Telefonhá Telefonhálózat és a szá számítógéphálózatok
Nyilvános kapcsolt telefonhálózat Mihalik Gá Gáspá spár
Kis tá távolsá volságon a szá számítógépek összekapcsolható sszekapcsolhatók kö közvetlenü zvetlenül vezeté vezetékkel
Nagyobb tá távolsá volság eseté esetén a magá magánká nkábelek fekteté fektetése drá drága és/vagy tilos (magá á nvezeté (mag nvezetékek nem keresztezhetnek köztulajdonban lé lévı vezeté vezetékeket) A hálózattervezıknek a meglévı távközlési eszközöket kell igénybevenniük
Problé Probléma Ezeket a telefonhá telefonhálózatokat emberi beszé beszédhang átvitelé tvitelére tervezté tervezték A digitá digitális technika és a fé fényvezetı nyvezetı szá szálak elterjedé elterjedésével ez megvá megváltozott A nagytá nagytávolsá volságú szá számítógép-hálózatok és a telefonrendszerek összefonó sszefonódtak Szá Számítógépes ká kábel
Telefonvonal
109 b/s
56*103 b/s
Problé Probléma (folyt.) ADSLADSL-kapcsolattal is 10001000-20002000-szeres különbsé nbség
Egy ilyen rendszeren a legkisebb átvitel növelés is sokat jelenthet, ezért sokat foglalkoztak a lehetıségek kutatásával
~20000-szeres különbség…
A tá távbeszé vbeszélırendszer felé felépítése Alexander Graham Bell 18761876-ban feltalá feltalálta a telefont (Puská (Puskás Tivadar, Elisha Gray) Az elsı elsı idı idıkben a ké készü szülékek csak pá párosá rosával mőködtek 18771877-ben má már a vá városokat behá behálóztá zták a vezeté vezetékek… kek… Bell megalakí megalakította a Bell Telefontá Telefontársasá rsaságot, amely 18781878-ban lé létrehozta az elsı elsı telefonkö telefonközpontot New HavenHaven-ben
Telefoná Telefonálás folyamata 1. A beszé beszélı megtekert egy kart, 2. Ennek hatá hatására a kö központban megszó megszólalt egy csengı csengı
3. Ez jelzett a telefonkezelı telefonkezelınek 4. A kezelı ı megké kezel megkérdezte a hí hívót, kivel szeretne beszé beszélni
5. Egy kapcsoló kapcsolókábel (jumper (jumper cable) cable) segí segítsé tségével összekö sszekötötte ıket
1
A kü különbö nbözı távbeszé vbeszélırendszer topoló topológiá giák
Újabb igé igények Hamarosan minden vá városban megjelentek Bell telefonkö telefonközpontjai Az emberek már városok között is szerettek volna beszélni
Emiatt össze kellett kapcsolni a telefonkö telefonközpontokat
A sok vezeté vezeték megint problé problémát jelentett Másodszintő sodszintő telefonkö telefonközpontok jelentek meg Végül ötszintő tszintő hálózatot alakí alakítottak ki
A rendszer 18901890-re a tá távbeszé vbeszélırendszer há három fı fı része - kapcsoló kapcsolóközpontok, elı elıfizetı fizetıi hurkok és a kö központok kö közötti vezeté vezetékek – már mind a helyü helyükön voltak Ez lé lényegé nyegében 100 évig érintetlen maradt
Kapcsoló Kapcsolódási mó módok Elı Elıfizetı fizetıi hurkok sodrott érpá rpár (kezdetben szigetelt ká kábelek) Kapcsoló Kapcsolóközpontok kö között koaxiá koaxiális ká kábelek, mikrohullá mikrohullámú összekö sszekötteté ttetés, fé fényvezetı nyvezetı kábelek A mú múltban a teljes rendszer analó analóg volt, a tényleges beszé beszédjelet tová továbbí bbítottá tották Ma má már az összes trö trönk és kapcsoló kapcsolóközpont digitá digitális – csak az elı elıfizetı fizetıi hurok analó analóg
Teljesen összekapcsolt há hálózat Központosí zpontosított kapcsoló kapcsoló Kétszintő tszintő hierarchia
Fogalmak Végkö gközpont (helyi kö központ) Elı Elıfizetı fizetıi hurok (1(1-10 km) – összes elı elıfizetı fizetıi hurok:
nagyon sok ré réz Távhí vhívó központ (tandem kö központ) Helykö Helyközi trö trönk Központkö zpontközi trö trönkö nkök
Digitá Digitális rendszer elı elınyei Nem szü szüksé kséges analó analóg jelek helyreá helyreállí llítása Csak 00-t és 11-t kell tudni megkü megkülönbö nböztetni Könnyebben karbantartható karbantartható Megbí í zható ó bb Megb zhat Olcsó Olcsóbb
2
Távkö vközlé zlési politika 1984 elı elıtt a Bell Systems, majd annak utó utódja – az AT&T – egyedü egyedül nyú nyújtott távkö vközlé zlési szolgá szolgáltatá ltatást Az amerikai kormá kormány beperelte monopol helyzete miatt – felosztottá felosztották az AT&TAT&T-t Versenyhelyzet alakult ki: javult a szolgáltatások minısége, csökkentek az árak
Magyarorszá Magyarországon 19901990-ben rendszervá rendszerváltá ltás 1991. december 3131-én felosztottá felosztották a Magyar Postá Postát – megjelent a Matá Matáv Magyar Távkö vközlé zlési Rt. 2004 januá január 1. – lehetı lehetıvé vált az elı elıfizetı fizetıi hurkok megnyitá megnyitása Piaci helyzet lassan alakul/alakult ki
A há hálózat ré részei, tulajdonosokra vonatkozó vonatkozó elı elıírások Helyi kö körzet (LATA) – helyi szolgá szolgáltató ltató (LEC) Helyi kö körzetek kö között – közvetí zvetítı távbeszé vbeszélı szolgá szolgáltató ltatók
POP (Point (Point of Presence) Presence) kö központ Minden kö közvetí zvetítı szolgá szolgáltató ltató eseté esetén a felé felépített kapcsolatnak mind technikailag, mind pénzü nzügyileg azonos paramé paraméterekkel kell rendelkeznie Ugyanaz a cé cég nem nyú nyújthat kö közvetí zvetítı távbeszé vbeszélı szolgá szolgáltatá ltatást és helyi telefonszolgá telefonszolgáltatá ltatást egyszerre
Változá ltozások a szabá szabályozá lyozásban Az akkori jogi szabá szabályok nem készü szültek fel a mobiltelefon hálózatokra, és a ká kábelteleví beltelevízió ziós hálózatokra Felismerté Felismerték, hogy nem tartható tartható fenn a szolgá szolgáltatá ltatások szé szétvá tválasztá lasztása Ezé Ezért engedé engedélyezté lyezték az integrá integrált szolgá szolgáltatá ltatások nyú nyújtá jtását 19661966-ban volt egy kité kitétel, amin nem változtattak: a szá számhordozá mhordozás, ami elı elısegí segítette a versenyt
Elı Elıfizetı fizetıi hurok A telefontá telefontársasá rsaság helyi kö központjá zpontját és az elı elıfizetı fizetıket kö köti össze
Régebben a kö körzetszá rzetszám és a telefonszá telefonszám eleje egyé egyértelmő rtelmően megadta a helyi központot Lehet analó analóg és digitá digitális Digitá Digitális jelá jelátvitelné tvitelnél analó analóg vonalon szü szüksé kségessé gessé teszi a modemet
3
Problé Probléma az átviteli vonalakkal
Modemek Digitá Digitális jelá jelátvitelné tvitelnél a jel spektruma szé széles
Csillapí Csillapítás –
(vé (végtelen szá számú felharmonikus)
energiacsö energiacsökkené kkenés [dB/km], frekvenciafü frekvenciafüggé ggés Torzí Torzítás – a jelterjedé jelterjedés sebessé sebességének különbö nbözısége miatt Zaj
Modulá Moduláció ciók
Nagymé Nagymérté rtékő torzí torzításnak és csillapí csillapításnak vannak kité kitéve Alapsá Alapsávi átvitel nem jó jó Vivı Vivıhullá hullám (1000(1000-2000 Hz kö közötti szinusz) Modulá Moduláció ció: amplitú amplitúdó-, frekvenciafrekvencia-, fázismodulá zismoduláció ció
Sebessé Sebességnö gnövelé velés Nem lehet kizá kizárólag a mintavé mintavételezé telezési sebessé sebességet nö növelni
NyquistNyquist-tétel: tel: 3000 HzHz-es, zaj né nélkü lküli
vonalon sem érdemes nö növelni 6000 Hz fölé a mintavé mintavételezé telezést A legtö legtöbb modem 24002400-szor vesz mintá mintát (Baud) Baud) Az átvitt mintá mintákba pró próbálnak mind tö több bitet ső sőríteni
Fázismodulá zismoduláció ció típusok csillagké csillagkép diagrammjai
Tová További sebessé sebességnö gnövelé velés A gyorsabb modemek tö többnyire
Kvadratú Kvadratúra* fázismodulá zismoduláció ció (QPSK – Quadrature Phase Shift Keying) Keying)
Kvadratú Kvadratúra Amplitú Amplitúdómodulá moduláció ció (QAM(QAM-16 Quadrature Amplitude Modulation): Modulation): 9600 b/s
QAMQAM-64: 14400 b/s
tudjá tudják emulá emulálni a ná náluk lassabbak csillagké csillagkép diagramjait Sok pont eseté esetén kevé kevés zaj má már problé problémát okoz: hibajaví hibajavítás TCM (Trellis (Trellis Code Modulation) Modulation) 4 adatbit + 1 paritá paritásbit V.32 (4a,1p), V.32 bis(6a,1p fax modemek), V.34(12b), V.34 bis(14b)
4
V.32 és V.32 bis
Adattová Adattovábbí bbítás fajtá fajtái Szimplex Duplex Teljes duplex – modemek ezt haszná használjá lják: kü különbö nbözı adá adásisi-vételi frekvencia
Sebessé Sebességnö gnövelé velés hatá határon tú túl A szabvá szabványos modemek sebessé sebessége nem megy 33,6 kb/s kb/s fö fölé
Ez az átlagos elı elıfizetı fizetıi hurok maximá maximális
adatá adatátviteli sebessé sebessége a ShannonShannon-tétel szerint Kétszer kell konverzió konverziót vé végezni D/A, majd A/D átalakí talakítást Ha az átalakí talakítások szá számát egyre csö csökkentjü kkentjük, elé elérhetjü rhetjük a 70 kb/s kb/s letö letölté ltést
Digitá Digitális elı elıfizetı fizetıi vonalak A telefonos ipar 56 kb/s kb/s sebessé sebessége összevetve a ká kábelté beltévé 10 Mb/s, Mb/s, vagy a mőholdas 50 Mb/s Mb/s sebessé sebességével elé elég kevé kevésnek tő tőnt Digitális szolgáltatások nyújtása az elıfizetıi hurkon keresztül: „szélessávú” adatátvitel lehetısége (ISDN 1980’s, DSL 1990’s)
xDSL Digital Subscriber Line – digitá digitális elı elıfizetı fizetıi vonal
A legné legnépszerő pszerőbb az ADSL (Asymmetric (Asymmetric DSL) Az eddigi modemek egy, az emberi hang átvitelé tvitelére optimalizá optimalizált átviteli csatorná csatornát haszná használtak (fa=300 Hz, ff=3400 Hz) Megfelelı elıfizetés esetén leveszik a szőrıt
5
Az elı elıfizetı fizetıi hurok adatá adatátviteli sebessé sebessége fü függ Vastagsá Vastagság Minı Minıség Távolsá volság
Következmé vetkezmény Ha meghatá meghatározzá rozzák a sebessé sebességet, azt csak egy bizonyos sugarú sugarú körön belü belül tudjá tudják nyú nyújtani Miné Minél nagyobb a kö kör, anná annál tö több a potenciá á lis elı ı fizetı ı , potenci el fizet De anná annál kisebb a sebessé sebesség Eladható? Mini helyi központok telepítésével növelhetık a körök
DSL kö követelmé vetelmények 1. Mőködnie kell a má már lé létezı tezı 3as kategó kategóriá riájú vezeté vezetékeken 2. A vá változá ltozások nem érinthetik a már megvá megvásárolt telefon és fax készü szülékeket 3. Sokkal gyorsabbnak kell lenniü lenniük, mint a normá normál vonalon biztosí biztosítható tható 56 kb/s kb/s
DSL megoldá megoldások A rendelkezé rendelkezésre álló lló ~1,1 MHzMHz-es
sávszé vszélessé lességet 3 ré részre osztjá osztják: POTS (Plain (Plain Old Telephone Service), feltö feltölté ltési sá sáv, letö letölté ltési sáv VDSLVDSL-nél a DMT (Discrete (Discrete MultiTone) MultiTone) eljá eljárást haszná használjá lják
Technikai leí leírás (ADSL)
Technikai leí leírás (VDSL)
A gyakorlatban megvaló megvalósítható tható maximá maximális
Megvaló Megvalósítható tható maximá maximális adatá adatátviteli
sebessé sebesség kö központhoz kö közeli, jó jó minı minıségő vonalon a 8 Mb/s Mb/s Minden csatorná csatornán belü belül egy a V.34V.34-hez hasonló hasonló eljá eljárást alkalmaznak, QAMQAM-val A mintavé mintavételi sebessé sebesség nem 2400, hanem 4000 Baud A vonal minı minıségét minden csatorná csatornán állandó llandó megfigyelé megfigyelés alatt tartjá tartják, és dinamikusan igazí igazítanak a sebessé sebességen, ha szü szüksé kséges
sebessé sebesség 100 Mbit/s Mbit/s – távolsá volságtó gtól fü függı ggıen (max. max. 300 mé méter tá távolsá volság a kö központtó zponttól) Ehhez 30 MHzMHz-es sá sávszé vszélessé lességet haszná használnak Magyarorszá Magyarországon piaci kí kínálatban szereplı szereplı maximá maximális átviteli sebessé sebesség 25 Mbit/s Mbit/s
6
DSL eszkö eszközök tipikus elrendezé elrendezése
Vezeté Vezeték né nélkü lküli elı elıfizetı fizetıi hurkok A versenyhelyzet kialakí kialakításával az alternatí alternatív szolgá szolgáltató ltatók helyzete kicsit nehé nehéz a bevett helyi szolgá szolgáltató ltatókéhoz képest – mivel azok ké kész há hálózattal rendelkeznek Telepített vezeték nélküli megoldások - Wireless Local Loop (WLL): vezeték nélküli elıfizetıi hurok
MMDS 19691969-ben összesen 198 MHz sá sávszé vszélessé lességő
csatorná csatornákat jelö jelölt ki az FCC vezé vezérelhetı relhetı televí televízió ziók szá számára Ez nem lett né népszerő pszerő, ezé ezért visszavette az FCC a frekvenciasá frekvenciasávokat Az MMDS (Multichannel (Multichannel Multipoint Distribution Service) – többcsatorná bbcsatornás tö többpontos elosztá elosztási szolgá szolgáltatá ltatás Az MMDS kis sá sávszé vszélessé lessége miatt tová további frekvenciá frekvenciák irá iránt is érdeklı rdeklıdtek Az MMDS és az LMDS MANMAN-nak tekinthetı tekinthetı
Az LMDS elrendezé elrendezése
LMDS LMDS (Local Multipoint Distribution Service) – helyi tö többpontos elosztá elosztási szolgá szolgáltatá ltatás Ameriká Amerikában 2828-31 GHzGHz-en, en, Euró Európában 40 GHzGHz-en jelö jelöltek ki 1,3 GHz sávszé vszélessé lességet Ezt a galliumgallium-arzenid félvezetı lvezetık megjelené megjelenése tette lehetı lehetıvé
Trö Trönkö nkök és multiplexelé multiplexelés A telefon tá társasá rsaságok szeretné szeretnék miné minél olcsó olcsóbban összekö sszekötni a kö központjaikat
Mivel az ároká rokásás jelenti a legnagyobb költsé ltséget, igyekeznek miné minél kevesebb kábellel megoldani a kapcsolatot A megoldá megoldás az, hogy egy szá szálon egyszerre tö több beszé beszélgeté lgetés is bonyolí bonyolítható tható legyen Frekvenciaosztásos
Idıosztásos
multiplexelés
7
Frekvenciaosztá Frekvenciaosztásos multiplexelé multiplexelés Hangcsatorná Hangcsatornák sá sávszé vszélessé lessége ~3000 Hz, a sávoknak 4000 HzHz-es szé szélessé lességet biztosí biztosítanak 3 csatorná csatornás elı elıcsoport, csoport, 12 csatorná csatornás „B” alapcsoport 5 csoport fı fıcsoportot, 5 (CCITT) vagy 10 (Bell(Bell-rendszer) fı fıcsoport mestercsoportot alkot Analó Analóg technika
Hullá Hullámhosszosztá mhosszosztásos multiplexelé multiplexelés A fé fényvezetı nyvezetı szá szálas csatorná csatornákon a frekvenciaosztá frekvenciaosztásos multiplexelé multiplexelés egy változatá ltozatát a hullá hullámhosszosztá mhosszosztásos multiplexelé multiplexelést alkalmazzá alkalmazzák WDM (Wave (Wave Division Multiplexing) Multiplexing) Ugyanaz, mint a FDM, de teljesen passzí passzív, ezé ezért rendkí rendkívül megbí megbízható zható
Idı Idıosztá osztásos multiplexelé multiplexelés
Rézvezeté zvezetékes technoló technológia TDM (Time Division Multiplexing) Multiplexing) Digitá Digitális elektronika kezeli Emiatt a beszé beszédhangot is át kell alakí alakítani digitá digitális jelekké jelekké A bejö bejövı jeleket a kodek alakí alakítja 8 bites szá számokra, 8000 mintavé mintavétel/má tel/másodperc sebessé sebességgel mőködik (125 µs/minta)
8
TDM rendszerek elı elınyei Torzí Torzítások és zajok kevé kevésbé sbé érvé rvényesü nyesülnek Regeneratí Regeneratív ismé ismétlı tlıkkel a jel megtisztí megtisztítható tható A teljes útra megengedett zaj nagyobb lehet, mint analó analóg rendszerekben – nem kell szé szétosztani a szakaszok kö között Sokkal hosszabb jó jó minı minıségő vonalak Digitá Digitális kö központokkal az egé egész rendszer digitá digitális
PCM PCM (Pulse (Pulse Code Modulation) Modulation) – impulzuskó impulzuskódmodulá moduláció ció
A CCITT nem tudott megegyezé megegyezésre jutni a PCM
nemzetkö nemzetközi szabvá szabványá nyáról – Északszak-Ameriká Amerikában és Japá Japánban T1, T1, a vilá világ tö többi ré részé szén E1 rendszert haszná használnak A T1 vivı vivıvel 1,544 Mb/s Mb/s sebessé sebesség Az E1E1-gyel 2,048 Mb/s Mb/s sebessé sebesség érhetı rhetı el Egymá Egymásra multiplexelé multiplexelés T1T1-T2, stb., E1E1-E2, stb. PCM 30/32 – keret, 16 keret -> multikeret
Tömörítés
Tömörítés Az átvitt adatok mennyisé mennyiségét tö tömörítéssel is lehet nö növelni A beszé beszédhang viszonylag lassan vá változik a vivı vivı frekvenciá frekvenciájához ké képest – ezé ezért a 7 v. 8 bites leí leírás redundanciá redundanciát eredmé eredményez
Tömörítési eljá eljárások Különbsé nbségi impulzuskó impulzuskód-modulá moduláció ció Deltamodulá Deltamoduláció ció Prediktí Prediktív kó kódolá dolás
Tároljuk a jel változását!
Kapcsolá Kapcsolási mó módok Telefonhá Telefonhálózat ké két fı fı része: Külsı lsı berendezé berendezések – elı elıfizetı fizetıi hurkok, trö trönkö nkök Belsı Belsı berendezé berendezések – kapcsoló kapcsolók A kapcsoló kapcsolók ké két mó módszert haszná használnak az adatok tová továbbí bbítására: Vonalkapcsolá Vonalkapcsolást, és Csomagkapcsolá Csomagkapcsolást
Vonalkapcsolá Vonalkapcsolás vagy áramkö ramkörkapcsolá rkapcsolás Ilyenkor telefonhí telefonhívás eseté esetén a
kapcsoló kapcsolóközpont keres egy olyan fizikai vonalat, amelynek segí segítsé tségével a ké két készü szülék összekapcsolható sszekapcsolható A kapcsolá kapcsolás addig aktí aktív marad, amí amíg a beszé beszélgeté lgetés tart Kezdetben a telefonkö telefonközpontban ülı szemé személy vé végezte a kapcsolá kapcsolást Késıbb ezt automatá automaták vé végezté gezték
9
Automata kapcsoló kapcsolóközpont Almon Brown Strowger Az automata kapcsoló kapcsolóközpont kitalá kitalálója Innen van a StrowgerStrowgerkapcsoló kapcsoló elnevezé elnevezése a telefonkö telefonközpontoknak
Vonalkapcsolá Vonalkapcsolás folyamata A vé végpontok kö közötti összekö sszekötteté ttetést lé létre kell hozni a adatok tová továbbí bbítása elı elıtt
Tárcsá rcsázás és a kicsengé kicsengés kö között jelentı jelentıs idı idı is eltelhet: ez idı idı alatt keresi a kö központ a lehetsé é ges ú tvonalat lehets Hosszú kapcsolatfelvételi idı
Ha a kapcsolat lé létrejö trejött, kicsi a ké késlelteté sleltetés Nincs torló torlódásveszé sveszély
Üzenetkapcsolá zenetkapcsolás A kü küldı ldı és a vevı vevı között nem jö jön lé létre fizikai ré rézvezeté zvezetékes kapcsolat Az elsı elsı kapcsoló kapcsolóközpont fogadja az üzenetet, megvá megvárja a vé végét és tá tárolja azt Ellenı ı rzi a hibá á kat Ellen hib Majd tová továbbkü bbküldi, és így tová tovább Az elsı elektromechanikus rendszer, ami ezt használta: a távíró
Csomagkapcsolá Csomagkapcsolás Az üzenetkapcsolá zenetkapcsolásná snál az adatblokk méreté retét semmi nem korlá korlátozza
Router kapacitá kapacitás, vonalfoglaltsá vonalfoglaltság hosszú hosszú ideje Kifejleszetté Kifejleszették a csomagkapcsolá csomagkapcsolást Az adatblokk mé méreté retének felsı felsı korlá korlátja van A rö rövid vonalfoglaltsá vonalfoglaltság miatt lehetı lehetıség az interaktivitá interaktivitásra
10
Összefoglalá sszefoglalás Távbeszé vbeszélırendszer topoló topológiá giák (teljesen összekapcsolt,
központosí zpontosított, hierarchikus) végkö gközpont, elı elıfizetı fizetıi hurok, tá távhí vhívó központ, trö trönk Modemek, modulá moduláció ció fajtá fajtái Sávszé vszélessé lesség, mintavé mintavételi sebessé sebesség, jelzé jelzési sebessé sebesség Sebessé Sebességnö gnövelé velés, csillagké csillagkép diagrammok DSL és jellemzı jellemzıi, ADSL Vezeté Vezeték né nélkü lküli elı elıfizetı fizetıi hurok FDM, WDM, TDM PCM, tö tömörítés Vonalkapcsolá Vonalkapcsolás, üzenetkapcsolá zenetkapcsolás, csomagkapcsolá csomagkapcsolás
Köszönöm a figyelmet!
11
