rolland BME TMIT 2016. március 1.

STP működése • Root bridge kiválasztása – Minden bridge-nek konfigurálható prioritási száma és MAC címe • BID – Bridge Identification (64 bit)

– A legkisebb prioritású bridge lesz a root

Priority 16 bits

MAC address 48 bits

• Egyenlőség esetén a kisebb MAC cím nyer • A második helyezett lesz a secondary (backup) root

– Teljesen automatikus, de ha rendszergazda egy bizonyos bridge-et szeretnek root-nak, beállithatja egy alacsony prioritási számra 2016.03.01


2

Root bridge választás B8 B3 B5 B7

B2 B1

B6 2016.03.01

Root Bridge Hálózati technológiák és alkalmazások

B4 3

STP működése • Minden port rendelkezik egy árral (Port Cost) – Adminisztratív érték, pl. fordítottan arányos a sávszélességgel

• Út hossza (Path cost) – szomszédos bridge-ek távolságainak összege • „Legolcsóbb” utak keresése minden bridge-től a root bridge-hez – Egy bridge kiszámolja az összes lehetséges útvonal árát a root bridge felé – Kiválasztja a legolcsóbb (least-cost) útvonalat Root Bridge – Az útvonalhoz tartozó port lesz az adott bridge Root Port-ja – Ha több egyenlő útvonal, akkor a kisebb PortID nyer

2016.03.01


Root Port

4

Root port választás B8 B3 B5 B2

B7

Root Port B1

B6 2016.03.01


B4 5

STP működése • „Legolcsóbb” utak keresése minden collision domaintől a root bridge-hez – Melyik bridge-en keresztül a legolcsóbb eljutni a root bridgehez – Ha egyenlő árú utak, a kisebb BID dönt • Designated bridge, designated port

– A designated és a root port-ok forwarding state-be kerülnek – Az összes többi porton blokkolni fog • Csak BPDU-k mennek át (később) 2016.03.01


6

Designated bridge/port választás B8 B3 B5 B2

B7

Root Port B1

B6 2016.03.01



7

Port blokkolás B8 B3 B5 B2

B7

Root Port B1

B6 2016.03.01



8

Bridge Protocol Data Unit (BPDU) • Source ID – küldő bridge MAC címe • Dest ID – 01:80:C2:00:00:00 („minden bridge” link-local multicast cím) – Nem küldik a Collision Domain-en kívülre

• Root ID (64 bit) – a (feltételezett) Root Bridge BID-je a küldő szerint – Kezdetben mindenki azt hiszi magáról, hogy ő a Root – Ha alacsonyabb Root ID-t hall, megjegyzi azt, és azt hírdeti

• Root Path Cost (32 bit) - a küldő távolsága a Root Bridge-től – hozzáadva a kettőnk közti távolságot megvan a root-hoz a küldőn át vezető út hossza – ezek közül a legrövidebb a saját Root Path Cost • ez a Bellman-Ford algoritmus – az STP magja egy distance vector routing protocol, ahol a distance vector egyetlen eleme a fa gyökerétől való távolságot adja meg (azaz a fa gyökere az egyetlen útvonalválasztási cél)

– Designated Bridge kiválasztásához 2016.03.01


9

BPDU részletek • Bridge ID (64 bit) – Designated Bridge kiválasztásához egyenlő Root Path Cost esetén

• Port ID (16 bit) – Designated Port kiválasztásához azonos Bridge ID esetén

• Két BPDU könnyen összehasonlítható – egy hosszú számként kezelhető – Ha jobbat hallok a saját BPDU-nál, átszámolom a BPDU-mat és az újat kezdem el hirdetni – Minden port-ra külön BPDU 2016.03.01


10

BPDU részletek • a Root Bridge periodikusan küld BPDU-kat (2 sec) • Ha egy bridge BPDU-t kap a Root Port-on, továbbküldi a saját BPDU-kat a Designated Port-okon – stabil állapotban periodikusan „szaladnak szét” a BPDU-k a Root Bridge-től a feszítőfa leveleihez 2016.03.01

B8

B3

B5

B2

B7

B1 B6


B4

11

Port állapotok • Blocking – csak a BPDU-kat hallgatja, adatforgalom nem megy rajta keresztül

• Listening – Ha egy port Designated vagy Root Port lesz – csak BPDU-kat küld és fogad, adatkereteket nem, amíg kiderül, hogy tényleg a feszítőfa része marad-e (topológia építés fázisa) • ha ilyenkor hall egy jobb BPDU-t, akkor visszamegy Blocking állapotba (Alternate Port szerepbe) • hurkot rövid időre sem szabad megengedni!

– Forward Delay (alapértelmezett érték: 15 s) után Learning állapotba kerül 2016.03.01


12

Port állapotok és állapotgép • Learning – Elkezdi feldolgozni a hallott adatcsomagokat, megjegyzi a MAC címeket, elkezdi felépíteni a switching table-t – Az adatcsomagokat továbbra sem küldi tovább • Forward Delay (alapértelmezett érték: 15 s) után Forwarding állapotba kerül

• Forwarding • •

„Rendesen” kezeli az átmenő forgalmat, az adatokat a megfelelő helyre küldi tovább, a switching tabel alapján Ez a normális működési állapot

• Disabled • 2016.03.01

A port nem továbbít semmilyen adatot Hálózati technológiák és alkalmazások

13

Hiba kezelés • Ha a Root Port-on néhány BPDU elmarad, hibát jelent – A bridge-ek újraszámolják a topológiát – Ha van blokkolt port akkor azt fogja használni

• Az új topológia kialakítására van 15 sec • Következik a MAC címek megtanulása a portokon – 30 másodpercen belül újra működőképes a rendszer

2016.03.01


14

Hiba kezelés B8 B3 B5 B2

B7

Root Port B1

B6 2016.03.01



15

Hiba kezelés B8 B3 B5 B2

B7

Root Port B1

B6 2016.03.01



16

Topology Change Notification BPDU • Két fajta BPDU – Configuration BPDU – Topology Change Notification BPDU (TCN BPDU)

• TCN BPDU-t küldünk, ha… – Egy port Forwarding state-be került, és van legalább egy Designated port-ja • van olyan szegmens, amelyik rajta keresztül éri el a Root Bridge-et

– Egy port Forwarding vagy Learning state-ből Blocking state-be került • Pl. kapott egy jobb BPDU-t mint a sajátja, és emiatt hurok alakulhat ki

2016.03.01


17

Topology Change Notification BPDU • A TCN BPDU-t a Root Port-on küldjük a Root Bridge felé • Ha egy bridge egy TCN BPDU-t kap – továbbküldi a Root Port-on – visszaküld egy TCA (Topology Change Acknowledgment) – a küldő leáll a TCN küldésekkel

• Ha a Root Bridge megkapja a TCN BPDU-t – visszaküld egy TCA-t – kiküld egy Configuration BPDU-t, ami szétterjed a hálózaton – bebillent a TC (Topology Change) flag-et az üzenetben, ami miatt mindenki kiüríti a switching table-jét, és újratanulja a hálózatot 2016.03.01


18

Rapid Spanning Tree (RSTP) • A hibák gyorsabb detektálása – Minden bridge küld időközönként Config BPDU-t, nem csak akkor, ha a Root Port-on kap felülről egyet • Nem a teljes útvonalra kell számolni • STP-nél Config BPDU Max Age = 20 s ( 10 BPDU üzenet x 2 sec Hello Time) • RSTP-nél Config BPDU Max Age = 6 s (3 BPDU)

• Gyorsabb konvergencia – Kevesebb állapot (Blocking, Listening, Disabled = Discard) – Alternatív útvonalak készenlétben – Időzítők helyett kölcsönös „handshake” mechanizmusok 2016.03.01


19

ATM (Asynchronous Transfer Mode) • A különböző típusú forgalmak (audio, video, data) párhuzamos átvitelére találták ki – Az 1500 byte-os Ethernet csomagok túl nagyok • 1.500 byte = 12.000 bit • 10 Mbps-os Etherneten 0.1 μs bit time → 1.2 ms / keret

– Ha több forrás (gép vagy alkalmazás) áll sorban, túl nagy várakozási idők

• Az audio és video alkalmazásoknak szoros késleltetés (delay) és késleltetés-ingadozás (jitter) követelményei vannak 2016.03.01


20

ATM (Asynchronous Transfer Mode) • ATM megoldás – Fix méretű ATM cellák: 5 byte fejléc + 48 byte adat = 53 byte – Segmentation and Reassembly (SAR) • Változó méretű keretek feldarabolása, majd visszaállítása a vevőnél, a fejléc alapján

– Asynchronous Time Division Multiplexing

2016.03.01


21

ATM (Asynchronous Transfer Mode)

2016.03.01


22

ATM fejléc • • • •

GFC – Generic Flow Control VPI – Virtual Path Identifier VCI – Virtual Channel Identifier PTI – Payload Type – ECN – Explicit Congestion Notification

• CLP – Cell Loss Priority – A cella eldobásának valószinűsége ha torlódás van – CLP = 0 – nem dobjuk el – CLP = 1 – best effort forgalom

• HEC – Header Error Control 2016.03.01


23

ATM Switching • Virtual Circuit – Virtuális kapcsolat a forrás és a cél között – PVC – Permanent Virtual Circuit • Előre felépített, statikus „áramkör” (kapcsolat)

– SVC – Switched Virtual Circuit • Dinamikus, igény alapján felépített áramkör (pl. egy telefonhívás esetén)

• VPI+VCI – azonosítja a következő hop-ot amint halad a célállomás felé • Label swapping – minden ugrásnál átírjuk a VPI/VCI értékeket 2016.03.01


24

ATM Switching

2016.03.01


25

ATM Traffic Contract • Mikor egy alkalmazás adatokat szeretne küldeni az ATM hálózaton, létre kell hoznia a virtuális csatornát, megadva az átvitellel szemben támasztott követelményeket • Traffic Contract – Type of Service – Traffic Parameters – Quality of Service Parameters 2016.03.01


26

Traffic Contract – (Source) Traffic Parameters • A forrás által generált forgalom paraméterei – Peak Cell Rate (PCR) – mekkora lehet a maximum megengedett cella generálási ráta – Cell Delay Variation Tolerance (CDVT) – mekkora lehet a cellák generálása közötti jitter – Sustainable Cell Rate (SCR) – mekkora lehet az átlagos megengedett cella generálási ráta – Maximum Burst Size (MBS) – a legnagyobb megengedett börszt (cellák száma) 2016.03.01


27

Traffic Contract – Quality of Service • A hálózattól elvárt end-to-end szolgáltatásminőségi paraméterek – Cell Transfer Delay (CTD) – az első bit elküldése és az utolsó bit megérkezése közötti idő, végponttól végpontig • Maximum CTD és Mean CTD

– Cell Delay Variation (CDV) – a Maximum CTD és Minimum CTD közötti különbség – Cell Loss Ratio (CLR) – az átvitel alatt elveszett csomagok százaléka 2016.03.01


28

Traffic Contract – Type of Service • Constant Bit Rate (CBR) – Egy konstans, mindig rendelkezésre álló sávszélesség szükséges a kapcsolat teljes időtartamában • Peak Cell Rate definiálja

– Pl. interaktív alkalmazások – telefon, video-konferencia

• Real-Time Variable Bit Rate (rt-VBR) – Változó intenzitású, börsztös forgalom, ahol szükséges a forrás és a cél közötti szoros időzítés – Pl. tömörített élő video stream – Peak Cell Rate, Sustained Cell Rate, Maximum Burst Size – Ha a CTD meghalad egy adott értéket, a cella értéke lényegesen csökken, eldobhatóvá válik 2016.03.01


29

Traffic Contract – Type of Service • Non-Real-Time Variable Bit Rate (nrt-VBR) – Változó intenzitású, börsztös forgalom, ahol a forrás és a cél nem kell szinkronban legyenek – Pl. pufferelt video vagy audio streaming – Ha elveszik egy csomag, van idő újraküldeni, egy Cell Loss Ratio-nak meg kell felelni

• Available Bit Rate (ABR) – Börsztös forgalom, nincsenek követelmények a sávszélességre vagy a késleltetésre – Best effort jellegű átvitel – TCP/IP forgalomhoz – Resource Management (RM) cellák adnak visszajelzést a forrásnak a hálózaton aktuálisan rendelkezésre álló erőforrásokról • A forrás ennek megfelelően adaptálja a küldési rátáját, egy Peak Cell Rate-ig

• Unspecified Bit Rate (UBR) – Hasonló az ABR-hez, de nincs RM, a forrás nem adaptálja a küldési rátáját 2016.03.01


30

Miért nem (nagyon) használják? • A 90-es évek elején élte virágkorát – Egyre több multimédia forgalom, melyekhez QoS követelmények társultak

• Hátrányok – Túl nagy veszteség a fejlécekkel • Ethernet – 14 byte / 1500 byte (~ 1%) • ATM – 5 byte / 53 byte (~ 10%)

– Túl komplikált a csomagok darabolása és összerakása (SAR) • Nagyon drága nagysebességű ATM kártyák, a hasonló Ethernet képességű kártyákhoz képest

– 10 Gbps-os Ethernetnél 1,2 ms helyett csak 1,2 μs a küldési ideje egy 1500 byte-os keretnek • Ilyen sebességeknél nem kell igazán a QoS miatt aggódni 2016.03.01


31

2016.02.25


32



Bevezető • (Vezetékes) hálózatok zöldmezős kiépítése nagyon drága lehet – Nem a vezeték a drága, hanem a munkálatok • Ásás, épületeken belüli munkák

• Megoldás: igénybe kell venni a már meglévő hálózatokat – Nyilvános kapcsolt telefonhálózat • Public Switched Telephone Network (PSTN)

– Kábel TV hálózatok – Elektromos hálózat – Gázvezeték hálózat (?) • Ultra Wideband rádiós kommunikáció

– Szennyvízcsatorna hálózat (?) • Optikai kábelek

• De bizonyos esetekben lehet azért újat is építeni… 2016.03.03


2

Internet a gázvezetéken?

2016.03.03


3

Internet a gázvezetéken? • NetherComm ötlete 2005-ben • Ultra Wideband – Nagy frekvenciasáv (>500 Mhz), nagy átviteli sebességek (100 Mbps) – Nagy teljesítményű adók esetén túl nagy interferencia más vezeték nélküli technológiákkal, ezért csak kis hatótávolságra engedélyezve – A föld alatti gázvezetékekben ez nem gond, lehet nagyobb teljesítménnyel adni

• Az UWB technológia ígéretesnek tűnt, de … – Szigorú szabályozás, lassú szabványosítás, az ígértnél lassabb sebességek – 2008-2009-ben az ipar nagy része kihátrált mellőle – A NetherComm is eltűnt…

2016.03.03


4

PSTN • A telefonhálózat elemei: – Előfizetői hurok

• Csavart réz érpár • A háztól vagy az irodától a helyi kapcsolóközpontig („local exchange”) – „Local loop”, „last mile” – Optical local loop, wireless local loop

– Kapcsolóközpontok – Trönkök

• a kapcsolóközpontokat összekötő szálak • gerinchálózat (törzshálózat)

• A kezdeti hálózat teljesen analóg

– Fokozatos áttérés a digitális átvitelre, főleg a kapcsolóközpontok között (gerinchálózat)

2016.03.03


5

PSTN

Local Loop

Local Loop

A

A

Gerinchálózat

A

Local Exchange

2016.03.03

A

Local Exchange


6

Beszédcsatorna • 4kHz sávszélességű beszédcsatorna – A beszédjel átviteli tartománya 0.3 – 3.4 kHz között – Védősávokkal kiegészítve

• Az emberi fül által érzékelhető frekvenciatartomány: 20Hz – 15-20 kHz – A beszédhangok átvitele volt a cél – Nem kell minden hallható hangot átvinni • Gazdasági megfontolások

2016.03.03


7

PCM • Pulse Code Modulation – Az analóg jelek digitalizálására

• Nyquist tétel alapján 4kHz-es jelhez 8kHz-es mintavételezés – 256 jelszintre kvantálva • 8 biten kódolva

– Átviteli sebesség: 8bit x 8kHz = 64 kbit/s

2016.03.03


8

Digitális hangátvitel

Local Loop A

A/D P C M

D/A

D

Gerinchálózat

D

Local Exchange

2016.03.03

P C M

Local Loop A

Local Exchange


9

Dial-up Access • „Betárcsázós internet” • A computerek digitális információi analóg jellé alakíthatóak, és átvihetőek a hagyományos telefonhálózaton – „Modem” – modulator-demodulator

2016.03.03


10

Dial-up modem Local Loop A

A

A/D P C M

D/A

D

Gerinchálózat

D

Local Exchange

A

P C M

Local Exchange

Local Loop A

A A

Modem D/A

Modem A/D

D

D

PC 2016.03.03


PC

11

Kihalófélben a dial-up

2016.03.03


12

Miért DSL? • Telefon ipar (dial up) – 56 Kbps – Kábeltévé ipar – 10Mbps osztott kábeleken – Műholdas cégek – 50 Mbps ajánlatok – Lépni kellett az internetezők megtartása érdekében

• Megjelenik a „szélessávú” (broadband) hozzáférés – Inkább reklám mint valóság – Nem egyértelmű mit értünk szélessávon

• xDSL – különféle DSL változatok – Digital Subscriber Line

2016.03.03


13

Mitől gyors a DSL? •

Miért lassú a dial-up?

– A telefonhálózatot beszédátvitelre optimalizálták • A helyi központban egy sávszűrő • Csak a 4 KHz-es beszédsáv marad

•

•

•

– Az adatok is ezt a sávot használhatják csak

Az xDSL előfizető vonalát egy olyan kapcsolóra kötik át, amelyen nincs szűrő – Kihasználhatóvá válik az előfizetői hurok teljes kapacitása

• Függ a hurok hosszától, a kábelköteg vastagságától, és a minőségétől • 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 előfizető • Minél alacsonyabb a sebesség, annál kevesebb érdeklődő

Megoldás?

– Mini központok a házakhoz közel (elég drága, de nincs jobb)

2016.03.03


14

ADSL • DMT - Discrete Multitone Modulation – 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 – – – – 2016.03.03

0-4 kHz – hang 4-25 kHz – biztonsági sáv 25-160 kHz – upstream sáv 200 kHz - 1.1 MHz – downstream sáv Hálózati technológiák és alkalmazások

15

ADSL DMT • Átvitel minden csatornán, párhuzamosan, az átviteli paraméterek függvényében – Csillapítás a magasabb frekvenciákon – Interferenciák – Áthallás (crosstalk) a kábelkötegben

• A kapcsolat felépítésénél tesztel minden csatornát – A jel/zaj viszony alapján több/kevesebb bit/csatorna – Esetleg más moduláció (x-QAM) – Ha túl zajos a csatorna, nem küldünk rajta

2016.03.03


16

ADSL architektúra Az előfizetőnél

A szolgáltatónál •

POTS Splitter – Frekvenciaosztó a beszédjel és az adatok szétválasztására • A beszéd a hagyományos POTS switch-hez irányítva • A 25 KHz feletti rész a DSLAM-hoz

•

DSLAM – DSL Access Multiplexer – AD / DA átalakító – Több előfizető adatforgalmát multiplexeli egy közös nagysebességű digitális kommunikációs csatornára (ATM vagy Ethernet)

• •

POTS Splitter ADSL modem – Digitális jelfeldolgozó (DSP)

•

Nagysebességű (Ethernet) összeköttetés a PC-vel

• BRAS – Broadband Remote Access Server – Csatlakoztatja a DSLAM-okat egy internetszolgáltató hálózatához 2016.03.03


17

ADSL architektúra

2016.03.03


18

ADSL architektúra

2016.03.03


19

ADSL G.dmt • ITU-T G.992.1 szabvány (1999) • Lényegesen nagyobb a letöltésre elkülönített sávszélesség – 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 meglévő csavart érpáras vezetéken – a felhasználók egy időben telefonálhatnak és internetezhetnek ugyanazon a vezetéken keresztül 2016.03.03


20

ADSL2 • ITU-T G.992.3 szabvány (2002) • A hagyományos ADSL technológiát bővíti ki – A maximális adatátviteli sebesség 12 Mbit/s-ra nő – Az elérhetőségi távolság kb. 500 méterrel bővül • A javulás leginkább a hosszú vezetékeken tapasztalható interferenciák kiszűrésének tudható be

• Az ADSL2 átmenetileg átválthat „teljes digitális” módba – átadja a hangátvitelre elkülönített csatornákat is az adatátvitel számára

• Automatikus átviteli sebesség adaptáció – Seamless Rate Adaptation (SRA) – Menet közben tud változtatni a csatornákon, kiiktatja a zajosakat • Az ADSL-nél ez csak a kapcsolat megszakításával működött 2016.03.03


21

ADSL 2+ • ITU-T G.992.5 szabvány (2003) • Növeli a sávszélességet a használható frekvenciatartomány bővítése által – a hangátvitelre, illetve az adatfeltöltésre használt frekvenciák nem változnak – a letöltési csatorna maximális frekvenciája 1.1 MHz-ről 2.2 MHz-re bővül. • A maximális letöltési sávszélesség 8Mbit/s-ról 16 Mbit/s-ra nő – 1.5 km-es távolságon belül.

2016.03.03


22

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 növelhető – A sebesség 3 km-es körzetben biztosítható • e távolságon felül az átviteli paraméterek fokozatosan gyengülnek

• Az alacsonyabb frekvenciák használata kizárja a hagyományos hangátvitelt – Jelentősen növeli a telepítési költségeket – Inkább üzleti, mintsem lakossági felhasználók 2016.03.03


23

Üzleti SHDSL alkalmazások •

Web hosting

•

Videokonferencia

•

VPN (Virtual Private Network) szolgáltatások

•

Remote LAN Access

– Olyan alkalmazások ahol a felhasználó egy web szerver-t üzemeltet egy DSL kapcsolaton keresztül – Nagy upstream sávszélességet igényel – Egy videokonferencia szolgáltatás adat, text, hang és videó csomagok átvitelére épül – Mivel egy kétirányú szolgáltatás, egy szimmetrikus DSL kapcsolat (SHDSL) jobban megfelel

– Magánhálózat a publikus telekommunikációs infrastruktúra felett – Az adatforgalom biztonsága (privacy) alagutazással és kódolással garantálva – VPN kapcsolatok SHDSL felett egy cégcsoport irodáinak összekötésére, ott ahol egy optikai kábeles megoldás nem elérhető, vagy túl drága – Távmunka (teleworking) vagy SOHO (Small Office Home Office) esetén a vállalati hálózat elérésére

2016.03.03


24

Otthoni SHDSL alkalmazások • Internet Gaming – Egy otthoni felhasználó egy game szerver vagy más otthoni felhasználók ellen játszik – Nagyon fontos a jó minőségű (upstream) kapcsolat

• Residential Gateway Access – Egy olyan CPE (Customer Premises Equipment) melyen keresztül több otthoni szolgáltatás is elérhető (Internet hozzáférés, otthoni videofelügyelet, intelligens otthon)

• Peer-to-peer alkalmazások – Fájlcsere, alkalmazás rétegbeli multicast – Szimmetrikus kapcsolat előnyt jelent a letöltési sebességnél • Ha te is tudsz feltölteni másoknak, hasznos peer leszel, jobb lesz a letöltésed

2016.03.03


25

VDSL • •

HDSL (High bit-rate DSL) – ITU-T G.991.1 (1998) VDSL (Very-high-data-rate DSL) - ITU-T G.993.1 (2004)

•

Lényegesen nagyobb sebességű 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

2016.03.03


26

VDSL2 100

Sávszélesség [Mbit/s]

Kifejezetten rövid hurkos alkalmazásokra

60

Túl kicsi sávszél több (3) HDTV csatornához Túl kicsi sávszél Triple–Play alkalmazásokhoz

20

8 2

SHDSL 1 km

2 km

3 km

4 km

5 km

Távolság

VDSL2 = VDSL sebesség ADSL/2+ hatótávolsággal 2016.03.03


27

VDSL2 • ITU-T G.993.2 (2006) – 100 Mbit/s downstream és upstream – 30 MHz-es frekvenciatartomány – 3 km-es hatótávolság • A nagy sebesség és a nagy hatótávolság egyszerre nem teljesíthető

• 8 meghatározott profil, különböző szolgáltatási szinteknek – Más és más sávszélesség igény régiónként

• ADSL kompatibilis (a VDSL nem az) – Könnyen telepíthető, vonzó technológia a szolgáltatók részére 2016.03.03


28

ADSL kompatibilitás ADSL2+ Modem

ADSL2+ Modem

ADSL2+ Modem

2016.03.03

1. fázis: Nagy, létező ADSL2+ Line Card ADSL/2+ bázis

DSLAM ADSL2+ Modem

ADSL2+ Modem

DSLAM ADSL2+ Modem

VDSL2 Line Card

ADSL2+ Modem

(Costumer Premises Equipment)

DSLAM VDSL2 Modem

ADSL2+ Modem

2. fázis: DSLAM upgrade CPE-k változatlanok

VDSL2 Modem

VDSL2 Line Card


3. fázis: Szelektív upgrade a CPE-k oldalán a választott szolgáltatástól függően 29

G.fast • A legújabb DSL szabvány (2014) – 106 MHz-es frekvenciatartomány (később 212 MHz) – 150 Mbit/s-től 1 Gbit/s-ig – Néhány száz méter, FTTB kiegészítésre

• A korábbi xDSL szabványoktól eltérően nem FDD-t hanem TDD-t használ az upstream és downstream szétválasztásra – 90/10 és 50/50-es profilok kötelezőek – Mivel a TDD nem egy folyamatos üzemmód, akár hosszabb időre is kikapcsolhatunk egy adót és egy vevőt • Ha nincs küldendő adat, lehet energiát spórolni 2016.03.03


30

PPP – Point-to-Point Protocol • Adatkapcsolati rétegbeli protokoll, két csomópont közvetlen összekötésére – xDSL-ben a felhasználó és a BRAS között

• Autentikáció, titkosítás, tömörítés • PPPoE – PPP over Ethernet • PPPoA – PPP over ATM

2016.03.03


31

DSL lefedettség • Egy adott ország területének hány százalékán érhető el DSL szolgáltatás, vagy a lakosság hány százaléka férhet hozza? – A vezetékes telefonvonalak hány százaléka képes DSL szolgáltatásra • Ha túl messze a központ, a telefon OK de a DSL nem

– Világviszonylatban elég nagy lefedettség, de (sok helyen) messze még a 100%

• Két fontos korlátozó tényező – Távolság

• Nagyon gyéren lakott területeken, elszigetelt helyeken vagy nem gazdaságos, vagy nem megoldható technikailag

– Nagy sávszélességet igénylő alkalmazások

• A hagyományos internetezés (web, e-mail) továbbra is fontos • Egyre jobban elterjednek a nagy sebességet igénylő alkalmazások (video, triple play) • Ezeknek a támogatása nagysebességű DSL technológiákkal fontosabb lehet mint a hagyományos „lassú” DSL megoldások terjesztése

2016.03.03


32

2016.03.03 Hálózati technológiák és alkalmazások 33

Turkey

Poland

Slovak Republic

United States

OECD average

Canada

Norway

Ireland

Hungary

Australia

Mexico

New Zealand

Iceland

Greece

Germany

Austria

Italy

Finland

Spain

Czech Republic

Sweden

Switzerland

France

Japan

Denmark

Korea

Belgium

United Kingdom

Portugal

Netherlands

Luxembourg

DSL lefedettség (OECD, 2009)

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

Nemzetközi szabályozás • A világ számos országában a kormány beavatkozott a piaci viszonyokba, az elérhető árú szélessáv elterjesztése érdekében – Közvetlen részvétel a hálózatok kiépítésében és üzemeltetésében – Szabályozások egy egészséges konkurenciára épülő szélessávú szolgáltatáspiac megteremtésére • Megszüntetni a monopolhelyzetben levő („incumbent”) szolgáltatók privilégiumait (pl. Matáv)

• Egy új szolgáltató betörése egy tradicionálisan monopol-helyzetben lévő szolgáltató által dominált piacra nehéz – Korlátozott méretű piac – Viszonylag lassan megtérülő, nagyméretű befektetések 2016.03.03


34

Nemzetközi szabályozás • A versenyhelyzet kialakításához meg kell könnyíteni egy új szolgáltató betörését – – – –

A hosszú engedélyezési procedúrák egyszerűsítése A külföldi befektetőkkel szembeni korlátozások feloldása Adózási kedvezmények Az új infrastruktúra kiépítését vállaló szolgáltatók támogatása • kedvező megoldás a hosszú távú piaci versenyhelyzet kialakulására

– Szabad hozzáférés biztosítása a hálózathoz

2016.03.03


35

Local Loop Unbundling - LLU • Az infrastruktúrával rendelkező szolgáltatókat kényszerítik, hogy biztosítsák más potenciális szolgáltatók részére a szabad hozzáférést a saját hálózatukhoz – legfőképpen a helyi előfizetői hurokhoz való hozzáférés – korrekt, non-diszkriminatív alapon és elérhető áron

• Többféle megoldás

– a helyi hurok teljes átengedése

• a konkurens szolgáltató teljes mértékben rendelkezik a vezetékkel, úgy a hangátvitelt mint az adatátvitelt tekintve

– a helyi hurok megosztása

• a konkurens szolgáltató vagy a helyi hurok hangátvitelt biztosító részével, vagy az adatátvitelt biztosító résszel rendelkezik

– bitfolyam alapú hozzáférés

• az incumbent szolgáltató kiépít egy nagysebességű átvitelt biztosító vonalat a felhasználóhoz, és biztosítja a konkurens szolgáltatók hozzáférését ehhez a vonalhoz • A vonal technikai karbantartása és a szolgáltatás üzemeltetése továbbra is az „incumbent” szolgáltató hatáskörébe tartozik

2016.03.03


36

LLU megvalósítások

2016.03.03


37

Local Loop Unboundling - LLU • A világ számos országában alkalmazták, változó sikerrel – Japánban NTT West és NTT East az incumbent operátor • 97-ben bevezették az LLU-t, kevés sikerrel – Eredmény: 2000 végén még csak 70.000 ADSL vonal

• 2000-ben megszigorítottak a szabályokat – Csökkentek az LLU-ra kiszabható árak – Csökkent az időrés melyen belül az „incumbent” szolgáltató köteles volt a hozzáférést lehetővé tenni – Eredmény: 2003 elején 6.5 millió ADSL vonal » Az ADSL piac 70%-a a konkurens cégeknél

– Az EU-ban nem volt ilyen sikeres 2016.03.03


38



Kábel TV • Ötlet a 40-es évek végén – Jobb vétel ott, ahol a hagyományos antennák nem nyújtottak megfelelő minőséget

• Közösségi antennás televízió – Community Antenna Television – CATV • Egy dombtetőn elhelyezett nagy antenna • Erősítő fejállomás (head end) • Koaxiális kábel

• Családias üzletág, bárki telepíthetett ilyen szolgáltatást – Ha több előfizető, újabb kábelek és erősítők

• Egyirányú átvitel, a fejállomástól a felhasználók felé 2016.03.08


2

A kábeltévé fejlődése • 1970-re több ezer független rendszer • 1974-ben elindul az HBO, kizárólag kábelen – Több új kábeles csatorna – hírek, sport, főzés, stb.

• Nagyvállalatok elkezdik felvásárolni a létező kábelhálózatokat, új kábeleket fektetnek le – Kábelek a városok között a hálózatok egyesítésére – Hasonló ahhoz, ahogy a távközlő iparban a század elején összekötötték a helyi központokat a távolsági hívások miatt

• Később a városok közötti kábeleket nagy sávszélességű fényvezető szálakra cserélik 2016.03.08


3

HFC rendszer • HFC - Hybrid Fiber Coax

– Fényvezető-koax hibrid rendszer

• Fényvezető szálak a nagy távolságok áthidalására • Koaxiális kábel a házakhoz

– Fényvezető csomópont (fiber node) • Elektrooptikai átalakító

– a fényvezető és villamos rész közötti csatolásnál

– Egy fényvezető szál több koax kábelt is táplálhat

• Sokkal nagyobb sávszélesség

2016.03.08

4

Internet a kábeltévén

2016.03.08


5

Internet a kábeltévén •

A kábelhálózat üzemeltetők elkezdték bővíteni a szolgáltatásaikat

•

Át kell alakítani a hálózatot

– Internetelérés – Telefonszolgáltatás

– Az egyirányú erősítőket kétirányú erősítőre kell cserélni mindenhol – A fejállomást fel kell fejleszteni • Egy buta erősítőből egy intelligens digitális számítógéprendszer

– Nagysebességű optikai szálakat csatlakoztat egy internet szolgáltató (ISP) hálózatához

• Cable-Modem Termination System (CMTS)

– A koax kábel osztott közeg, több ház egyszerre használja

• A telefonhálózatban mindenki rendelkezik saját érpárral (előfizetői hurok) • A TV műsorok szórásánál ez nem fontos

– minden műsort 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

• Másfelől a koax kábel sokkal nagyobb sávszélt biztosít mint a sodrott érpár 2016.03.08


6

Internet a kábeltévén • Megoldás: több darabra osztunk egy hosszú kábelt – 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 kezelhető marad

– Tipikusan 500-2000 ház egy szakaszon • További felosztás várható ahogy nő az előfizetők száma és a forgalom

2016.03.08


7

Internet a kábeltévén

2016.03.08


8

Spektrumkiosztás • A kábelhálózatot nem lehet (egyelőre) kizárólag internetezésre használni – Több a tévénéző mint az internetező ügyfél – A városok szabályozzák mi mehet a kábelen, a tévészolgáltatás kötelező – 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, védősávval együtt – NTSC - National Television System Committee – Felbontás: 720 x 480, 29.97 fps 2016.03.08


9

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 • Ma már szinte mindenhol DVB – Digital Video Broadcasting 2016.03.08


10

Spektrumkiosztás • Modern kábeleken 550 MHz felett is lehetséges az adatátvitel, gyakran 750-800 Mhz felett is – Megoldás: feltöltés 5 – 42 MHz között (Európában 5 - 65 MHz) – A spektrum felső végén lévő frekvenciák a letöltéshez

2016.03.08


11

Aszimetrikus átvitel • A TV és rádió mind lefele halad – – – –

A fejállomástól a felhasználó felé Felfele olyan erősítők melyek az 5-42 MHz-es tartományban működnek Lefele az 54 MHz feletti tartományban működő erősítők Aszimmetrikus rendszer, nagyobb downstream mint upstream • Ezt itt műszaki okok befolyásolják, nem úgy mint az ADSL-nél

2016.03.08


12

Moduláció • Minden 6-8 MHz-es csatornát 64-QAM-el modulálnak – Quadrature Amplitude Modulation – Ha kivételesen jó minőségű 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 2016.03.08


13

Kábelmodem • A kábelen jövő 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

2016.03.08


14

Kábelmodem • A kezdetekben minden hálózatüzemeltetőnek 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 előfizetőknek

2016.03.08


15

DOCSIS • DOCSIS 1.0 (1997) – 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 – Szolgáltatásminőségi osztályok (QoS) támogatása 2016.03.08


16

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 2016.03.08


17

DOCSIS • DOCSIS 2.0 (2002)

– Kapacitás szimmetrikus 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

• DOCSIS 3.1 (2013) – 10 Gbps downstream, 1 Gbps upstream, 4096 QAM moduláció – 6-8 MHz széles csatornák helyett 20-50 KHz-s keskeny csatornák, OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) – Channel bonding – akár 200 MHz széles spektrum 2016.03.08


18

OFDM

2016.03.08


19

Csatlakozás • Csatlakozásnál a modem pásztázni kezdi a letöltési csatornákat – A CMTS egy speciális csomagban időnként 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 később lehet változtatni, például a terhelés kiegyenlítése miatt • Több modem ugyanazon a feltöltési csatornán

– Az első csomag a modemtől az ISP-hez megy • IP címet kér, DHCP protokollon keresztül – Dynamic Host Configuration Protocol

• A pillanatnyi pontos időt is megkapja a CMTS-től 2016.03.08


20

Versenyhelyzetes feltöltés • A modem megméri milyen távol van a fejállomás – Távolságbecslés (ranging) – mint a ping – Szükség van rá az időzítések miatt

Versenyhelyzetes feltöltés • A feltöltési csatornát mini időszeletekre osztják (minislot) – FDD/TDMA – 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

• A fejállomás rendszeresen bejelenti mikor új minislot-csoport kezdődik – A kábelen való terjedés miatt nem egyszerre hallják meg a modemek • Mindenki ki tudja számítani mikor volt az első minislot kezdete

– Minden modemhez hozzárendelve egy speciális minislot (Bandwidth Request Slot) melyben feltöltési sávszélességet igényelhet • Több modem lehet ugyanazon a minislot-on

2016.03.08


22

Versenyhelyzetes feltöltés • 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. idő duplázódik

2016.03.08


23

Versenyhelyzetes feltöltés

2016.03.08


24

Szolgáltatásminőség biztosítása • Különböző alkalamzásoknak különböző QoS követelmények • CBR – Constant Bit Rate (pl. VoIP) – Unsollicited Grant Services (UGS) • Nem kell folyamatosan igényelni időkeretet

2016.03.08


25

Admission Control • UGS kéréseket csak a lehetőségek függvényében fogad el – Kellenek szabad időkeretek maradjanak másfajta forgalomnak

2016.03.08


26

Szolgáltatásminőség biztosítása • rt-VBR (Real Time Variable Bit Rate) – pl. live video stream, vagy VoIP jelzésüzenetek – Real Time Polling Service (RTPS) • Csak az az alkalmazás/modem használhatja azt a Bandwidth Request Slot-ot • Biztosan tud igényelni, nincs ütközés

2016.03.08


27

Szolgáltatásminőség biztosítása • Unsollicited Grant Service with Activity Detection (UGS-AD) – – – –

Akkor működik UGS módban, ha van küldenivalója Ha átmenetileg nincs, átvált RTPS módba Ha újból szükség van rá, vissza tud váltani ismét UGS-be Pl. VoIP with Voice Activity Detection (VAD)

• Non-Real Time Polling Service (nRTPS) – nrt-VBR forgalomhoz – A lekérdezési intervallumok nem folyamatosak 2016.03.08


28

Szolgáltatásminőség biztosítása • Best Effort Grants (BEG) – Nincsenek szoros követelmények a késleltetésre és a késleltetés ingadozásra – Fragmentation – ha szükséges, az igényelt időkereteket lehet darabolni • Több fejléc, de (néha) megéri

2016.03.08


29

Scheduling (ütemezés) • Prioritási sorok – alapból 8 (0-tól 7-ig) – A magasabb prioritási sorokat hamarabb szolgálja ki

Scheduling (ütemezés)

Versenymentes letöltés • Letöltésnél csak egy küldő, a fejállomás – Nincs versenyhelyzet, nincs szükség minislot-okra – Nagyméretű forgalom lefelé • Nagyobb, 204 byte-os rögzített csomagméret – Ebben Reed-Solomon hibajavító kód – 184 byte a felhasználói adatoknak

2016.03.08


32

Le- és feltöltés a kábelen

2016.03.08


33





Miért kellenek mégis optikai hálózatok? • Ma már nem a webezés, hanem a multimédia a fontos – MPEG-1 – ISO/IEC szabvány • Moving Pictures Experts Group • 50:1 – 100:1 video tömörítés • 1.5 Mbps, VHS minőségű kép

– MPEG-2 • DVD minőségű kép • Nagy felbontás, nagy színmélység, sok mozgás (pl. sportközvetítés) – 4-8 Mbps

– HDTV – 14 Mbps, 8K UHD TV – 50 Mbps (7680 x 4320, 60 fps)

• Az xDSL sávszélessége messze nem elegendő ehhez – Csak nagyon rövid helyi hurkok esetén 2016.03.10


3

Miért kellenek mégis optikai hálózatok? • HFC (Hybrid Fiber Coax) – Az eredeti 300-550 MHz-es kábeleket 850 MHz-s koax kábelek váltják föl • Plusz 300 MHz → 50 db új 6 MHz-es csatorna • QAM-256-al 40 Mbps egy csatornán → 2 Gbps új sávszél • 500 ház egy kábelen → mindenkinek jut 4 Mbps downstream, ami elég egy MPEG-2 filmhez

– Szépen hangzik, de... • Minden kábelt le kell cserélni 850 MHz-es koaxra • Új fejállomások, új fényvezető csomópontok (fiber node), kétirányú erősítők • Szinte a teljes kábelhálózati rendszert le kell cserélni

• Akkor miért ne legyen minél több fényvezető szál benne? 2016.03.10


4

A kis sebesség ma már kínzás!!

2016.03.10


5

Adatátvitel fényvezető szálon • Három fő komponens: – Fényforrás • LED (light emitting diode), félvezető lézer

– Átviteli közeg • Rendkívül vékony üvegszál

– Fényérzékelő (detektor) • fény hatására elektromos impulzusokat állít elő

• Az adatátviteli sebességet az átalakítás sebessége határozza meg – A gyakorlati sebesség egy szálon ma 10-50 Gbps

2016.03.10


6

Fényvezető szálak • Többmódusú szál – – – –

A fényimpulzusok hosszanti irányban szétszóródnak a szálban Egyszerre több, különböző szögben visszaverődő fénysugár halad Minden sugárnak más a „módusa” Olcsó megoldás, de csak kis távolságokra hatékony (500 m)

• Egymódusú szál

– Ha az üvegszál átmérője nagyon kicsi, a fény visszaverődés nélkül, egyenesen terjed – Jóval drágább a szál, és nagyobb kapacitású, jobb lézereket igényel – Nagyobb távolságok áthidalására sokkal jobb • 50 Gbps 100 km távolságba erősítés nélkül • A transzatlanti optikai kábeleknél nagyon fontos, hogy kevés erősítő legyen

– A gerinchálózatban csak egymódúsú szálakat használnak 2016.03.10


7

Hullámhossz osztás • WDM – Wavelength Division Multiplexing – Több hullámhossz (szín) ugyanazon az üvegszálon – Kezdetben csak 2 szín • Ma már akár 160 • 10 Gbit/s szálon elméletileg 1.6 Tbit/s

2016.03.10


8

Fiber vs. Réz érpár //

• Optikai kábel



– Fényjelekkel működik – Nem érzékeny az elektromágneses interferenciákra – Ismétlők kb. 30 km után – Kismértékű hőtágulás – Törékeny, viszonylag merev anyag – Kémiailag stabil 2016.03.10

Réz érpár      



Elektromos hullámok Érzékeny az elektromágneses interferenciákra Ismétlők 5 km után Nagymértékű hőtágulás Hajlítható anyag Érzékeny a korrózióra és galvanikus reakciókra Újrahasznosítható 

Jó pénzért el lehet adni a rezet


9

FTTx • FTTx – Fiber To The x – – – – – – – – – –

FTTN – Fiber To The Neighborhood FTTC – Fiber To The Curb FTTB – Fiber To The Building FTTH – Fiber To The Home … FTTO – Fiber To The Office FTTD – Fiber To The Desk FTTE – Fiber To The Enclosure FTTP – Fiber To The Premises FTTU – Fiber To The User

2016.03.10


10

FTTC/FTTB • Fiber To The Curb / Building – Üvegszál az elosztódobozig / épületig

• Üvegszál a helyi központból minden lakókörzetig – A szál egy ONU-ban végződik • Optical Network Unit – optikai hálózategység

– Több helyi rézhurok, koax, Ethernet kábel csatlakozhat hozzá • Nagyon rövid hurkok, lehetséges szimmetrikus nagysebességű kiterjesztés – Pl. VDSL – Dél-kelet Azsiában nagyon elterjedt

• Alkalmas MPEG-2 átvitelre, videokonferenciázásra • Az FTTC/FTTB maga szimmetrikus átviteli sebességeket biztosít

2016.03.10


11

FTTH – Fiber To The Home •

Rendszerelemek – OAN: Optical Access Network • Optikai hozzáférési hálózat

– ONU/ONT: Optical Network Unit/Terminal • Az előfizető otthonában

– OLT: Optical Line Termination • végződtetés a szolgáltató hálózatában

OAN CO/HE

2016.03.10

//

OLT


ONU

12

Miért FTTH? • Az FTTH előnyei – Hatalmas adatátviteli kapacitás – Könnyen feljavítható (upgrade) – Könnyen telepíthető • Földben és levegőben vezethető kábelek

– Teljesen szimmetrikus szolgáltatásokat biztosít • Külön hullámhosszon a downstream és upstream forgalom • Korábban kétszálas verziók is

– – – –

Alacsony üzemeltetési és karbantartási költségek Nagyon nagy távolságok esetén is működik Kis átmérőjű, könnyű kábelek Nem zavarják elektromágneses interferenciák

2016.03.10


13

FTTH architektúrák • PON – Passive Optical Networks – – – –

Több felhasználó megoszt egy fényvezető szálat Optikai splitter-ek a jel szétválasztására és aggregálására Áramellátás csak a végeknél szükséges Osztott hálózat – Point to Multipoint (P2MP) Általában 10-20 km //

OLT

// // //

//

ONU

// //

Optikai splitter 2016.03.10


// 14

FTTH architektúrák • Active Node – Az előfizetőknek saját fényvezető száluk - Point to Point (P2P) – Aktív, árammal táplált csomópontok a forgalom elosztására - Ethernet switch – Layer2/Layer3 switching/routing 70 km-ig

10 km-ig //

OLT // // //

ONU

// //

Active Node (powered) 2016.03.10


// 15

FTTH architektúrák • Hybrid PON – Az előbbi két architektúra kombinált változata 70 km-ig OLT // //

//

// //

Optikai splitter

ONU

//

Active Node (powered)

2016.03.10

10 km-ig

//

// Optikai splitter


//

16

Ethernet vagy ATM alapú PON? • Egy OLT-hez több PON köthető – Mindegyik olcsó passzív optikai filtereken keresztül jut el sok ONU-hoz

• Két külön technológia vetélkedik egymással – APON – ATM-based PON • ITU-T G.983.x • Az első PON implementáció

– EPON – Ethernet-based PON

2016.03.10


17

PON le- és feltöltés •

A le- és feltöltés nem egyformán működik – A letöltés broadcast

• A splitter minden szálra kitesz minden csomagot • Az ONU csak azt a csomagot kezeli melyet neki címeztek (fejléc alapján)

– A feltöltés TDMA-t használva történik

• Az OLT időszeleteket oszt ki az ONU-knak • Szinkronizált csomagküldés • Időszeletek kiosztása igénylések függvényében

2016.03.10


18

APON • Segmentation and Reassembly (SAR) – Fix hosszúságú csomagok • 53 byte-os ATM cellák

– Az adatok átmennek egy ATM Adaptation Layer-en (AAL) ahol 48 byte-os darabokra osztják őket • Plusz 5 byte a fejléc

– A címzettnél az eredeti forgalmat újból összerakják

• A SAR miatt az ATM kifejezetten alkalmas video, hang és adatátvitelre – A kis, fix hosszúságú cellákban jól lehet késleltetésre érzékeny forgalmat szállítani – A procedúra időigényes, az 5 byte-os fejléc pedig nem hatékony (10%-os overhead)

• A fix hosszúságú cellák jól illeszkednek a PON TDMA alapú feltöltéséhez – Könnyű az időszeletek kezelése 2016.03.10


19

EPON • Az adatok az IEEE 802.3 (Ethernet) formátumot használják – Változó hosszúságú csomagok 64 és 1518 byte között

• Hogyan oldjuk meg a TDMA alapú feltöltést? – Feloszthatnánk az Ethernet kereteket (frame) fix hosszúságú részekre • Egyszerűbb lesz a feltöltés • Az ár egy SAR funkció hozzáadása az EPON protokoll stack-hez

– Alkalmazott megoldás: fix hosszúságú időszeletek, melyekbe több csomagot be tud rakni az ONU • Javít a hatékonyságon • Nehéz változó hosszúságú csomagokkal jól feltölteni egy fix hosszú időszeletet

2016.03.10


20

EPON downstream forgalom

2016.03.10


21

EPON downstream csomagok

• • • •

Fix időközönként (2ms) küldött frame-ek, változó hosszúságú csomagokkal Szinkronizációhoz szükséges információ minden frame előtt Minden csomag fejléce megmondja ki a címzett Hibaellenőrző információ a csomag végén

2016.03.10


22

EPON upstream forgalom

2016.03.10


23

EPON upstream csomagok

• Az upstream forgalom frame-ekre (2ms) osztva • Minden ONU-nak van egy saját időszelete, melyet változó hosszúságú csomagokkal tölthet fel 2016.03.10


24

Hagyományos PON •

Az alapötlet: – Mindenkinek nem éri meg külön szálat kihúzni az OLT-től – Elég egy szálat közel vinni a felhasználókhoz, majd passzív eszközökkel elosztani

•

Hátrányok – A splitter-ekben nincs intelligencia, nem tudod őket távolról vezérelni • Ha valami hiba van, nem könnyű egyenként megnézni minden splitter-t

– Nem flexibilis • Ha egy 4-es splitter-en keresztül csatlakozol, egy 5-ik előfizetőnek új szálat kell kihúzni • Újratervezni a hálózatot, betenni egy nagyobb splitter-t • Egy splitter cseréjénél minden downstream előfizető szolgáltatása leáll

•

Megoldás: ha 1x32-es splittert használsz, ne tervezd 32 ONU-sra a hálózatot, csak 16-osra vagy 24-esre – Van hely bővítésre – A maradék 16-nak többe fog kerülni a szolgáltatás 2016.03.10


25

Passive Star PON • A splitter-ek egy dobozban csoportosítva – Egyszerűbb a hibaelhárítás

• Továbbra is fa struktúra – Ha a splitter és a CO közötti szál meghibásodik, nincs backup – A splitterek passzívak, nem tudnak átváltani egy új útvonalra hiba esetén 2016.03.10


26

Active Star • Hátrány az aktív (árammal ellátott) node szükségessége • Sok szempontból előnyös intelligens eszközöket használni a hálózat szélén – Az aktív node IGMP* proxy-ként működhet • Multicast forgalom támogatása • Hatékony erőforráskihasználás

– Hibatűrő megoldás • Az aktív node-ok gyűrűbe kötve • Ethernet Protection Switching Rings (EPSR) • 50 ms alatti váltás hiba esetén – Video esetén pillanatnyi kockás kép – Egy telefon kapcsolat nem szakad meg

– Könnyen menedzselhető, könnyű hibaelhárítás *IGMP- Internet Group Management Protocol 2016.03.10


27

Újabb verziók • Broadband PON • 622 Mbps downstream, 622 Mbps upstream

• Gigabit PON – Több downstream/upstream változat • Legelterjedtebb az 2.48 Gbps dowsntream és 1.244 Gbps upstream

• XGPON (10G-PON) – 2010 2016.03.10


28

Adatátviteli sebességek összehasonlítása 

PON megoldásoknál kisebb sebességek 



Osztott rész az OLT és az első splitter között Valamivel jobb a helyzet ha nem telített a splitter 



Active Node-nál mindenkinek saját fényvezető szála

Magánfelhasználóknak általában 100 Mbps mindkét irányban  Üzleti előfizetőknek akár több Hálózati technológiák és alkalmazások 29 Gbps 

2016.03.10

Nem 32-be, hanem csak 16-ba vagy 24-be kell osztani

FTTH/FTTB elterjedése • Az FTTH/FTTB még gyerekcipőben – Kezdeti, növekedési fázis – A közeljövőben továbbra is Ázsia vezeti majd a versenyt

• A nagy Telco cégek közül kevesen vezették be

2016.03.10


30

Feb. 2010

2016.03.10


31

2016.03.10


32

FTTx szolgáltatás • Két szolgáltatási modell – Saját hálózat • Az FTTx szolgáltatások nagy része • A hálózat tulajdonosa egyenesen a felhasználóknak adja el a szolgáltatást • Hagyományos telefon és kábeltévé szolgáltatási modell

– Nyílt hozzáférés • Több országban törvényi szabályozás miatt • A hálózat tulajdonosa átadja az infrastruktúrát több viszonteladó szolgáltatónak, ők szerződnek a felhasználókkal 2016.03.10


33

Nyílt hozzáférés (Open Access) • A tulajdonos egyenlő feltételek mellett adja át a hálózatát különböző szolgáltatóknak (Telco, ISP, video szolgáltató, stb) – Saját maga nem lép be a versenybe

• Általában önkormányzati, városi hálózatok – A hálózati infrastruktúra közszolgáltatásnak számit • Úgy mint a víz, az áram vagy az úthálózat

2016.03.10


34

Open Access példák • Sok önkormányzati Open Access hálózat Nyugat Európában és főként Skandináviában – Stokab (Stockholm) – az első önkormányzati FTTx hálózat (1996) – Vasterbotten – vidéki régió, fele akkora mint Hollandia, 260.000 lakos • 15 önkormányzat összekötve egy FTTx hálózaton

– Svédországban 289 önkormányzat, több mint 200-nak saját hálózata – CityNet, Amsterdam – 450.000 házat bekötő hálózat – Több önkormányzati hálózat Dániában

• Franciaországban és Angliában új törvényjavaslatok a nyílt hozzáférésű hálózatok támogatására vagy kötelezővé tételére • Néhány önkormányzati hálózat az USA-ban

2016.03.10


35

FTTH Európában • Sok országban jogilag szabályozva – Nemzeti szélessávú stratégiák

• Miért nem építenek saját optikai hálózatot az „incumbens” szolgáltatók?

– Így is uralják a piacot, nincsenek rákényszerítve – A rövid előfizetői hurkok miatt viszonylag magas xDSL sebességek – Skandináviában olcsóbb az önkormányzatok hálózatait bérelni, mint sajátot építeni – A videoátvitel még nem annyira követelmény mint Ázsiában

• A helyi önkormányzatoknak az FTTH egy fontos eleme a regionális fejlesztésnek – Vonzóvá teszi a régiót, megéri befektetni

2016.03.10


36

FTTx saját hálózaton • Versenyhelyzetes piacok – Minden szolgáltatónak saját hálózata, mellyel lefedik ugyanazt a területet – Leginkább jellemző az USA-ban és Japanbán • 9 japán szolgáltatónak van saját hálózata

– Európában is van rá példa (Hollandia) – Nagyobb sebességek, kisebb üzemeltetési költségek (OpEx) • Nagyobb tőkeberuházás (CapEx)

2016.03.10


37

FTTH verseny Tokió belvárosában

2016.03.10


38

Biztonságos kommunikáció • Egy osztott közegen bárki elolvashatja a mellette elhaladó forgalmat • Hogy a szomszédot ne hallgathasd le, a forgalom titkosítva halad mindkét irányban – Meg kell egyezni 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 időt venne igénybe, még egy szuperszámítógéppel is

2016.03.10


39

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 ellenőrizni tudja Bob publikus kulcsával hogy a csomag tényleg Bobtól származik

2016.03.10


40



IEEE 802.11 • WLAN – Wireless Local Area Network

– A legelterjedtebb WLAN megoldást az IEEE 802.11 szabvány definiálja – Más megoldások: HiperLAN, HomeRF

• Mire jó?

– Épületen belüli WLAN-ok – Épületek közötti összeköttetés – Otthoni alkalmazás

• Vezeték nélküli kiterjesztése az otthoni szélessávú előfizetésnek

– Nyílvános internetszolgáltatások (hotspot)

• Reptereken, szállodákban, internet-kávézókban

2016.03.17


2

A 802.11 protokollkészlete •

Fizikai réteg – –

•

MAC alréteg – Medium Access Control –

•

Nagyjából az OSI fizikai rétegének felel meg Különböző verziókban különböző átviteli módszerek Dönt a csatornahozzáférésről (ki lesz a soron következő adó)

LLC alréteg – Logical Link Control – –

Elrejti a különböző 802-es változatok eltéréseit a hálózati réteg elől Megbízható kommunikációt tud biztosítani az adatkapcsolati rétegben

Adatkapcs olati réteg

Felsőbb rétegek LLC alréteg MAC

alréteg

802.11

Infravörös 2016.03.17

802.11 FHSS

802.11 DSSS

802.11a OFDM

802.11b HR-DSSS


802.11g OFDM

Fizikai réteg 3

Fizikai réteg • A 802.11-es szabvány (1997) három átviteli módszert rögzít a fizikai rétegben: – Infravörös – FHSS – Frequency Hopping Spread Spectrum – DSSS – Direct Sequence Spread Spectrum

• 802.11a, 802.11b (1999) - új eljárások, a nagyobb sávszélesség eléréséhez – OFDM – Orthogonal Frequency Division Multiplexing (11a, 5 Ghz) – HR-DSSS – High Rate DSSS (11b, 2,4 GHz)

• 802.11g (2001) - új OFDM modulációs változat, más frekvenciasávban (2,4 Ghz) • 802.11n (2009) - MIMO OFDM – multiple input, multiple output (több antenna) •

2,4 és 5 GHz is

2016.03.17


4

Infravörös átvitel •

Hasonló a televíziók távirányítójában lévő megoldáshoz

•

Előnyök:

•

– Közvetlen rálátást nem igényel

– Egyszerű, olcsó megoldás – Az infravörös jelek nem hatolnak át a falakon

• a különböző helységekben lévő cellák jól elkülönülnek egymástól

Hátrányok

– Kis sávszélesség

• 1 vagy 2 Mb/s sebesség

– Az infravörös jelek nem hatolnak át a falakon

• Az eléréshez a hozzáférési ponttal egy helységben kell lenni

– A napfény elnyomja az infravörös sugarakat

•

Nem egy népszerű megoldás

2016.03.17


5

FHSS • Frequency Hopping Spread Spectrum (frekvenciaugrásos szórt spektrum) – 2.4 GHz-s ISM sávban • 79 db 1 MHz-es csatorna 2.402 GHz és 2.480 GHz között (Európa, USA) • 23 db csatorna 2.473 GHz és 2.495 GHz között (Japán)

– Álvéletlenszám generátorral előállított frekvencia ugrássorozatok • Ha két állomás ugyanazt a kezdőértéket (seed) használja, akkor ugyanazokat a frekvenciákat fogjak egyszerre végigjárni – Időben szinkronban kell maradniuk

• 78 db ugrássorozat, mindegyik 79 csatornával (USA, Európa) – Az 1. sorozat az USA-ban 3,26,65,11,46,19,74,50,22,64,79,32,62...

• 12 db ugrássorozat, mindegyik 23 csatornával (Japán)

– A tartózkodási idő (dwell time) az egyes frekvenciákon állítható • Nem lehet nagyobb 400 ms-nál • Leggyakrabban használt értékek: 32 ms vagy 128 ms 2016.03.17


6

FHSS

Hedy Lamarr szinésznő

2016.03.17


George Antheil szeneszerző

7

FHSS •

Előnyök – Hatékony spektrumkihasználás a szabályozatlan ISM (Industry, Science, Medical) sávban

– Valamennyire biztonságos • Aki nem ismeri az ugrássorozatot vagy a tartózkodási időket, nem tud lehallgatni

– Jó védelem a többutas csillapítás (multipath fading) ellen • A jel az adótól elindulva, különböző tárgyakról visszaverődve terjed – Többször is eléri a vevőt

• A vevő csak egy rövid ideig hallgat azon a csatornán – Nem fogják zavarni a késéssel érkező jelek a régi csatornán

– Kevéssé érzékeny a rádiós interferenciára • A zavaró jelek egy adott frekvenciatartományra korlátozódnak – A vevő hamar kiugrik onnan

•

Hátrányok – Kis sávszélesség (1 Mb/s)

2016.03.17


8

DSSS •

Direct Sequence Spread Spectrum (közvetlen sorozatú szórt spektrum) – Átviteli kapacitás szintén 1 vagy 2 Mb/s – A „hasznos” adatokat szétszórjuk a teljes frekvencia tartományban • XOR művelet 11 bitből álló chip-kóddal (zaj) – Pseudo-random sorozat, 1-ből és 0-ból, sokkal nagyobb frekvencián mint az eredeti jel

• A zajt a fogadó ki tudja szűrni – Vissza tudja állítani a hasznos adatokat

Data

1 bit period

XOR

Out

PN (pseudo-noise) 11 chips 2016.03.17

0100100011110110111000

11 Bit Barker Code: 10110111000 Hálózati technológiák és alkalmazások

9

DSSS • A hasznos adatot szétszórjuk a teljes frekvenciatartományban – A szélessávú jel nehezebben detektálható • Aki le szeretne hallgatni csak „zajt” érzékel – Nem tudja kiszűrni belőle az információt

• Eredetileg katonai alkalmazásokra vezették be

– 11 bites chip-kód esetén 22 MHz széles sávra szór • 30 MHz két DSSS rendszer között, az interferenciák elkerülésére • A 2,4 GHz-es ISM sáv 83.5 MHz széles – csak 3 DSSS rendszer működtethető egyszerre egy helyen interferencia nélkül

2016.03.17


10

802.11a (Wi-Fi5) • A nagyobb sávszélesség érdekében újabb eljárásokat dolgoztak ki (‘99) • OFDM - Orthogonal Frequency Division Multiplexing – 5 GHz-es ISM sávban – Akár 54 Mb/s-os átviteli sebesség • A frekvenciatartomány több apró szeletre osztva • Az átvivendő jelet is részekre osztjuk

• Egyidejűleg több frekvencián (alvivőn) is átvitel, nagyobb átviteli sebesség

– A hagyományos FDM-ben védősávok az interferenciák elkerülésére • Kevesebb lehetséges frekvenciaszelet

– Az OFDM-ben ortogonális frekvenciák • Az egyes alvivők középfrekvenciáján a többi jel nulla értéket vesz fel

2016.03.17

11

802.11b (Wi-Fi) • Wireless Fidelity – Vezetéknélküli torzításmentesség

• Ez az első 802.11x szabvány – Nem a 802.11a utóda, egyszerre fejlesztették őket

• HR-DSSS – High Rate Direct Sequence Spread Spectrum • Hatékonyabb moduláció mint a hagyományos DSSS-ben

– 4 átviteli sebesség a 2,4 GHz-es sávban • 1, 2, 5.5 és 11 Mb/s

• Kisebb sebesség mint a 802.11a-nál – Nagyobb működési tartomány

2016.03.17


12

802.11g és 802.11n • 802.11g - 2001-ben fogadták el

– OFDM-et használ (mint a 802.11a) – A 2,4 GHz-es ISM tartományban (mint a 802.11b) • Ugyanúgy érzékeny az interferenciákra

– 54 Mb/s-os adatátviteli sebesség

• 802.11n – 2009

– OFDM-MIMO (Multiple Input Multiple Output) – Max. 600 Mb/s – 2,4 és 5 GHz-es tartomány is

• Viszont nagyon sok telepített 802.11b hálózat, eszköz létezik

– Ameddig ezek beszerzési költsége amortizálódik, a gyorsabb megoldások nem terjed olyan könnyen

2016.03.17


13

802.11g és 802.11n

2016.03.17


14

Ad-hoc mód • Minden csomópont közvetlenül kommunikál a hatósugarán belüli többi csomóponttal • Távolabbi csomópontok közötti kommunikáció ad-hoc útválasztással – AODV, DSR, DSDV, stb.

• Minden állomás egyben router is – Többugrásos ad-hoc hálózatok – Nincs szükség AP-ra

• Nagyon gyorsan fel lehet építeni egy ideiglenes hálózatot – Egy rendezvény vagy konferencia résztvevői között

2016.03.17

15

Infrastruktúra mód •

Cellás rendszer – Basic Service Set (BSS) – cella – Access Point (AP) – hozzáférési pont • Minden cellát egy AP vezérel • A csomópontokat periódikusan lekérdezve (polling) a csomagküldést vezérli

– Elosztó hálózat – Distribution System (DS) • Az AP-kat egymáshoz kapcsoló vezetékes (Ethernet) vagy vezeték nélküli hálózat

•

Több cella alkot egy kiterjesztett szolgáltatási hálózatot – Extended Service Set – ESS

Elosztó hálózat AP2

AP1

BSS-A

BSS-B

2016.03.17

16

ESS

802.11b csatornák • Milyen frekvencián kommunikáljunk a cellán belül? • 802.11b a 2.4 GHz-es ISM sávban – Max. 14 csatorna – Részben egymásra lapolódnak

• Országonként változó szabályozás

Csatornák

Frekvenciák (GHz)

1

2.412

2

2.417

3

2.422

4

2.427

5

2.432

6

2.437

7

2.442

8

2.447

9 2.452 – Magyarországon és Európában általában 10 2.457 az 1-13 csatornák 11 2.462 – Az USA-ban 1-11 csatornák Az USA-ban használt IEEE 802.11b csatorna frekvenciák – Japánban mind a 14 csatorna

2016.03.17


17

802.11b csatornák – Kis cellákat alakítunk ki • Minden szomszédos cella más-más frekvencián kommunikál • A cellákban használt frekvenciák nem fedik egymást

11 2016.03.17

11

6

1

1


18

802.11b csatornák • A csatornák az adóvevők által használt központi frekvenciát jelentik – Pl. 2,412 GHz az 1. csatorna, 2,417 GHz a 2. csatorna • Csak 5 MHz eltérés a központi frekvenciák között

– A 802.11b jel kb. 30 MHz-es spektrumot fed le • A jel kb. 15 MHz-et foglal el a központi frekvencia mindkét oldalán • Átfedés jön létre több szomszédos csatorna frekvenciasávja között

– Cellás megoldásban a szomszédos cellák frekvenciatávolságának legalább 5 csatornának kell lennie • Használhatjuk pl. az (1, 6, 11) kombinációt

2016.03.17


19

Csatlakozás egy új cellához • Egy állomás csatlakozhat egy létező BSS-hez... – Bekapcsolás után – Alvó módból való kilépéskor – A BSS területére lépéskor

• Passive Scanning

– Az állomás egy Beacon Frame-et vár az AP-tól – Az AP periódikusan küldi azt, szinkronizációs információt hordoz

• Active Scanning

– Az állomás megpróbál egy AP-t találni magának – Probe Request kereteket küld – Probe Response választ vár az AP-któl

• Ha több AP válaszol, kiválasztja a „legjobbat” – Legjobb jel/zaj viszony

• SNR – Signal to Noise Ratio

2016.03.17


20

802.11 MAC alréteg • Vezeték nélküli környezetben a CSMA nem működik • Rejtett állomás problémája – Nem minden állomás tartózkodik az összes többi vételkörzetében • C ad a B-nek • A nem hall semmit a csatornán • Ő is elkezd adni B-nek

C rádiójának hatósugara

A 2016.03.17


B

C adása

C 21

Látható állomás problémája • B akar küldeni C-nek – Belehallgat a csatornába, és látja hogy foglalt A által – Arra következtet, hogy nem küldhet C-nek – Lehet, hogy A D-nek küld, nem zavarná C-t A rádiójának hatósugara

D 2016.03.17

A

A adása

B

C 22

DCF vs. PCF • Két másik megoldás: – DCF – Distributed Coordination Function • Nem használ központi vezérlést • Minden megvalósításnak támogatnia kell

– PCF – Point Coordination Function • A bázisállomás segítségével vezényel minden tevékenységet a cellában • Támogatása opcionális

2016.03.17


23

802.11 DCF • CSMA/CA-t használ – Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance • CSMA ütközéselkerüléssel

– Multiple Access with Collision Avoidance for Wireless (MACAW) • Virtuális csatornaérzékelés

2016.03.17


24

MACAW • A szeretne küldeni B-nek – C az A állomás vételkörzetében van – D a B állomás vételkörzetében, de az A vételkörzetén kívül

A rádiójának hatósugara

C 2016.03.17

B rádiójának hatósugara

A

B

D 25

MACAW •

A egy RTS keretet küld B-nek, és engedélyt kér egy adatkeret küldésére –

•

Ha B megadja az engedélyt, visszaküld egy CTS keretet –

•

Request To Send Clear To Send

A elküldi a keretet és elindít egy ACK időzítőt – –

Ha B megkapja rendben az adatokat, válaszol egy ACK kerettel Ha az A időzítője lejár mielőtt megkapná az ACK-ot, újból kezdődik az egész Adat

RTS

C 2016.03.17

A

CTS

B ACK

D 26

MACAW •

C hallja A-t, megkaphatja az RTS keretet – Rájön, hogy nemsokára valaki adatokat fog küldeni – Eláll adatküldési szándékától, amíg az üzenetváltás véget nem ér • Hogy mikor lesz vége tudja az ACK időzítőből

– Foglaltra állít magának egy virtuális csatornát • NAV – Network Allocation Vector

•

D nem hallja az RTS-t, de a CTS-t igen – Ő is beállítja magának a NAV-ot

•

A NAV belső emlékeztető hogy csendben kell lenni, nem küldik el NAV

C RTS A

Adat

CTS

B D

ACK NAV

2016.03.17

Idő

27

Fragment burst •

Vezeték nélküli hálózatokban nagy zaj, nagy csomagvesztés – Minél nagyobb egy keret, annál nagyobb a valószínűsége a hibának

•

A kereteket fel lehet darabolni – Ha RTS/CTS-el megszerzi a csatornát, több részt küldhet egymás után • Fragment burst - részlöket

– Nő az átbocsátóképesség • Ha hiba van, nem kell a teljes keretet újraküldeni

– A NAV eljárás csak az első részre kerüli el az ütközést • Más megoldásokkal egy teljes részlöket átküldhető ütközés nélkül

A

Részlöket

NAV

C

1. rész

RTS

CTS B D

2. rész

ACK

3. rész

ACK

ACK

NAV

Idő

28

802.11 PCF •

A bázisállomás vezérli a kommunikációt

•

Körbekérdezi a többi állomást, hogy van-e elküldésre váró keretük

– Nincsenek ütközések

– A szabvány csak a körbekérdezés menetét szabályozza • •

•

Nem szabja meg annak gyakoriságát, sorrendjét Nem írja elő, hogy minden állomásnak egyenlő kiszolgálásban kell részesülnie

A bázisállomás periódikusan elküld egy beacon frame-et – 10-100 beacon/s – Rendszerparamétereket tartalmaz •

Ugrási sorozatok és tartózkodási idő (FHSS-nél), óraszinkronizáció, stb.

– Ezzel hívja az új állomásokat is, hogy csatlakozzanak a körbekérdezéshez

•

A bázisállomás utasíthatja az állomásokat, menjenek készenléti állapotba – Addig amíg a bázisállomás vagy a felhasználó fel nem ébreszti őket •

Kíméli az állomások akkumulátorát

– A bázisállomás puffereli a készenléti állapotban lévőknek szánt kereteket 2016.03.17


29

PCF vs. DCF • •

A PCF és a DCF egy cellán belül egyszerre is működhet – Egyszerre elosztott és központosított vezérlés?

• Gondosan definiálni kell a keretek közti időintervallumot • Egy keret elküldése után kell egy holtidő, mielőtt bárki elkezdene küldeni valamit

Négy ilyen intervallumot rögzítettek – SIFS – Short Inter-Frame Spacing • • • •

A legrövidebb intervallum, a rövid párbeszédet folytatókat részesíti előnyben A SIFS után a vevő küldhet egy CTS-t egy RTS-re Egy vevő küldhet egy ACK-ot egy részre vagy a teljes keretre A részlöket adója elküldheti az újabb részt, új RTS nélkül SIFS

Itt lehet elküldeni a vezérlőkeretet vagy a következő részkeretet

ACK 2016.03.17

Idő

30

PCF vs. DCF • PIFS – PCF Inter-Frame Spacing – PCF keretek közti időköz – A SIFS után mindig egyvalaki adhat csak – Ha ezt nem teszi meg a PIFS végéig, a bázisállomás elküldhet egy új beacon-t vagy egy lekérdező keretet • Az adatkeretet vagy részlöketet küldő nyugodtan befejezheti a keretet • A bázisállomásnak is van alkalma magához ragadnia a csatornát – Nem kell a mohó felhasználókkal versengenie érte SIFS

Itt lehet elküldeni a vezérlőkeretet vagy a következő részkeretet Itt lehet elküldeni a PCF kereteket PIFS

ACK 2016.03.17

Idő

31

PCF vs. DCF •

DIFS – DCF Inter-Frame Spacing – DCF keretek közti időköz – Ha a bázisállomásnak nincs mondanivalója, a DIFS elteltével bárki megpróbálhatja megszerezni a csatornát • Szokásos versengési szabályok • Kettes exponenciális visszalépés ütközés esetén

•

EIFS – Extended Inter-Frame Spacing – Olyan állomások használják, akik egy hibás vagy ismeretlen keretet vettek, és ezt próbálják jelenteni • Legalacsonyabb prioritás Itt lehet elküldeni a vezérlőkeretet vagy a következő részkeretet SIFS Itt lehet elküldeni a PCF kereteket PIFS Itt lehet elküldeni a DCF kereteket DIFS Itt kezdődhet a hibás EIFS keretek javítása

ACK 2016.03.17

Idő

32



Önkormányzati WiFi hálózatok • Sok amerikai városban tervezn(/t)ek önkormányzati forrásokból a város teljes területét lefedő WiFi hálózatot létrehozni – Los Angeles, Boston, Philadelphia, stb. – Budapesten is?

• Sokan ellenzik az ötletet – – – – –

•

Sokba kerül, az adófizetők pénzéből Az önkormányzati források szűkösek, sok mást lehetne csinálni a pénzzel A technológia hamar elavulhat, anélkül hogy a befektetés megtérülne Rossz hatással lenne a helyi, kis szolgáltatókra Sokak szerint gazdasági fellendülést hozhat egy városnak a WiFi lefedettség • A közvetlen kapcsolat nem bizonyított

B. Cox, et. al, “Not In The Public Interest - The Myths of Municipal Wi-Fi Wireless Networks, Why Municipal Schemes To Provide Wi-Fi BroadBand Services Are Ill-Advised, ” New Millennium Research Council, Wash. D.C. Feb. 2005. http://www.heartland.org/custom/semod_policybot/pdf/17737.pdf 2016.03.22


2

P2P alapú WiFi hálózat • Központosított, egységes rendszer helyett bízzuk a felhasználókra – Pl. a FON nevű spanyol cég kezdeményezése • A Google és a Skype támogatásával (21.7 millió dollár, 2006 február)

– Miért fizess egy hotspot-os hozzáférésért, ha már otthon van egy előfizetésed ?

• Speciális WiFi router (La Fonera) – Kezdetben 5 $ vagy 5 €, ma már 39.95 € – Cserébe aktiválni kell a FON szolgáltatást • Meg kell osztani a hozzáférést 2016.03.22


3

FON • Három fajta FON felhasználó – Linus

• A saját vezetékes internet hozzáférését kibővíti egy mini hotspottal

– Alien

– Ha azt megosztja, ő is ingyenesen hozzáfér a többi peer hotspotjához

• Nem tudja/akarja megosztani a hozzáférését, de használni akarja a FON hálózatot

– Bill

– Alkalmi felhasználó, fizetni fog

• Olyan felhasználó, akit nem érdekel az ingyenes roamingolás

– Megosztja a hozzáférését, de roamingolás helyett pénzt kap cserébe – Az ő hozzáférését használó Alien-ek által fizetett összeg felét

• 2014 óta nem támogatott 2016.03.22


4

2016.03.22


5

2016.03.22


6

P2P alapú WiFi hálózat • Az Internet szolgáltatók nem fognak örülni – Általában nem engedélyezik a megosztást • Ha megosztom a szomszédommal, elesnek egy potenciális előfizetőtől • Még kevésbé szeretik ha valaki „viszonteladó” lesz (Bill)

– Lehet hogy mégis megérné nekik • Kaphatnának egy részt a bevételből • Minden peer amúgy is fizetne a vezetékes hozzáférésért amit megoszt • Annál hatékonyabb, minél több előfizető – ma több tízmillió – UPC wi-free – 400.000 felhasználó Magyarországon » Több millió néhány más Európai országban

– Biztonsági kérdések • Ki a felelős az esetleges illegális letöltésekért a WiFi routeremen keresztül? – Két külön jel, az egyik saját, a másik publikus 2016.03.22


7

A kaotikus hálózatépítés hátrányai • Több „kaotikus” módon létrehozott hotspot összekötése – Nem egy tervezett hálózat • Néhol nagyon sűrű, máshol gyér – Interferenciák a sűrűn lehelyezett AP-k között – Az AP-kat nem konfigurálják ezek minimalizálására

– Nem egy menedzselt hálózat • A hotspotok menedzselése, karbantartása nincs összehangolva – SSID, biztonsági intézkedések, AP-k elhelyezése, teljesítményszabályozása

• Legtöbben az alapbeállításokat használják pl. a csatornaválasztásnál – Legtöbb eszköz a 6-os csatornán

– Egy önmenedzselő megoldás nagyban javítaná a hozzáférés minőségét 2016.03.22


8

Bluetooth • II. Harald Blaatand („Kékfogú”) – i.sz. 940 – 981 – Viking király, egyesítette Dániát és Norvégiát

• Ericsson kezdeményezés (1994) – Összekötni mobiltelefonokat más eszközökkel vezeték nélküli kapcsolaton – Rövid hatósugarú, kis teljesítményű, olcsó rádiós adó-vevők

• SIG – Special Interest Group – Ericsson, IBM, Intel, Nokia, Toshiba – Ma > 25.000 cég tagja a csoportnak

2016.03.22


9

Bluetooth • Eredeti cél – megszabadulni a kábelektől – PAN – Personal Area Network • Környezetünkben, egymáshoz közel elhelyezkedő eszközök hálózata

– Betört a vezeték nélküli helyi hálózatok (WLAN) területére is • Versenytársa lett az IEEE 802.11-nek

• Bluetooth SIG specifikáció – 1999 – 1500 oldalas doksi – Mindennel foglalkozik, a fizikaitól az alkalmazási rétegig

• IEEE 802.15.1 szabvány (2002) – Csak a fizikai és adatkapcsolati réteg – Ma már nem használják 2016.03.22


10

Bluetooth hálózat • Piconet – egy mester (master) és max. 7 szolga csomópont (slave) • Szolgák 10 méteres távon belül a master-től

• Több piconet alkothat egy scatternet-et (szórt hálózat) • Az aktív szolgák mellett legfeljebb 255 várakozó (parked) csomópont – A mester alacsony teljesítményű állapotba vitte őket • Kímelik az akkumulátort • Semmit nem csinálnak, csak a mester aktiválására várnak

• Más állapotok – Hold – tartás – Sniff – szimatolás 2016.03.22


11

Bluetooth hálózat • Az architektúra lényege hogy olcsó legyen – 1 dollár alatt egy Bluetooth chip • Buta szolgák, azt csinálják amit a mester mond

– Piconet – frekvenciaosztásos multiplexelés – FHSS • A mester vezérli az órát, kiosztja az időszeleteket (625 μs) • A csomagok 1, 3 vagy 5 szelet hosszúak lehetnek – A mester páros szeletekben küld, páratlanokban fogad (TDD) – A szolgák fordítva

• Egy mester az egyik piconet-ben lehet slave a másikban

2016.03.22


12

Egymást zavaró technológiák • Nem csak a közeli 802.11b eszközök zavarják egymást • A Bluetooth és a 802.11b ugyanazt a 2.4 GHz-es ISM sávot használja – Az FHSS-t használó rendszerek (pl. Bluetooth) ki tudják szűrni a zavart frekvenciasávokat • Úgy állítják be a frekvenciaugratást hogy ne legyen gond

– A DSSS-t használó megoldások (pl. 802.11b) érzékenyebbek • Minél hosszabb a csomag, annál nagyobb a valószínűsége, hogy egy FHSS eszköz „beugrik” a frekvenciatartományba • Az RTS/CTS sem zárja ki a zavarást – Egy lefoglalt adósávba is „beugorhat” egy Bluetooth eszköz

2016.03.22


13

Cellás rendszerek •

•

A cellás rendszerek elemei:

– – – –

Mobil állomás (MS) Bázis állomás (BS, BST) Bázisállomás vezérlő (BSC) Kapcsolóállomás (MTSO, MSC)

• Mobile Telephone Switching Office

A lefedett terület cellákra osztva

– Minden cellának saját bázisállomása – Minden cellának saját frekvenciatartománya • A szomszédos cellák más frekvenciákon – Elkerüljük az interferenciákat

• Nem szomszédos cellák használhatják ugyanazt a frekvenciát – Cella újrahasznosítás (Cell-reuse)

2016.03.22


14

A cellás rendszerek fejlődése • 1G rendszerek – Analóg kommunikáció, csak hangátvitel • AMPS – Advanced Mobile Phone System – USA, 800 MHz, 1983, Bell Labs » FDMA – minden hívás külön dedikált frekvencián • TACS – Total Access Communication System – UK, 900 MHz, 1985, Vodafone

2016.03.22


15

A cellás rendszerek fejlődése • 2G rendszerek – Digitális hang ás adatátvitel – D-AMPS – Digital AMPS • Az USA-ban és Kanadában használták • Úgy tervezték, hogy kompatibilis legyen az AMPS-el – TDMA az AMPS csatornákon • 800 MHz-en (IS-54) és 1900 MHz-en (IS-136) is működött – CDMAOne – Code Division Multiple Access • IS-95 szabvány, az USA-ban használták a D-AMPS versenytársaként – Sprint (CDMAOne) vs. AT&T Wireless (D-AMPS) 2016.03.22


16

A cellás rendszerek fejlődése • 2G rendszerek – GSM – Global System for Mobile Communication

• Eredetileg európai megoldás, ma már globális rendszer – SINTEF – Torleiv Maseng – 1991 – az első hálózat

• 850/900/1800/1900 Mhz-en – 9,6 Kbps • A D-AMPS-hez hasonlóan FDM-et és TDM-et használ – A spektrumot csatornákra, a csatornákat időszeletekre bontjuk 2016.03.22


17

A GSM hálózat elemei •

BTS (Base Transciever Station) – Bázisállomás

•

BSC (Base Station Controller) – Bázisállomás Vezérlő

•

MSC (Mobile Switching Center) – Mobil kapcsolóközpont

•

HLR (Home Location Register) – Honos Előfizetői Helyregiszter

– Rádiós kapcsolatot tart fenn a cellájában tartózkodó mobil állomásokkal – Konfigurálja és vezérli a rádiós interfészt, kezeli a frekvenciákat és a cellaváltást (két BTS között) – Lehet fizikailag a BTS-ben elhelyezve – Összeköti a GSM hálózatot a PSTN hálózattal – Kezeli a hitelesítést, helymeghatározást, cellaváltást (két BSC között), stb. – Adatbázis a felhasználókról és jogosultságaikról

2016.03.22


18

A cellás rendszerek fejlődése • 2.5G rendszerek – Digitális adatátvitel, nagyobb sebesség • A 2G hálózatokra épülő overlay infrastruktúra

– GPRS – General Packet Radio System • A GSM vagy D-AMPS hálózatra épülő csomaghálózat • Hatékonyabb csatornakihasználás, olcsóbb számlázás – Nem idő- hanem forgalomalapú – Csomagkapcsolt, nem áramkörkapcsolt

• 56 - 114 Kbps sebesség

2016.03.22


19

A cellás rendszerek fejlődése • 2.5G rendszerek - GPRS • FDD + TDMA – A felhasználó kap egy uplink és downlink frekvencia (csatorna) párt – Hagyományos TDM helyett statisztikus multiplexálás » Hatékonyabb kihasználás, nagyobb átviteli sebesség – Fix hosszúságú csomagok – Downlink irányban first-come first-served – Uplink irányban Reservation-Aloha (-szerű) » Javított Slotted-Aloha » A megszerzett időszeletet ugyanaz használhatja, amíg van adat 2016.03.22


20

A GPRS hálózat • A BSC szétválasztja a csomagkapcsolt adatforgalmat és az áramkörkapcsolt hangforgalmat • Kiegészítő elemek:

– SGSN (Serving GPRS Suport Node)

• Kezeli a mobilitást, titkosítja és tömöríti az adatforgalmat

– GGSN (Gateway GPRS Support Node) • Edge router a GPRS hálózatban

– A bejövő IP csomagokat a megfelelő SGSN felé irányítja

• Tűzfal és NAT funkciók, hitelesítés, számlázás, IP címkiosztás

2016.03.22

21

A cellás rendszerek fejlődése •

2.75G rendszerek

– EDGE – Enhanced Data Rates for GSM Evolution – 2003-ban vezették be az USA-ban – A GSM frekvenciákat támogatja (900/1800/1900 MHz) • Teljes GSM kompatibilitás a hálózat belsejében • A bázisállomásokat le kell cserélni

– Nagyobb sebesség • A csatorna minőségétől függően más adatsebesség és más moduláció – A GSM/GPRS GMSK modulációt használ – Az EDGE emellett 8PSK modulációt is használ jó csatornaminőség esetén » Elméleti max. sebesség 59,2 kbps / slot » Elméletileg max. 8 slot – 473,6 kbps

• Inkrementális redundancia – Újraküldés helyett több redundancia, ha szükséges 2016.03.22


22

A cellás rendszerek fejlődése • 3G rendszerek

– Az adatforgalom átveszi a vezető szerepet a hang felett, a mobil eszközökön is

• Vezeték nélkül telefonálni, zenét hallgatni, filmet nézni és nagysebességen internetezni ugyanazon a mobiltelefonon

– ITU tervezet már 1992-ben

• IMT-2000 – International Mobile Telecommunication • 2000-re tervezték, 2000 Mhz-en, 2 Mb/s-os sebességgel

– UMTS – Universal Mobile Telecommunication System

• W-CDMA – Wideband CDMA – UMTS Forum, EU támogatás – FDD és TDD kombinációja

• FOMA – NTT DoCoMo (2001)

– Az első W-CDMA rendszer – Az elején nagy készülékek, rövid akkumulátor élettartam – 2007-ben 40 millió előfizető

– CDMA2000

• Qualcomm javaslat, az IS-95 kiterjesztése

2016.03.22


23

W-CDMA hozzáférési séma (FDD-ben) Frekvencia

max 256

5 MHz

Uplink

Code 0

10 ms

0 ms

Idő

1920 - 1980 MHz Frekvencia

max 512

5 MHz

Downlink 2110 - 2170 MHz

Code 0

Idő 0 ms 10 ms

2016.03.22


24

TD-CDMA hozzáférési séma (TDD-ben) Uplink ()

Up-or Downlink

max 16

Frekvencia

Kódok

5 MHz

()()

Downlink ()

0

0 ms

667µs

10 ms

Idő

13 : 2 2 : 13

Aszimmetrikus 2016.03.22


25

UMTS spektrumkiosztás Európában

2016.03.22


26

Az UMTS hálózat •

Minden UMTS cellát egy Node B szolgál ki

– Rádiós kapcsolat a mobil eszköz és az UMTS hálózat között •

RNC (Radio Network Controller)

– Ellenőrzi a rádiós erőforrások kihasználását és megbízhatóságát •

HSS (Home Subscriber Server)

– Több szükséges adatbázisfunkciót kezel: HLR, DNS, stb. •

Az UMTS hálózat kompatibilis a GSM hálózatokkal

– Fokozatos kiépítést tesz lehetővé, egy GSM hálózat mellett

3G koncessziós eljárások • •

Spektrumkiosztás az operátorok között Koncessziós eljárások:

– Árverés

• Ki igér többet a spektrumért

– „Szépségverseny”

• Beauty contest, comparative bidding • A kormány egy kiépítési és üzemeltetési tervet kér az operátoroktól

– Hány új munkahely létesül? – Milyen szolgáltatások lesznek elérhetőek, hol, mikor mennyiért? – Mennyire lesz elérhető a vidéki előfizetőknek?

• Az a fontos, melyik pályázat jobb az államnak, nem az, hogy ki fizet többet

– Vegyes, hibrid módszerek 2016.03.22


28

3G koncessziós eljárások • UMTS enegedélyezés – UK – 5 engedély meghirdetése – Egyidejű, párhuzamos árverés – Dedikált sáv az új belépők számára – Árverési összbevétel: ~ 38,5 Md EUR !!! (22,5 Md GBP)

2016.03.22


29

UMTS engedélyezés • Németország

– 6 engedély meghirdetése – Árverési összbevétel: ~ 51 Md EUR !!! – Nyertesek: • • • • • •

T-Mobil (DT) Mannesmann Mobilfunk (Vodafone – D2) Group 3G (Sonera + Telefonica) E-Plus Hutchison (KPN + NTT + Hutchison) Mobilcom Multimedia (Mobilcom + FT) Viag Intercom (BT + Viag + Telenor)

• Olaszország

– 5 engedélyre 6 jelentkező – 14,6 Md EUR árverési összárbevétel (10 licitkör!)

2016.03.22


30

UMTS engedélyezés • „Skandináv modell” – Svédország, Finnország – Szépségverseny (pénzügyi, technikai háttér vizsgálata) – Engedélyezési díj mellőzése (forgalom utáni befizetés) – Svédország – Telia „malőr”

• A Telia nem nyert a versenyen, pedig 70%-ban állami tulajdon!!

• Ibéria – Spanyolország, Portugália – A skandináv modell adaptálása, jelképes engedélyezési díj, éves befizetés • Magyarország – Mindhárom mobilszolgáltató kapott UMTS licenszet – T-Mobile, Pannon, Vodafone – 52.5 milliárd forint 2016.03.22


31

Engedélyezési díjak időpontja tipus

száma

összbevétel

Anglia

2000.04

A

5

~38.5 Md EUR

Hollandia

2000. 07

A

5

2,7 Md EUR

Németország

2000. 08

A

6

~51 Md EUR

Olaszország

2000.10

A

5

~14,6 Md EUR

Ausztria

2000.11

A

6

~830 m EUR

Svájc

2000.12

A

4

~130 m EUR

Franciaország

2001.05

B

2

~1,2 Md EUR

Spanyolország

2000.03

B

4

520 m EUR

Portugália

2000.12

B

4

400 m EUR

Belgium

2001.03

A

3

450 m EUR

Dánia

2001.

A

4

490 m EUR A – Árverés B - Szépségverseny

4G rendszerek

2016.03.22


33



4G rendszerek

2016.03.24


2

3.5G rendszerek • HSDPA – High Speed Downlink Packet Access – 1.8 – 14.4 Mbps downlink, 384 Kbps uplink – Hatékony, adaptív moduláció • QPSK a zajosabb csatornákra • 16QAM a tisztább csatornákra

– Csökkentett TTI (Transmission Time Interval) • HSDPA TTI = 2ms – UMTS TTI = 10 ms (illetve 20, vagy 40 ms korábbi verziókban)

• TTI intervallumonként újraértékeljük a küldési paramétereket – Kinek, milyen modulációval, milyen kódokkal

• Minél kisebb a TTI, annál hatékonyabban tudunk adaptálódni a változó körülményekhez 2016.03.24


3

3.5G rendszerek • HSDPA – High Speed Downlink Packet Access – Közös csatorna, multi-kód küldés • 3 új HSDPA csatorna egészíti ki a hagyományos UMTS csatonákat • HS-DSCH – High Speed Downlink Shared Channel – Közös adatküldési csatorna – Adaptívan változhat a használt kódok száma (max .15), és azok elosztása az UE-k között

• HS-SSCH – High Speed Signalling Control Channel – Kinek szól, H-ARQ számozás (később), – Transport Format Resource Indicator (TFRI) » milyen moduláció, milyen kódok

• HS-DPCCH – High Speed Dedicated Physical Control Channel – Uplink csatorna – CQI – Channel Quality Information – HARQ ACK/NACK (később) 2016.03.24


4

Hagyományos UMTS csatornák

HS-DSCH csatorna a HSDPA-ban

3.5G rendszerek • HSDPA – High Speed Downlink Packet Access – Gyors csomag ütemezés • A mobil eszközök periodikusan jelentik a bázisállomásnak a rádiós downlink csatorna minőségét (CQI – Channel Quality Indicator) – 500-szor másodpercenként (TTI = 2 ms) • Ez alapján ütemezi be a nodeB hogy kinek küldjön csomagot a következő 2 ms-ben – Azoknak küld többet akikhez jobb a jelminőség – Figyelembe veszi a QoS igényeket, a várakozási sorok hosszát – Nem szabad kiéheztesse a rossz jelminőségű UE-ket – Kihasználja rövid távon a csatornaminőségbeli különbségeket » Hosszabb távon fair kell legyen 2016.03.24


7

3.5G rendszerek • HSDPA – High Speed Downlink Packet Access – Gyors csomag ütemezés

3.5G rendszerek • HSDPA – High Speed Downlink Packet Access • Inkrementális redundancia - Hybrid-Automatic Repeat-Request (HARQ) – A hibásan kapott kódolt adatblokkokat nem dobja el a vevő, hanem eltárolja » Amikor az újraküldött blokk megérkezik, a kettőt összekombinálják – Minden újraküldés más információt tartalmaz mint az előző küldés » Hatékonyabb mint ugyanazt az információt újraküldeni, de számításigényes

2016.03.24


9

3.5G rendszerek - HSDPA – Szinkronizált ACK/NACK • n. időszeletben küldés • n+4. időszeletben válasz

– Aszinkron újraküldés • Bármikor az ACK/NACK után • Explicit HARQ számozása az újraküldött résznek

2016.03.24


10

3.5G rendszerek • HSUPA – High Speed Uplink Packet Access – 5.76 Mbps max. uplink sebesség – QPSK – jobb moduláció nagyon megterhelné a mobil aksiját – Hatékony ütemező • Az eszközök engedélyt kérnek a küldésre • A bázisállomás eldönti ki és mennyit adhat – A küldési puffer, és a csatorna minősége alapján

– Multi-Code küldés • Ugyanaz a felhasználói eszköz (UE) több kódot is használhat párhuzamosan – Maximum 4-et – Nagyobb sebesség akinek szüksége van rá

2016.03.24


11

LTE – Long Term Evolution • 4G(-nek reklámozott) technológia – Első LTE hálózatok (hálózat szigetek) 2010 óta üzemelnek

• Jellemzők – TDD és FDD működési mód is támogatott – OFDMA letöltésre, SC-FDMA feltöltésre • Single Carrier FDMA – energiahatékonyság miatt

– Nagyobb flexibilitás a spektrum kiosztásban • 1,4 MHz, 3 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 20 MHz

– Max. letöltési sebesség 300 Mbit/s, max. feltöltés 75 Mbit/s • 4x4 MIMO, 20 MHz-es spektrum 2016.03.24


12

LTE – Long Term Evolution • Jellemzők – Különböző cellaméretek támogatása • Femtocellák és picocellák (pár 10 m) • Makrocellák (5 – 100 km)

– Kisebb átviteli késleltetés (5 ms alatt, bizonyos esetekben) – Egyszerűbb hálózati architektúra • E-UTRAN – Evolved Universal Terrestrial Readio Access Network • Az RNC eltűnik, feladatait az eNodeB (Evolved NodeB) veszi át • All-IP, csomagkapcsolt hálózat • Nem támogatja az áramkörkapcsolt hangátvitel – Helyette VoIP, VoLTE 2016.03.24


13

LTE – Long Term Evolution • DRX támogatás (Discontinuous Reception) – Az UE (User Equipment) energiájának spórlására – Az UE átmenetileg nem hallgatja a PDCCH csatornát • Physical Downlink Control Channel • Kikapcsolhatja a rádiós vevőt

– Vagy időzítő alapján vált DRX módba, vagy az eNodeB küldi • Egy DRX ciklus több időrésből áll, ebből néhány alatt ébren (ON), máskor alszik (OFF) • Az eNodeB nem küld az OFF periódus alatt

5G • Minden csapból 5G folyik, 2020-ra várható • Célok, technológiai változások – Massive MIMO – több száz antenna a bázisállomáson – 10 GHz feletti spektrum használata – Új rádiós átviteli technológiák • OFDM helyett UFMC (Universal Filtered Multi-Carrier) vagy GFDM (Generalized FDM)

– – – – – – 2016.03.24

Inter-cell interference coordination (eNodeB-k között) Nagyon sok kis cella (small cells) Device-to-device communication (LTE Direct továbbfejlesztése) Fixed-mobile convergence (FMC) – femtocellák Mobile offloading – wifi és mobil együttműködése IoT, machine-to-machine kommunikáció integrálása Hálózati technológiák és alkalmazások

15

HTE – Távközlés klub 2016. március 24. (csütörtök) 18:00-20:00 – MA! Helyszín: BME I épület, IB017 A klubnap témája: "5G: a jövő hálózata? a hálózat jövője?" Vitaindító előadók: – – – –

2016.03.24

Biczók Gergely, BME-TMIT, HSNLab: "5G a Horizont 2020-ban: kutatás és innováció" Fazekas Péter, BME-HIT, HSNLab: "A gigabites átvitel nyomában - 5G rádiós megoldások" Szabó Róbert, Ericsson: "Túl a rádión: egy hálózat végtelen flexibilitás" Szilágyi Péter, Nokia: "Kognitív hálózatok: autonóm felhasználói élmény és erőforrás menedzsment" Hálózati technológiák és alkalmazások

16

2016.03.24


17

2016.03.24


18

Gartner Hype Cycle for Communications Service Provider Infrastructure, 2013 •

On the Rise – 5G – 100 Gbps PON – …

•

Sliding Into the Trough – – – –

2016.03.24

Small Cells G.fast 10G-PON TD-LTE

Climbing the Slope – – – –

At the Peak – LTE-A – WDM-PON – …

•

•

•

Femtocells Long Term Evolution FTTH …

Entering the Plateau – VDSL2 – DOCSIS 3.0 and 3.1 – HSPA+

– … https://www.gartner.com/doc/2563415/hype-cyclecommunications-service-provider Hálózati technológiák és alkalmazások

19

SWOT elemzés • SWOT – – – –

Strengths (technológiai) Weaknesses (technológiai) Opportunities (üzleti) Threats (üzleti)

• Egy vállalkozás, egy technológia, egy termék lehetőségeinek, előnyeinek és hátrányainak a felmérése – Technológiai és üzleti szempontból 2016.03.24


20

xDSL SWOT elemzés • Erősségek (strengths) – Kis távolságokon viszonylag nagy sebesség (VDSL2) – A sávszélesség nincs megosztva a többi felhasználóval • mindenkinek egyéni garanciákat szolgáltat

– Biztonságos • Mindenkinek saját helyi hurok • A többi előfizető nem látja a forgalmamat

2016.03.24


21

DSL SWOT elemzés • Gyengeségek (weaknesses) – Viszonylag kis átviteli sebesség nagyobb távolságokon – Az aszimmetrikus sávszélesség (ADSL) nem mindig előnyös • Rossz minőségben lehet videotelefonálni (pl. Skype)

– Rövid hatótávolság – Nem támogatja a mobilitást • Technikailag lehetséges egy DSL kapcsolat vezeték nélküli kiterjesztése – bizonyos szintű mobilitás támogatása 2016.03.24


22

DSL SWOT elemzés • Lehetőségek (opportunities) – Könnyű telepítés (szinte) mindenhol, ahol létezik vezetékes telefonvonal – nagyon sok helyen – Előnyös olyan otthoni vagy üzleti felhasználásra, ahol egy bizonyos minimális sávszélesség folyamatosan szükséges • A kábel modemes és WLAN elérésnél torlódás léphet fel ha több kliens egyszerre használja a hálózatot

– A lakosságinál jelentősen értékesebb üzleti előfizetéseknél előnyt élvez a KTV-vel szemben • Gyéren lakott területeken, ipari parkokban is van telefon de nincs kábel TV

2016.03.24


23

DSL SWOT elemzés • Veszélyek (threats)

– Ott, ahol eddig nem létezett vezetékes telefonvonal (vidék, elmaradott országok) kezdettől fogva optikai szálakat telepíthetnek – Az FTTH (fibre to the home) komoly versenytársak lehet a sebesség miatt is • Nagyobb cégek inkább optikai hálózatot telepítenek

– A felhasználók és az eszközök egyre szélesebb körű mobilitása a vezeték nélküli technológiákat (pl. WLAN, WiMax, UMTS/3G/4G) részesíti előnyben – Az aszimmetrikus (ADSL) hozzáférés nem felel meg a jövő felhasználóinak

• Ha a letöltéshez egyre nagyobb feltöltési sebességre is szükség lesz, a P2P felhasználó elfordul a DSL-től

– A megosztott közeget használó technológiák (kábel, WLAN) előnyösebbek, ha egy adott pillanatban egy kliens egyedül használja a közeget (pl. éjszaka) • Ilyenkor nagyobb sávszélesség állhat rendelkezésre, ugyanazért az árért

– Vidéken nehezen, vagy csak emelt áron lehet bevezetni • Mélyíti a „digitális szakadékot” a város és a falu között

2016.03.24


24



Routing - Router • Routing (útválasztás) – Folyamat, mely során a hálózati protokollok csomagjai a célállomáshoz jutnak – A routing tábla és a megvalósított protokollok szerint a routerek meghatározzák a beérkező csomagok útvonalát

• Router (útválasztó) – – – –

Útválasztást végző csomópont Egymással kommunikálnak A szomszédoktól szerzett információkat gyűjtik és tárolják Útválasztó táblákat hoznak létre és tartanak karban • Tartalmuk: párok

2016.03.29


2

Router • Router lehet – operációs rendszer routing modulja – dedikált eszköz (nem csak szoftver, hanem hardver támogatottsággal is rendelkezik) - gyorsabb • Cisco, Juniper, Alcatel-Lucent, HP, Huawei, NEC, etc.

• Router kapacitása – hány csomagot képes továbbítani időegység alatt (packet/s - PPS) – Pl. HP 8800 router – 864 Mpps (2012) 2016.03.29


3

Routerek feladata • Az optimális útvonal kiválasztása az adott csomag számára • Alábbi szempontok (metrikák) szerint: – – – – – – 2016.03.29

az út hossza (hány linken vezet át) költség az adott útvonal terheltsége sávszélesség megbízhatóság késleltetés Hálózati technológiák és alkalmazások

4

Útválasztási szemantika • Unicast – csomag küldése egy adott célcsomópontnak • Anycast – csomag küldése bárkinek (pl. a legközelebbi csomópontnak) egy adott csoportból • Multicast – csomag küldése egy csoportnak • Geocast – csomag küldése egy adott földrajzi területre • Broadcast – csomag küldése minden csomópontnak a hálózatban

2016.03.29


5

Routing protokollok osztályozása • Statikus: – a routing tábla manuális kitöltése – automatikusan soha nem frissítődik

• Dinamikus: – a routerek egymás között kommunikálva a hálózat topológiájának megfelelően állítják elő az útvonalválasztó táblát

• Egyutas: – minden célpont felé csak egy utat tárol

• Többutas: – minden célpont felé több (esetleg minden) utat tárol. – Ezek a protokollok képesek load balancing-ra (terhelés megosztás) 2016.03.29


6

Routing protokollok osztályozása •

Lapos (flat): – minden router minden célpontról tud – Régebben (kisebb hálózatok)

•

Hierarchikus: – a router-ek nem minden célpont felé ismerik az utat – egy ismeretlen címzettnek szánt csomagot egy előre meghatározott irányba (default route) küldenek – ez routing információk egy szélesebb körével rendelkezik – routing táblák mérete kezelhető marad

•

Intra-domain – valamely területen (domain) belüli útvonalválasztásért felelős

•

Inter-domain – a területek (domain) közötti útvonalválasztásért felelős

2016.03.29


7

Routing protokollok osztályozása • Hop-by-hop: – minden router autonóm módon határozza meg a továbbítás irányát – ezen elven működő routerek csak olyan utakat hirdetnek (szomszédjaiknak), melyeket maguk is használnak

• Source routing: – a feladó határozza meg az útvonalat (pl. IP fejléc) – a routerek csupán az elérhetőségi információkat terjesztik – magukat a csomagokat a csomagba beleírt útvonal szerint kapcsolják

• A két megoldás között léteznek átmenetek 2016.03.29


8

Routing protokollok osztályozása • Távolság vektor (distance vector) protokollok – csak a szomszédos routerek kommunikálnak – minden router elmondja összes szomszédjának: • mekkora költségű utat ismer egy adott célponthoz • arról nem szól, hogy az út merre vezet

– a routerek begyűjtik szomszédaiktól ezeket a hirdetéseket és kiválasztják, hogy ki hirdette a legolcsóbb utat az adott célpontokhoz • a megfelelő csomagokat a legkedvezőbb irányba továbbítják

– saját költségüket a legkedvezőbbekhez hozzáadva ők is hirdetik az adott célponthoz vezető utat 2016.03.29


9

Routing protokollok osztályozása • Kapcsolat állapot (link state) protokollok 1. feltérképezik a hálózat topológiai gráfját 2. ebben a gráfban keresik a legrövidebb utat. – A routerek egymás között csak saját interfészeik állapotát beszélik meg • Kik a szomszédjaim, milyen költségük van a linkeknek közöttünk • Ezeket az információkat minden, a hálózatban lévő routerrel kicserélik • Ebből építi fel mindenki a saját (de egymással megegyező) topológiai gráfját 2016.03.29


10

Distance-Vector Protokollok Bellman-Ford protokollok

Klasszikus Bellman-Ford algoritmus dij := i-j link költsége (végtelen, ha nincs link) 

Tényleges ár, késleltetés, csomagvesztési ráta, stb.

Következmény: additivitás 

egy útvonal költsége az azt alkotó linkek költségének összege

Dij := minimum költség i és j között

Bellman egyenlet: Dii = 0, minden i -re Dij = mink {dik + Dkj } 2016.03.29

k1 i

j

k2 kn


12

Elosztott Bellman-Ford Algoritmus Dikj(t) = minimális távolság k -tól j –ig, melyet i router lát a t időpillanatban Dii = 0, minden i -re Dij(t) = mink {dik + Dikj(t) } 

önállóan működhet az algoritmus a routerekben

k1 i

j

k2

kn

2016.03.29


13

Distance-vector protokollok • RIPv1 (RFC 1058, ’88)

– Routing Information Protocol • Rest In Pieces 

• RIPv2 (RFC 2453, ’98) • RIPng (RFC 2080, ‘97) – IPv6-os verzió

• EIGRP

– Enhanced Interior Gateway Routing Protocol – Cisco proprietary szabvány

2016.03.29


14

Distance Vector protokollok • Távolságvektorokat tárol az útvonalakról – Adathármasok: • Cél (mi a célállomás) • Költség • Következő csomópont (merre küldje)

– Rendszeresen frissítik adataikat a közvetlen szomszédok • Frissítő üzenet (2 részből áll): – Cél, költség

• Ha a router ilyenkor jobb utat talál egy célhoz, frissíti tábláját 2 ok miatt: 2016.03.29

– Kisebb költségű utat talál – Szomszéd költsége megváltozik

15

Jellemzők •

Egyszerű, de nem tökéletes: – –

A kapcsolatok ára változhat Kapcsolatok meg is szakadhatnak •

Egy megszakadt kapcsolat ára végtelen –

–

A routerek topológia változás esetén nem egyszerre frissítik táblázataikat •

Periodikus időközönként (pl. 30 s) frissítő üzenet –

•

–

Ha 6 frissítés elmarad, az ár végtelen

A szomszédok is frissítik a bejegyzéseiket

Konvergál, de lassan •

2016.03.29

Egy olyan egész érték, mely nagyobb bármilyen lehetséges valós értéknél (RIP-nél jellemzően 16)

Csak kis hálózatokban használható Hálózati technológiák és alkalmazások

16

Végtelenig számolás • A routerek a célcím költségek hirdetésekor végtelenig inkrementálhatnak

Távolság A felé

2016.03.29


17

Megakadályozás • Split horizon módszer – ha C B-től megismer egy utat, akkor az azt kiterjesztő utat B-vel már nem közli

• Poisoned Reverse módszer – Végtelen elérhetőség hirdetése az adott linken elérhető csomópontokhoz • ha C B-től megismer egy utat, akkor az azt kiterjesztő utat B-nek végtelen költségű útként jelzi 2016.03.29


18

Link-state Protokollok

Link-state protokollok működése •

A link-state protokollok működése 2 részből áll: 1. minden állomás felderíti a hálózat topológiáját •

Hálózati topológia leírása a link állapot leíró rekordokban található –

Link állapot leíró rekordokat kell terjeszteni

2. a kapott gráfban megkeresi a legrövidebb útvonalat és az ahhoz tartozó első állomást – Fontos! • •

A routerekben lévő topológia megegyezzen Az optimális út kiválasztása ugyanúgy történjen –

2016.03.29

ha A router B felé számolja az optimális utat, B meg A router felé – hurok! Hálózati technológiák és alkalmazások

20

Link State Database 6

A

2

C

1

2 2

D A B/6 D/2

2016.03.29

B

E

5

G

2 4

F

Link state Database B C D E F A/6 B/2 A/2 B/1 C/2 C/2 F/2 E/2 D/2 E/4 E/1 G/5 F/4 G/1 Hálózati technológiák és alkalmazások

1

G C/5 F/1

21

Dijkstra algoritmus • Az útvonalválasztás Dijkstra algoritmus alapján – Legyen C a gyökér – Számoljuk ki a szomszédokhoz vezető utak költségét (2)

B

(0)

C

(5)

G A

6

B

2

C

1

2

D

2

2016.03.29

E

F

F

G

2 4

(2)

5

1


22

Dijkstra algoritmus 2 • Vegyük be F-et (legkisebb költségű, még nem elemzett csomópont) és számoljuk ki F szomszédjaihoz vezető utak költségét. • Rövidebb út G-hez F-en keresztül, E megjelenik (2)

B A

6

2

2

E

2016.03.29

5

F

(5)

1

(2)

(6)

G

2 4

C

G

C

1

2

D

B

(0)

E

F

(3)

G

Dijkstra algoritmus 3 – Vegyük be B-t és számoljuk ki B szomszédainak költségét – Rövidebb út E-hez B-n keresztül, A megjelenik (8)

A

(2)

(0)

B

C

(5)

G (2)

(3) A

6

2

C

1

2

D

B

2

E

2016.03.29

F

F

G

2 4

E

5

1

E

(6)

(3)

G

Dijkstra algoritmus 4 – Vegyük be E-t, és számoljuk ki E szomszédainak költségét – Nincs változás, D megjelenik (8)

A

A

6

2

2

E

2016.03.29

G

F

D

(0)

C

(2)

(3)

5 2

4

B

(5)

C

1

2

D

B

(2)

E

F

(3)

1

G

Dijkstra algoritmus 5 – Vegyük be G-t, és számoljuk ki G szomszédainak költségét – Nincs változás (8)

A

A

6

2

2

E

2016.03.29

F

(0)

C

(2)

(3)

5

G

2 4

B

(5) C

1

2

D

B

(2)

1

D

E

F

(3)

G

Dijkstra algoritmus 6 – Vegyük be D-t, és számoljuk ki D szomszédainak költségét – Rövidebb út A-hoz! (8)

A

(2) (7)

B

(0)

C

A A

6

2

C

1

2

D

B

2

E

5

G

2 4

F

1

(2)

(3)

(5)

D

E

F

(3)

G 2016.03.29

Dijkstra algoritmus 7 • Vegyük be A-t és számold ki A szomszédjainak költségét • Nincs több szomszéd • Befejezés (7)

A

(2)

B

6

2

C

1

2

D

B

2

E

2016.03.29

G

2 4

F

D

5

1

C

E

(3)

(2)

(3)

(5) A

(0)

F

G

Hibás link következménye • A-B és D-E linkek megsérülnek – hálózat kettészakad – két rész képtelen értesíteni egymást a változásokról

• A és D elérhetetlennek nyilvánítja a hálózat többi részét • Hibás link megjavulása után a routerek szinkronizálják adatbázisukat – Topológia frissítés

(7)

A

(2)

B

(0)

C (3)

(5)

D 2016.03.29

(2)

(3)

E

G

F


29

Link-state protokollok • OSPF – Open Shortest Path First – Első szabvány – RFC 1131 (’89) – OSPFv2 – RFC 2178 (’97) – OSPFv3 – RFC 2740 (’99) • IPv6-os verzió

2016.03.29


30

OSPF-el kapcsolatos RFC-k

OSPF-el kapcsolatos RFC-k 2016.03.29 Hálózati technológiák és alkalmazások

31

2 szintű hierarchia • Egy OSPF tartomány területekre (areas) oszlik – Skálázhatósági szempontok miatt

• LSA (Link State Advertisement) terjesztés a területeken belül • Területek között aggregáció – A változások egy területen belül nem látszanak kívülre – Speciális terület - Gerinchálózat (backbone) területe (AreaID=0)

2016.03.29


32

OSPF protokoll összetevők •

Szomszéd felismerés – Hello protokollal

•

Designated Router (DR), Backup Designated Router (BDR) kiválasztása – Prioritás alapú • 0-től 254-ig • Ha 0 prioritás, akkor soha nem lehet DR vagy BDR

– Egyenlőség esetén a nagyobb Router ID nyer • RID = a legnagyobb konfigurált loopback cím a routeren (127.x.x.x) • Ha nincs loopback cím konfigurálva, RID = a legnagyobb aktív interfész cím

– Ha a DR választás után egy nagyobb prioritású router megjelenik (bekapcsolják), nem veszi át a DR szerepét amíg a DR és a BDR jól működik – Ha a DR „meghal”, a BDR átveszi a szerepet • Új BDR választás 2016.03.29


33

OSPF protokoll összetevők • Szomszédosság meghatározása (Forming adjacencies) – Adatbázis szinkronizálás és LSA terjesztés csak a szomszédok között – A DR csökkenti a hálózati forgalmat egy üzenetszórásos hálózaton • A DR karbantart egy táblázatot a teljes hálózati topológiáról • Minden router egy területen belül master-slave kapcsolatban a DR-rel • A routerek a 224.0.0.6 multicast címre küldik a változásokat – All OSPF DR and BDR routers

• A DR a 224.0.0.5 címre küldi az új táblázatot – All OSPF routers 2016.03.29


34

Autonóm rendszer • Útválasztási tartomány = autonóm rendszer (AS – autonomous system) – Útválasztók összessége egy technikailag összetartozó területen • Egy szolgáltató, egy adminisztráció

– Valamilyen IGP (Interior Gateway Protocol) protokollt használ (belül) • pl. RIP, OSPF

– Exterior Gateway Protokollok (EGP) az ASek közötti útválasztáshoz • pl. BGP-4 2016.03.29


35

Internet topológia • Autonóm rendszerek hálózata – Vevő – szolgáltató (customer-provider) kapcsolat • Tranzit kapcsolat – kapcsolódás a globális hálózathoz

– Peering kapcsolat - két egyenrangú AS, két egyenrangú szolgáltató között • Nem tranzitív

Tranzit vs. Peering BIX2 (Budapest Internet Exchange) 210 Gbit/s (2014)

2016.03.29

37

Internet topológia • IGP-EGP hierarchia előnyei – Skálázhatóság nagy hálózatokra • Kevesebb prefix terjesztése • Gyorsabb konvergencia

– Hibák terjedését korlátozza – Adminisztratív autonómia • Minden AS-en belül igény szerinti IGP protokoll

2016.03.29


38

IGP vs. EGP • IGP-ben automatikus szomszéd felderítés • EGP-ben specifikusan konfigurált peerek • IGP esetén bizalom az útválasztókban • EGP esetén (viszonylag) megbízhatatlan kapcsolatok más hálózatokkal

• IGP-ben a prefixek terjesztése a teljes hálózatban • EGP-ben a prefixek terjesztése adminisztratívan korlátozott • Egy IGP protokoll egy AS routereit köti össze • Egy EGP protokoll AS-eket köt össze 2016.03.29


39

Border Gateway Protocol • Az Internet egyik legfontosabb építőkockája • BGP kronológia – – – –

Eredeti szabvány – BGP – RFC 1105 (’89) BGP-3 – RFC 1267 (’91) BGP-4 – RFC 1771 (’95) Legújabb verzió – RFC 4270 (’06)

• External BGP (eBGP) – BGP viszony egy szomszédos útválasztóval más AS-ből

• Internal BGP (iBGP) – BGP viszony egy szomszédos útválasztóval ugyanabból az AS-ből 2016.03.29


40

BGP jellemzők • CIDR (Classless Inter-Domain Routing) támogatás – Változó hosszúságú hálózati prefixek – Hatékony címtartomány aggregáció

• Manuális szomszéd beállítás – Nincs automatikus felfedezés

• Nincsenek periodikus frissítések – UPDATE üzenetek – NLRI bejegyzések • Network Layer Reachability Information – (Destination prefix, AS útvonal, next hop)

• Hurkok elkerülése az AS-ek felsorolásával

– A nem elérhető útvonalakat is explicit módon jelzik 2016.03.29


41

iBGP • eBGP szomszédoktól való címeket terjeszti • iBGP csomópontok - teljes összeköttetés – iBGP nem szükséges útválasztás

• Hátrány – egy teljes mesh nem skálázódik – pl. ha n=1000, n(n-1)/2 = 499.500 iBGP kapcsolat 2016.03.29

42

Route reflector

2016.03.29


43

Route reflector redundancia

2016.03.29


44



Csoportos kommunikáció • Cél: egy egyedi célállomás helyett egy célállomás halmazzal (csoporttal) kommunikálni – „természetes” általánosítása a pont-pont kommunikációnak (unicast)

• Multicast = többesadás

2016.03.31


2

Mi is a multicast? Unicast csomagküldés

• Unicast

Broadcast csomagküldés

– Pont - pont – Célcím: egyedi vevő címe

Multicast csomagküldés

• Broadcast – Pont - mindenki (csomagszórás) – Célcím: a hálózat címe

• Multicast – (Több)pont - többpont – Célcím: a csoport címe 2016.03.31


3

Csoportos kommunikáció • A csomagokat egy csoport minden tagjához el kell juttatni, nem csak egy célállomáshoz – A csoport felépítése (tagsága) dinamikus lehet

• Működési alapelv: miután egy csoport létrejön – Érdeklődő vevők (receiver) csatlakoznak a csoporthoz – A hálózat foglalkozik a csoport karbantartásával és a csomagok továbbításával 2016.03.31


4

Multicast alkalmazások • Számos alkalmazás nem pont-pont alapú – Pont-többpont • Távoktatás • Cache update • Video on demand

– Többpont-többpont • Videokonferencia, Audiokonferencia, Chat, • Elosztott hálózati játékok • Kooperatív alkalmazások 2016.03.31


5

Követelmények • Nincs olyan megoldás, mely minden környezetben ideális lenne • A követelmények nagyban változnak – – – –

2016.03.31

az alkalmazás igényeitől függően a csoport méretétől függően a hálózati szolgáltatásoktól függően a résztvevők heterogeneitásától függően


6

Részvételi feltételek • Csoporttagság ellenőrzés – Nyitott csoport: bárki lehet tag – Zárt csoport: tagsági korlátozások

• Forrásellenőrzés – Bárki küldhet csomagot a csoportnak – Csak egy csoporttag küldhet csomagokat – Csak egy kijelölt forrás küldhet csomagokat 2016.03.31


7

Adatátviteli feltételek • Pont-pont kommunikáció

– megbízható vagy best-effort (garanciák nélkül) – A cél ellenőrzi a kapott csomagot: vagy OK, vagy nem

• Pont-multipont kommunikáció

– minden vevő másként értékelheti a szolgáltatást

• Különböző megbízhatósági szintek – – – –

0-megbízhatóság: egyetlen vevőnek sem garantált a megbízható átvitel 1-megbízhatóság: legalább egy vevőnek garantált k-megbízhatóság: legalább k vevőnek garantált totális megbízhatóság: minden vevőnek garantált a megbízható szolgáltatás

2016.03.31


8

Multicast különböző rétegekben • A multicast (többesadás) szolgáltatást különböző rétegekben lehet implementálni – Adatkapcsolási réteg (data link layer) • pl. Ethernet multicast

– Hálózati réteg (network layer) • pl. IP multicast, Xcast

– Alkalmazási réteg (application layer) • pl. Narada, TBCP

• Melyik megoldás a jobb? – Attól függ, nincs általános megoldás 2016.03.31


9

Multicast különböző rétegekben Rétegek

Unicast

Multicast

Alkalmazási réteg

Alkalmazások

Middleware

Overlay Multicast

Szállítási réteg

TCP

Reliable Multicast

Hálózati réteg

IP

IP Multicast

Adatkapcsolás 2016.03.31

Ethernet Unicast/Multicast Hálózati technológiák és alkalmazások

10

Ethernet Multicast • Néhány Ethernet MAC cím multicast számára elkülönítve • Ha egy G csoporthoz akarunk csatlakozni

– A hálózati kártya (network interface card, NIC) elvileg csak a unicast és broadcast címre küldött csomagokat hallgatja – A csatlakozáshoz a G multicast címet is hallgatnia kell – Hardware megoldás, hatékony

• Csomagküldés a G csoportban

– A csomag eláraszt minden LAN szegmenst • mint broadcast esetén

– A kártyák melyek nem hallgatják a G multicast címet, eldobják a csomagot 2016.03.31


11

Hálózati rétegű multicast • A cél a hálózati erőforrások optimális kihasználása – Egy csomag egy link-en csak egyszer megy át

• A router-ek egy multicast fát tartanak fenn – A multicast fa mentén történik az adatátvitel – A router-ek duplikálják a csomagokat ha szükséges • Elágazási pontok a fán

2016.03.31


12

A csoportos unicast nem skálázható

Broadcast Center

2016.03.31

Backbone ISP


13

Helyette építsünk fákat A router-ek duplikálják a csomagokat Egy csomag legfeljebb egyszer megy át egy linken Broadcast Center

2016.03.31

Backbone ISP


14

IP Multicast • Steve Deering PhD disszertációja (1990) – Any Source Multicast (ASM)

• Nyitott csoportkommunikációs modell – – – – –

2016.03.31

Bárki csatlakozhat egy csoporthoz, bármilyen engedélyezés nélkül Egy felhasználó több csoportnak is tagja lehet egyszerre Bárki küldhet adatokat a csoportnak, ha nem is tagja annak A csoport tagsága dinamikus Senki nem ismeri a csoport méretét, vagy a tagok kilétét


15

IP Multicast • S. Deering, "Host Extensions for IP Multicasting", RFC 1112, 1989. • A forrás csomagjait egy virtuális csoportcímre küldi • Bárki aki csatlakozik a csoporthoz „elérhető” ezen a címen – Megkapja az ezen címre küldött csomagokat

• Egy multicast csoportot egy class D IP cím azonosít – 224.0.0.0 – 239.255.255.255 – 1110 + 28 bites csoport azonosító 2016.03.31


16

Multicast Scoping • Egy IP multicast csoport hatóköre szabályozva van: – TTL alapú szabályozás – Adminisztrációs szabályozás

• TTL alapú szabályozás – – – – – –

Node-local Link-local Site-local Region-local Continent-local Global Scope

2016.03.31

0 1 < 32 < 64 < 128 < 255 Hálózati technológiák és alkalmazások

17

Multicast Scoping • Adminisztrációs szabályozás – link-local scope

224.0.0.0 - 224.0.0.255

• Egy router sohasem küldi tovább

– global scope

224.0.1.0 - 238.255.255.255

• A teljes Interneten érvényes

– administrative scope

239.0.0.0 - 239.255.255.255

• Nem küldik egy szervezet Intranet-jén kívülre

2016.03.31


18

IP Multicast adatátvitel • A csatlakozás egy multicast csoporthoz két lépésben történik – A helyi hálózaton (LAN) • Egy felhasználó értesíti a helyi multicast router-ét hogy szeretne csatlakozni egy csoporthoz • IGMP (IPv4), MLD (IPv6)

– A nagy kiterjedésű hálózaton (WAN) • A helyi router közreműködik a hálózat többi multicast router-ével a multicast fa kiépítésében és a csomagok továbbításában • DVMRP, MOSPF, CBT, PIM-DM, PIM-SM, PIM-SSM 2016.03.31


19

IGMP • Internet Group Management Protocol • IPv4 protokoll, a végső felhasználók és a helyi multicast router-ek között a helyi hálózaton – A multicast csoportokban való tagságot kezeli – Aszimmetrikus protokoll • Felhasználói rész • Router rész

• A router megtanulja hogy milyen csoportokat hallgatnak a saját helyi hálózatán – Nem érdekli hányan hallgatják, a fontos hogy legyen legalább egy valaki – Nem érdekli ki hallgatja 2016.03.31


20

IGMPv1 • S. Deering, "Host Extensions for IP Multicasting", RFC 1112, 1989. • A multicast router rendszeres Query üzeneteket küld az összes felhasználó közös multicast címére (224.0.0.1) • A felhasználók Report üzenettel válaszolnak, melyben beszámolnak az általuk hallgatott csoportokról – A Report-ot a hallgatott csoportok multicast címeire küldik

• A Report csomagok számának csökkentése érdekében: – Időzítők (timer) használata

• Egy felhasználó nem válaszol azonnal

– Host Suppression

• Ha valaki más már válaszolt, törli a saját Report üzenetét

• Unsolicited Report

– Ha egy felhasználó egy új csoportot akar hallgatni

2016.03.31


21

IGMPv1 Router • Egy IGMPv1 router fenntart egy multicast tagsági táblát – Milyen multicast csoportokat hallgatnak a hálózatán – Mikor volt az utolsó Report egy csoporttal kapcsolatban

• Soft-state protokoll – Ha egy adott időn belül nem erősíti meg senki egy csoport iránti érdeklődését, a csoportot törli a táblájából

• Csak azokat a multicast csomagokat küldi tovább a helyi hálózatra, melyeket egy a táblájában szereplő multicast címre küldtek 2016.03.31


22

IGMPv2 • W. Fenner, "Internet Group Management Protocol, Version 2", RFC 2236, November 1997. http://www.ietf.org/rfc/rfc2236.txt • IPv6-os változata: MLD (Multicast Listener Discovery)

– S. Deering, W. Fenner, B. Haberman, "Multicast Listener Discovery (MLD) for IPv6", RFC 2710, November 1999. http://www.ietf.org/rfc/rfc2710.txt

• Bevezet egy gyors kilépési mechanizmust (Fast Leave)

– Nem kell várni az időzítők lejárásáig ahhoz, hogy a router „levágjon” egy csoportot

2016.03.31


23

IGMPv2 üzenetek •

Membership Query

• •

Membership Report Leave Group Message

•

Ha egy felhasználó ki akar lépni egy csoportból, küld egy Leave üzenetet az összes multicast router közös multicast címére (224.0.0.2) Mielőtt a router levágja a csoportot, megkérdezi, van-e valaki más aki hallgatja a csoportot

•

– General Query – Group Specific Query

– Group Specific Query – Ha egy adott időn belül nem érkezik válasz, a router törli a csoportot

•

IGMPv3 – később... 2016.03.31


24

Multicast Routing • A forrás egy multicast csoportcímre küldi csomagjait • A hálózat multicast routerei kialakítanak és karbantartanak egy multicast fát – Az adatátvitel ezen fa mentén történik

• A helyi multicast router, az IGMP tagsági táblája alapján csatlakozik a fához, vagy elhagyja azt • A hálózat multicast router-ei között egy útválasztó protokoll működik – MOSPF, DVMRP, CBT, PIM 2016.03.31


25

MOSPF • Multicast Open Shortest Path First

– J. Moy, „Multicast Extensions to OSPF”, RFC 1584, March 1994 http://www.ietf.org/rfc/rfc1584.txt

• Kapcsolatállapot (Link State) protokoll • Az OSPF unicast útválasztó protokollt bővíti ki

– Multicast csoportinformációt is küldenek a routerek egymásnak – Minden MOSPF router megtudja hogy melyik helyi hálózaton melyik csoportot hallgatják – Az információ alapján forrásonként és csoportonként egy legrövidebb útvonalú fát (shortest path tree) építenek fel

• Nagy a jelzés többletterhelés • Nehezen alkalmazkodik a topológia változásokhoz – Újra kell számolni a fákat

2016.03.31


26

DVMRP • Distance Vector Multicast Routing Protocol – D. Waitzman, C. Partridge, S. Deering, "Distance Vector Multicast Routing Protocol", RFC 1075, November 1988 http://www.ietf.org/rfc/rfc1075.txt

• Távolság-vektor (distance vector) alapú protokoll – A RIP unicast útválasztó protokollt használja 2016.03.31


27

DVMRP • Elárasztás és metszés (flood and prune) – Elárasztás

• Ellenőrzi a csomag bejövő interfészét • Ha nem a legrövidebb út a forrás felé, eldobja a csomagot • Ha igen, továbbküldi a csomagot az összes többi interfészen

– Metszés

• Ha nincs érdekelt felhasználó egy helyi hálózaton • Ha nem a legrövidebb úton jött a csomag

– Egy közbeeső router megjegyzi azokat az interfészeit, ahol Prune érkezett • Azokra az interfészekre nem küldi ki a további csomagokat • A Prune bejegyzések percenként elavulnak

2016.03.31


28

DVMRP elárasztás

2016.03.31


29

DVMRP metszés

2016.03.31


30

PIM • Protocol Independent Multicast – PIM Dense Mode (PIM-DM) – PIM Sparse Mode (PIM-SM)

• PIM-SM – W. Fenner et al., „Protocol Independent Multicast - Sparse Mode (PIMSM): Protocol Specification (Revised)” , RFC 4601, August 2006 – A napjainkban legelterjedtebb multicast útválasztó protokoll

2016.03.31


31

PIM-SM • Egy közös multicast fát használ (shared tree) • Kiválaszt egy „randevú” pontot (RP) – Az RP a közös fa gyökere • „Explicit join” – nem mindenki akarja hallgatni

– Minden forrás az RP-hez küldi csomagjait • Az RP továbbküldi azokat a közös fán

– Source Register üzenettel bejelentkezik a forrás az RP-nél • (S,G) Join üzenettel az RP feliratkozik a forrás saját fájára

– Bizonyos számú csomag után áttérés a közös fáról a forrás fájára • Gyakorlatban az első csomag megérkezése után • Az RP-nek csak közvetítő szerepe van, megismerteti a forrást a vevőkkel

– Ha minden érdeklődő vevő már a forrás fáján van, az RP lecsatlakozik a forrás fáról 2016.03.31


32

PIM-SM csomagküldés IGMP (*, G) Join Az S1 forrás csomagja Az S2 forrás csomagja

R1

S2

R2

Internet

RP

R4

S1 R3 2016.03.31


33

Az ASM modell hátrányai • Az ASM modell elterjedését több gazdasági és technikai tényező gátolta – Bonyolult címkiosztás • Dinamikus címválasztás a forrás által • Komplex címallokációs megoldások az ütközések elkerülésére – GLOP (RFC 3180) – AS-ekhez statikusan rendelt multicast címek » Autonomous System – pl. ISP hálózata – MALLOC - Multicast Address Allocation Architecture (RFC 2908) » MADCAP – Multicast Address Dynamic Client Allocation Protocol » AAP – Multicast Address Allocation Protocol » MASC – Multicast Address Set Claim 2016.03.31


34

Az ASM modell hátrányai • Túl nyílt modell a szolgáltatók számára – A források és vevők ellenőrizhetetlensége – Nehezen megoldható számlázás

• Nem skálázható a tartományok közötti útválasztás – PIM-SM csak egy tartományon belül – Egy ISP nem szereti ha forgalmát egy másik ISP-n belüli RP ellenőrzi – A tartományok között más protokollok • MSDP – Multicast Source Discovery Protocol • MBGP – Multicast Border Gateway Protocol

2016.03.31


35

Az SSM modell • Egy egyszerűbb modellre volt szükség • SSM - Source Specific Multicast – Az Express modellre alapul – H. Holbrook, D. Cheriton, "IP Multicast Channels: Express Support for Large-Scale SingleSource Application", in Proceedings of ACM SIGCOMM'99, Cambridge, MA, USA, Sept. 1999.

• A (*,G) multicast csoport helyett az (S,G) multicast csatornát használja – – – –

S a forrás unicast címe G a csoport multicast címe Csak az S forrás küldhet csomagokat az (S,G) csatorna vevőihez Az adatátvitel egy forrás-specifikus fa mentén történik

2016.03.31


36

SSM csomagküldés Join (S1, G) Join (S2, G) Join ((S1, S2) G)

R1

R2

S2

R4

Internet S1 R3 2016.03.31


37

Forrás szűrés • Az SSM-hez szükség van forrás szűrésre

– A felhasználó nem csak azt mondja meg a helyi router-nek, hogy melyik csoportot hallgatja, hanem hogy azon belül melyik forrást is

• IPv4 – IGMPv3

– B. Cain, et. Al, "Internet Group Management Protocol, Version 3", RFC 3376, October 2002. http://www.ietf.org/rfc/rfc3376.txt

• IPv6 – MLDv2

– R. Vida, L. Costa, „Multicast Listener Discovery Version 2 (MLDv2) for IPv6", RFC 3810, June 2004. http://www.ietf.org/rfc/rfc3810.txt

2016.03.31


38

Üzenet tipusok • IGMP/MLD Query – General Query

• Ki mit hallgat?

– Group Specific Query

• Hallgatja-e valaki ezt a csoportot?

– Group and Source Specific Query

• Hallgatja-e valaki ezt a forrást ebben a csoportban?

• IGMP/MLD Report

– Current State Record

• Mit hallgatok – pl. Include (A) vagy Exclude (B) – A és B forráscím halmazok

– Filter Mode Change Record

• Szűrési mód váltása (Include vagy Exclude)

– Source List Change Record • Allow (A) vagy Block (B)

2016.03.31


39

IP Multicast • Több éven át folyamatosan a jövő „forradalmi technológiájának” tartották • Előnyök – Hatékony adatátvitel

• A legrövidebb úton (DVMRP, MOSPF, PIM-SSM) • Figyelembe véve a fizikai topológiát

– Hatékony erőforráskihasználás

• Egy csomagot egy link-en csak egyszer küld át

– Skálázható megoldás nagyméretű csoportok kommunikációjára • A csoportot egy virtuális cím azonosítja • Senki nem tartja számon a csoporttagok számát és kilétét

2016.03.31


40

IP Multicast • Mégsem terjedt el a várt mértékben – Technikai és gazdasági tényezők miatt

• Technikai hátrányok – Bonyolult címzés – Skálázható, tartományok közötti útválasztó megoldás hiánya – Rossz skálázhatóság a csoportok számát illetően • Egy router csoportonként egy bejegyzést tárol az útválasztó táblájában • A multicast címek nehezen aggregálhatók

– Magasabb szintű szolgáltatások nehézkes támogatása • IP multicast egy best-effort (több)pont-többpont adatátviteli szolgáltatás • A végfelhasználók felelősek a felsőbb szintű szolgáltatások kezeléséért • Bonyolult torlódás vezérlés és megbízható adatátvitel 2016.03.31


41

IP Multicast • Gazdasági tényezők

– Lassú és nehézkes telepítés a hálózatban

• Noha a router-ek ma már képesek a multicast kezelésére, az ISP-k nem mindig aktiválják a hálózatukon • Csak akkor működik hatékonyan, ha minden router alkalmazza • Különben alagutazásra van szükség

– „Tyúk-tojás” probléma

• Az ISP-k nem támogatják, mert nincs elegendő multicast alkalmazás, nincs kellő kereslet • A szoftware cégek nem fejlesztenek multicast alkalmazásokat, mert nincs hálózati támogatás, nem lehet majd őket eladni

– Nincs megfelelő gazdasági modell mögötte

• Az ISP számára nehezen ellenőrizhető az erőforrásfelhasználás • A tartalom-szolgáltató számára nehezen ellenőrizhető ki használja a szolgáltatást • Nincs megfelelő számlázási megoldás

2016.03.31


42

Adamis: Nagyfeladatok:

IAM‐ Initial Adress Message (hívástípus + telefonszám) ACM‐ Adress Complete Message (nyugta) CPG‐ Call in Progress (csöngés jelzése) ANM‐ Answer Message

a. B‐Battery feeding‐ ‐48 V tápfeszültség‐ellátás az előfizetői készülékek számára b. O‐Overvoltage protection‐túlfeszültség elleni védelem c. R‐Ringing of the called line‐a hívott vonal felcsengetése d. S‐Supervision of line loop vagy Signalling‐a vonalhurok állapotának figyelése (az előfizetői hurok egyenáramú állapotának változásával jelzi az előfizetői készülék a központnak a hívás kezdeményezését, fogadását, bontását) e. C‐Coding and decoding‐analóg/digitális és digitális/analóg (A/D és D/A) átalakítás f. H‐Hybriding‐2/4 huzalos átalakítás g. T‐Testing of the line loop‐az előfizetői vonal és interfész áramkör egymástól elkülönített módon végezhető mérése

p=0.5%, 1 perc →1/60 h, 210 lakó a) 210/60=3.5E → N=9 b) pcm trönk esetén N=1, pcm percenként 30 időrés c) csak a esetben: 7E, 0.005 → N=15

p=1%, 2 perc →1/30 h, 150 lakó a) 150/30=5E → N=11 b) pcm trönk esetén N=1, pcm percenként 30 időrés c) csak a esetben: 10E, 0.01 → N=18

1. Az központ és a terminál közt DSS1 harmadik rétegében (vagy gyakran ezt csak DSS1‐nek hívjuk) mennek az üzenetek, de ehhez legelőször fel kell építeni a 2. rétegbeli LAPD kapcsolatot (SABME, UA=unnumbered ACK). Ez Unnumbered (U) típusú keretekben történik. 2. Ha felépült a LAPD kapcsolat, már használhatjuk az információs (I) kereteket. Először kiválasztja a hívó a hívandó végberendezés TEI számát (Setup keret, ez még UI). 3. Azonban a központnak a hívott felé is fel kell építeni a LAPD kapcsolatot, ez még számozatlan keretben lesz (UI), ebben továbbítja a setup keretet. 4. A connect üzenet megérkeztére épül fel a kapcsolat 5. Végül pedig disconnect jelzés után le is kell bontatni a LAPD kapcsolatot is, ez U keretekben DISC üzenettel történik, erre szintén UA a válasz (vajon lehet DM?) .

Ha különböző központ:

p=0.5%, 0.5 perc →1/120 h, 420 lakó a) 420/120=3.5E → N=9 b) pcm trönk esetén N=1, pcm percenként 30 időrés c) csak a esetben: 7E, 0.005 → N=15

+BORSCHT

b, Háromféleképpen: ‐ Return error: a másik oldalról hibás paraméter érkezett (pl. hibás PIN), ezért a művelet nem fejezhető be ‐ Reject: szintaktikai vagy szemantikai hib a komponens részben, pl. az ATM nem támogatja a kért műveletet ‐ Abort: TCAP szintű szintaktikai/szemantikai hiba

A és rádiós interfész protokolljai? ???? Kislérdések:

az erlang képlet nem lineáris, minél nagyobb forgalmat koncentrálunk annál kevesebb áramkör kell → érdemes a forgalmat koncentrálni, tehát azonos blokkolás esetén kevesebb mint 2N vezeték kell

Disconnected Mode – Szétkapcsolt üzemmód: LAPD kapcsolat felépítésére való képtelenség jelzése Mindig csak annyi számot kell tárcsázni, amennyi az adott előfizető azonosításához feltétlenül szükséges. Áramör kikapcsolása, bekapcoslása. A két pont között egy egy szakaszból álló útvonal van. Nem társított: a jelzésútvonal több szakaszból áll. DSS1, mert 2B+D, ahol D a csatorna. 2B1Q vonali kód: két szomszédos bináris (B) jelet összefogva, abból 1 négyszintű quarternális (Q) jelet képez. ???? Signaling Connection Control Port – Jelzéskapcsolat vezérlő egység 2 különböző hálózatban lévő eszköz közötti azonosítás, jelzés út kialakítás céljából. Mert a keresés során a két végéről indulunk és keressük a szabad utat az összeköttetéshez, de párhuzamos esetén ez blokkoláshoz vezethet. Segítségével lehet meghatározni hívás felépítéskor a hívó és hívott közötti útvonalat. Kimeneti: A megelőző modul felől nincs soros/párhuzamos átalakítás. Bemeneti: A következő modul felől nincs párhuzamos/soros átalakítás. zöld szám tárcsázásakor használunk transzlációt

DM – Disconnected Mode: LAPD kapcsolat felépítésére való képtelenség jelzése. Receive Ready – Vételkész: I keret nyugtázása, ha nincs küldendő ellenirányú információ, vagy előzőleg RNR‐rel jelzett állapot megszűntének jelzése. Egy országon belül az egyes szolgáltatókat összekötő trönkök és kapuközpontok együttese. Signaling Connection Control Port – Jelzéskapcsolat vezérlő egység 2 különböző hálózatban lévő eszköz közötti azonosítás, jelzés út kialakítás céljából. Mindig csak annyi számot kell tárcsázni, amennyi az adott előfizető azonosításához feltétlenül szükséges. Mivel az S kapcsolóban a beszédjelek kombinációs áramkörök (multiplexerek) segítségével jutnak el a kimentre, ezért időrés késleltetést nem okoznak. A következő modul felől nincs párhuzamos/soros átalakítás. Egy irányba haladó összes jelzés ugyanazon az útvonalon kell, haladjon, hogy az üzenetsorrend ne boruljon fel. Nem társított helyett van a 7‐es számú, közös csatornás jelzésrendszerben, SLS segítségével valósul meg. Hátra indikátor bit: Ha a jelzéspont hibás jelzésüzenetet vesz, akkor ennek a bitnek az invertálásával jelzi ezt az ellenoldalnak („negatív nyugta”) ismétlést kérve.

1) Mi az elméleti és a gyakorlati maximuma az átviteli sebességnek dial-up esetén? Miért? A PCM kódolás után egy 64 Kbps csatornán megy a jel, ez a felső határ. A legtöbb rendszerben 1bitet byteonként jelzésre használunk. Az A/D és D/A átalakítások okozta pontatlanságból fakadó kvantálási zaj miatt gyakorlatilag 33,6 Kbps a határ. (Az 56Kbps-os csatlakozásoknál csak a downstream ekkora) 2) Miért gyorsabb az xDSL, mint a dial-up? A dial-up esetén a telefonhálózatot beszédátvitelre optimalizálták. A helyi központban csatlakozik a hálózatra egy sávszűrő, és csak a 4 kHz-es beszédsáv marad. Az adatok is csak ezt a sávot használhatják. Ezzel szemben az xDSL (DSL – digital subscriber line) előfizetői vonalát egy olyan kapcsolóra kötik rá, amelyen nincsen szűrő, így kihasználhatóvá válik az előfizetői hurok teljes kapacitása, amelyet befolyáűsol a vezeték hossza, vastagsága és minősége. A nagy sebesség elérése érdekében sok helyi központot kell telepíteni. Mivel a nagy sebesség kell az érdeklődés miatt, viszont a hatótávolság a sebesség növekedtével csökken, ezért mini központokat alakítottak ki a házakhoz közel. (Repeater és erősítők) 3) Frekvencia kiosztás ADSL G.dmt-ben! 0-4 kHz - hang 4-25 kHz - biztonsági sáv 25-160 kHz - upstream sáv 200-1,1 MHz - downstream sáv Az ADSL-nél: POTS Splitter a szolgáltatónál a beszéd és adat szétválasztására, így a 26kHz feletti részeket a DSLAM-hoz (DSL Access Multiplexer) irányítja, amely a bitfolyamot csomagokra bontja és az internetszolgáltató hálózatába továbbküldi. Az előfizetőnél: POTS Splitter, modem (DSP), PC-vel való összeköttetés (Ethernet,USB...). 4) Mik a javulások az ADSL2-ben? Az ADSL2 a hagyományos ADSL technológiát bővíti ki: Az adatátviteli sebesség 8-12 Mbit/s-ra nő Az elérhetőségi távolság kb. 500 m-re bővül az interferenciák kiszűrése miatt Energiatakarékosabb, mert különbséget tesz az adatátvitel és az ideiglenes átvitelmentes időszakok kezelése között Az ADSL2 rendszerek átválthatnak teljes digitális módba, ugyanis átadják a hangátvitelre elkülönített csatornákat az adatátvitel számára 5) Mi a Seamless Rate Adaptation? Automatikus átviteli sebesség adaptáció: egy kötegben 20-25 sodrott érpár áthallás van a szomszédos érpárok között, de ezt az ADSL2 már kijavítja, és nem az egész kapcsolatot bontja meg, mint az az ADSL-ben lehetséges, hanem csak azt a csatornát iktatja ki, amelyiken túl nagy a crosstalk okozta zaj az adó és a vevő megbeszélik egymással, melyik csatornákat használják 6) Mik a javulások az ADSL2+-ban? Növeli a sávszélességet a használható frekvenciatartomány bővítése által: a hangátvitelre, illetve adatfeltöltésre használt frekvenciák nem változnak a letöltési frekvencia maximális frekvenciája 1,1 MHz-ről 2,2 MHz-re bővül, ezáltal a maximális letöltési sávszélesség 8 Mbit/s-ról 16 Mbit/s-ra nő

SHDSL 2.3Mbps-os sebesség mindkét irányban, amely egy második sodrott érpár hozzáadásával 4.6-ra növelhető. 3km-en belül biztosítható. Az alacsonyabb frekvenciák használata kizárja a hagyományos hangátvitelt. (webserver üzemeltetése DSL kapcsolattal, videokonferencia, VPN, távmunka) 7) Miért gyors a VDSL? Milyen körülmények között használják? Very-high-data-rate DSL. Lényegesen nagyobb sebességű adatátvitel kis távolságokon o 52 Mbit/s downstream, 16 Mbit/s upstream o 12 MHz sávszélesség o max 1 km. hatótávolság, de 300 m inkább Leginkább optikai hálózatok épületen belüli kiterjesztésénél használják, mert az optikai kábelek épületen belüli telepítése a hajlítások miatt nem ajánlott. 8) Mik az előnyei a VDSL2-nek? VDSL2 = VDSL sebesség ADSL2+ hatótávolsággal A nagy sebesség ( 100 Mbit/s downstream és upstream) és a viszonylag nagy hatótávolság (3 km) egyszerre teljesül. (30MHz-es sávszélességgel) 8 meghatározott profil, különböző szolgáltatási szinteken: más és más sávszélesség igény régionként ADSL kompatibilis (míg a VDSL nem), könnyen telepíthető 9) Milyen szükséges módosításokat hajtottak végre a kábel TV-nél, hogy támogassa a szélessávú internet hozzáférést? KábelTV: jobb vétel ott, ahol az antennák nem nyújtottak megfelelő minőséget. Dombtetőre antenna, és a felhasználókhoz egyirányú adatátvitel koaxon (CATV, közösségi antennás televízió). Hálózatátalakításra volt szükség: o Az egyirányú erősítőket kétirányú erősítőre kellett cserélni o Fejállomást kellett fejleszteni: buta erősítőből egy intelligens digitális számítógéprendszert kellett csinálni, mely nagysebességű optikai szálakat csatlakoztat egy internet szolgáltató (ISP) hálózatához Mivel a koax kábel osztott közeg, ezért több darabra kellett osztani egy hosszú kábelt: o Minden szakaszt közvetlenül egy fiber-node-hoz kötünk o A fejállomás és a fiber-node-ok között a sávszél lényegében végtelen o Tvnél mindegy volt h 10-en , vagy 10.000-en nézik, netnél nem,mert ha valaki letölt akkor a többinek nem marad sávszél. 10) Milyen a spektrumkiosztás a kábel TV hálózaton? Nem lehet kizárólag netezérsre használni a kábelt, több TV előfizető van még, a kábelen kötelező TV-t sugározni, így fel kell osztani TV és internet között a sávot. USA, Kanada o FM rádió: 88 – 108 MHz o kábeltévé-csatornák: 54 – 550 MHz o 6 MHz széles csatornák, védősávval együtt  NTSC - National Television System Committee  Felbontás: 720 x 480, 29.97 fps Európa o TV sávok alsó határa 65 MHz

o

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 o A sáv alsó részét nem használják Modern kábelek 550 MHz felett is működnek, gyakran 750-800 Mhz felett is o Megoldás: feltöltés 5 – 42 MHz között (Európában 5 - 65 MHz) A spektrum felső végén lévő frekvenciák a letöltéshez

11) Miért asszimetrikus a kábel TV hozzáférési megoldás? A TV és a rádió is mind lefele halad a fejállomástól a felhasználó felé. Felfele olyan erősítők, melyek az 5-42 MHzes tartományban működnek, lefele az 54 MHz feletti tartományban működő eősítők. Azért asszimetrikus a rendszer, mert nagyobb a downstream, mint az uptstream, de ezt itt a leírt műszaki korlátok befolyásokják, nem úgy, mint az ADSL-nél. 12) Mit jelent a "ranging" kábel hálózaton, és miért van szükség rá? A ranging távolbecslést jelent. Hasonlít a ping-re. A modem ezzel méri meg, milyen távol van a fejállomás. Az időzítések miatt van rá szükség. 13) Hogyan kezeli az upstream állítást a kábel hálózat? Versenyhelyzetes feltöltés: A modem megméri milyen távolságban van a fejállomás A feltöltési csatornát az időben miniszeletekre bontják (minislot) o Minden felfele haladó csomag egy vagy több minislot-ban  A minislot-ok hossza használatonként más és más  Tipikusan 8 byte felhasználói adat egy minislot-ban A fejállomás rendszeresen bejelenti mikor új minislot-csoport kezdődik Ha a modem csomagot akar küldeni, szükséges számú minislot-ot igényel Letöltésnél csak küldő vanm a fejállomás, így nem kell minislot, versenyhelyzet sincs. 14) Hogyan alakultak ki a DOCSIS standardok? A kezdetekben minden hálózatüzemeltetőnek saját modem-je volt, melyet egy technikus telepített o 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 o A legnagyobb kábelszolgáltatók szövetsége o DOCSIS szabvány  Data Over Cable Service Interface Specification  EuroDOCSIS – európai változat o Sokan nem örültek neki  Nem tudták tovább drágán bérbe adni modemjeiket a kiszolgáltatott előfizetőknek 15) Mi a Local Loop Unbundling, és mit tud nyújtani? Az infrastruktúrával rendelkező szolgáltatókat kényszerítik, hogy biztosítsák más potenciális szolgáltatók részére a szabad hozzáférést a saját hálózatukhoz o legfőképpen a helyi előfizetői hurokhoz való hozzáférés o korrekt, non-diszkriminatív alapon és elérhető áron Többféle megoldás o a helyi hurok teljes átengedése  a konkurens szolgáltató teljes mértékben rendelkezik a vezetékkel, úgy a hangátvitelt mint az adatátvitelt tekintve o a helyi hurok megosztása  a konkurens szolgáltató vagy a helyi hurok hangátvitelt biztosító részével, vagy az adatátvitelt biztosító résszel rendelkezik o bitfolyam alapú hozzáférés  az incumbent szolgáltató kiépít egy nagysebességű átvitelt biztosító vonalat a felhasználóhoz, és biztosítja a konkurens szolgáltatók hozzáférését ehhez a vonalhoz  A vonal technikai karbantartása és a szolgáltatás üzemeltetése továbbra is az „incumbent” szolgáltató hatáskörébe tartozik 16) Mi a Universal Service Obligation? Alkalmazható szélessávnál? Számos országban szigorúan szabályozzák az univerzális szolgáltatási kötelezettséget a hagyományos távközlési szolgáltatásoknál o Universal Service Obligation, USO o a szolgáltató köteles egy univerzális alapszolgáltatást nyújtani egy egységes áron bárkinek aki azt igényli, függetlenül a szolgáltatás az előfizető felé való kiterjesztésének költségétől Néhány helyen a broadband-re is érvényes A legtöbb országban ez nincs így, több ok miatt o viszonylag új szolgáltatás, hiánya nem generál egyelőre jelentős szociális és gazdasági hátrányokat (ez azért már változik) o bevezetése nagymértékben megnövelné az infrastruktúra kiépítésének és a szolgáltatás üzemeltetésének a költségeit o csak erősítené a domináns szolgáltató helyzetét a konkurenciával szemben

17) Mik a különbségek a multi-mode és a single-mod optikai kábelek között? Többmódusú szál o A fényimpulzusok hosszanti irányban szétszóródnak a szálban o Egyszerre több, különböző szögben visszaverődő fénysugár halad o Minden sugárnak más a „módusa” o Olcsó megoldás, de csak kis távolságokra hatékony (500 m) Egymódusú szál o Ha az üvegszál átmérője nagyon kicsi, a fény visszaverődés nélkül, egyenesen terjed o Jóval drágább a szál, és nagyobb kapacitású, jobb lézereket igényel o Nagyobb távolságok áthidalására sokkal jobb  50 Gbps 100 km távolságba erősítés nélkül  A transzatlanti optikai kábeleknél nagyon fontos, hogy kevés erősítő legyen o A gerinchálózatban csak egymódúsú szálakat használnak 18) Különbségek az optikai kábel és a csavart érpár között!

19) Egyéb FTTH: hatalmas kapacitás, könnyen telepíthető -> lég és földkábelek. Külön hullámhosszon down- és upstream. Alacsony üzemeltetési és karbantartási kültségek, nagy távolságok esetén is működik. Kis átmérő, érzéketlen az elektromágneses interferenciákra. PON: passive optical network. Több felh. megoszt egy fényvezetőt. Elosztásra splittereket használnak, osztott hálózat: point-to-multipoint (P2M). (OLT – splitter – ONU ~10-20 km). Mindenkinek nem éri meg kihúzni a szálat az OLT-től, elég egyet és azt passzív eszközökkel szétosztani. Hátránya, hogy a splitter nem intelligens, tehát hiba esetén nem könnyű végignézni h melyik a rossz. Passive Star PON: splitterek egy doboban vannak csoportosítva, így a hibaelhárítás egyszerűbb, de ha a splitter és a CO közötti sázl hibás lesz akkor leáll midnen. Active Star PON: aktív elem kell, de Internet Group Management Protocol proxyként is működhet. Támogatja a multicastot, és hatékonyabb erőforráskihasználást biztosít. Könnyen menedzselhető, hibatűrő megoldás. (GPON – gigabit PON – 2.48 Gbps le, 1.244 Gbps fel) Active node: előfizetőnek saját fényvezető (P2P). Aktív csomópoontok az elosztásra. (Olt-node 70 km, node – ONU 10 km) Hybrid PON: előző kettő kombinációja. (OLT – node – splitter – ONU) Letöltés: splitter minden szálra kitesz minden csomagot, és az ONU csak azokat kezeli amiket neki címeztek. Feltöltés: TDM alapú, OLT időszeleteket oszt ki az ONU-knak. Szinkronizált a csomagküldés, ONU kérhet plusz szeleteket. Egy OLT-hoz több PON köthető. Olcsó passzív szűrőkön keresztül jut el az ONU-khoz. Két versenytárs APON és az EPON. APON: SAR (segmentation and reasssembly): fix hosszú, 53 byte-os ATM cellák. Az adatok átmennek egy ATM Adaptation Layeren, amely 48 byte-osokra osztja őket + 5 byte header, majd a címzettnél összerakják az eredeti forgalmat. a SAR miatt alkalmas video, hang és adatátvitelre, valamint a fix hosszú cellák illeszkednek a TDMA alapú upstreamhez BPON: egy jobb APON, nagyobb átviteli sebesség, dinamikus sávszélesség kiosztás (622 Mbps le, 155 Mbps fel) EPON: az adatok a 802.3 formátumot használják, így az adatok 64 és 1518 byte közöttiek fix hosszú időszeletek, melybe több cosmagot be tud rakni az ONU, amely javít a hatékonyságon, de nehéz jól kitölteni az időszeletet változó hosszúságú csomagokkal.

ALOHANET – kis hatósugarú rádiózás Minden felhasználó terminálon egy rádió, egy fel- (verseny) és egy leirányú (csak központ) frekvenciával. Ha siekrült valamit elküldeni, akkor a kp. visszaküöldte, ha nem jött vissza újrapróbálkozás. Slotted ALOHA: csak adott időpontokban lehet küldeni CSMA (Carrier Sense Multiple Access): először ellenőrzi, hogy van-e adás, és csak akkor küld ha nincs CSMA/CD: leállítja a küldést ha ütközést észlel (Ethernet) Ethernet Kommunikáció osztott közegben, a gépek adás előtt belehallgatnak a csatornába. Ha foglalt akkor vár, ha mégis ütközés akkor észlelik és zajlökettel értesíti a többieket is az ütközésről, ill. véletlen hosszú idő után újrapróbálkoznak (ez a véletlen idő többszöri ütközés után exponenciálisan nő). Legfeljebb 1500 byte-os adatmező, minimális hossza 46 byte (túl rövid kerettel nem lehet CD-t használni). Hálóüzat sebességének növelésével, a minimális keretméretet kell növelni, vagy a megengedett maximális kábelhosszt. Carrier extension: CRC mező után kitöltő bitsorozat Frame bursting: több egymás után fűzött keret átvitelével növeli a hatékonyságot Gigabit ethernet Pont-pont felépítésű: o duplex: kp-i kapcsolót kötnek össze a periférián lévő gépekkel (kizárt a versengés -> nem kell CD -> nem ethernet) o félduplex: egyszerű elosztóhoz csatlakoztatják a gépeket, lehetnek ütközések HUB Fizikai szintű ismétlő, a bejövő csomagokat bitszinten minden interfészén kiküldi. Ütközés lehet, fa topológiába kapcsolják. Minden állomás ütközhet a hub-ra kapcsolt más állomással, amely rontja a teljesítményt és különböző médiák nem kapcsolhatók össze (leglassabb sebességével fog adni). Switch MAC fejlécet megvizsgálva szelektíven továbbít, ismeretlen cím esetén midnen interfészén kiadja. Az ütközési zónákat elválasztja, puffereli a csomagokat, csak a megfelelő szegmensre továbbít. Jobban skálázható, hatékonyabb, biztonságosabb. Adatkapcsolati réteg (MAC cím alapján) Router Hálózati réteg (IP) alapján. Útválkasztó táblákat tárol, routing protokollokat használ. STP – root bridge választás

Hálózati Technológiák és Alkalmazások

Recommend Documents