Hálózati technológiák és alkalmazások Vida Rolland 2008.03.11

Foliák http://w3.tmit.bme.hu/~vida/hta Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.11

Bevezető Két számítógép kommunikációjához legegyszerűbb megoldás a közvetlen összeköttetés Mint a lokális hálózatokban Ha nagy távolságok és sok gép, akkor nagyon drága Nem a vezeték a drága, hanem a munkálatok Ásás, épületeken belüli munkák Sok országban tilos magánvezetékeket köztulajdonban levő kábelekkel együtt vezetni Megoldás: igénybe kell venni a már meglévő hálózatokat Nyilvános kapcsolt telefonhálózat Public Switched Telephone Network (PSTN) Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.11

PSTN A telefonhálózatokat korábban tervezték, kizárólag beszédátvitelre 1876 – Graham Bell feltalálja a telefont Pár órával Elisha Gray előtt Készüléket lehetett vásárolni, a vezetéket a felhasználónak kellett kihúznia Minden felhasználópár között egy külön vezeték Egy év alatt a városokat behálózták a vezetékek 1878 – Bell Telefontársaság Az első telefonközpont – New Haven, Connecticut Telefonkezelő kézi kapcsolással kötötte össze a hívót és a hívottat Városok közötti hívások Telefonközpontok összekötése Másodszintű központok, hierarchikus architektúra Csak az USA-ban ma több mint 22.000 központ, 5 szintű hierarchia Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.11

PSTN A telefonhálózat elemei: A kezdeti hálózat teljesen analóg Előfizetői hurok A háztól vagy az irodától a helyi kapcsolóközpontig („local exchange”) „Local loop”, „last mile” Optical local loop, wireless local loop Csavart réz érpár Kapcsolóközpontok Trönkök a kapcsolóközpontokat összekötő szálak gerinchálózat (törzshálózat) A kezdeti hálózat teljesen analóg Fokozatos áttérés a digitális átvitelre, főleg a kapcsolóközpontok között (gerinchálózat) Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.11

PSTN Local Loop Local Loop Gerinchálózat A A A A Local Exchange Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.11

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 Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.11

Nyalábolás Több beszédcsatorna átvitele egyetlen közegen - Multiplexing Analóg telefonhálózatokban – FDM Frequency Division Multiplexing, Frekvenciaosztásos nyalábolás A bejövő csatornát egy adott sávszélességűre csökkentik Egy adott frekvencia többszöröseit hozzáadják (keverik) A kapott sávokat összegzik Elavult, már kevés országban használják Inkább TDM 10.800 beszédcsatorna egy kimeneten 60 MHz-es koaxiális kábel (1976) 4kHz * 10.800 + védősávok Az interferenciák elkerülésére Össze lehet kötni két 200.000-es várost Úgysem beszél mindenki egyszerre A felhasználó szempontjából ugyanaz, mintha egy külön 4kHz-es érpárral lenne összekötve a beszélgetőpartnerével Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.11

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 Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.11

Digitális hangátvitel A/D D/A Local Loop Local Loop P C M P C M Gerinchálózat D D A A Local Exchange Local Exchange Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.11

Dial-up Access „Betárcsázós internet” A computerek digitális információi analóg jellé alakithatóak, és átvihetőek a hagyományos telefonhálózaton „Modem” – modulator-demodulator Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.11

Dial-up modem A/D D/A Local Loop Local Loop Gerinchálózat D D A A A A Local Exchange Local Exchange A A Modem D/A Modem A/D D D PC Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.11 PC

Modem történelem Az elsö modem az 50-es években Akusztikus modemek Az Amerikai Légvédelem használta katonai adatok küldésére a telefonhálózaton keresztül Dedikált telefonvonalak Fél-duplex rendszer Ameddig az egyik fél ad, a másik fél hallgat Akusztikus modemek Az első keresekedelmi forgalomban kapható modem – Bell 103 (1962) 300 bps full duplex átvitel ITU-T V.21 A kapcsolat felépítése, bontása kézzel történik (tárcsázás, kézibeszélő letevése) Érdekes: a mai telefonmodemek egy részével együtt tudnak működni Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.11

(A: analóg, D: digitális) Akusztikus modemek előfizetői hurok telefonhálózat (A vagy D) A D (A: analóg, D: digitális) Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.11

Modem szabványok További szabványok ITU-T V.22 – 1200 bps ITU-T V.22bis – 2400 bps ITU-T V.32 – 9600 bps (1984) ITU-T V.32bis – 14.4 Kbps (1991) ITU-T V.34 – 28.8 ITU-T V.34bis – 33.6 Kbps (1994) ITU-T V.90 – 56.6 Kbps downstream, 33.6 Kbps upstream (1996) ITU-T V.92 – 56.6 Kbps downstream, 48 Kbps upstream Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.11

Meddig fejlődhet? A gerinchálózat már digitális A PCM kódolás után egy 64 Kbps csatornán megy a jel, ez a felső határ A legtöbb rendszerben 1 bit/byte jelzésre Max. 56Kbps Az A/D és D/A átalakítások okozta pontatlanság (kvantálási zaj) miatt gyakorlatilag 33.6 Kbps a határ Az 56 Kbps-os csatlakozásnál (V.90) csak a downstream sebesség ekkora A tartalomszolgáltató digitálisan éri el a hálózatot Csak a digitális gerinchálózat határán kell D/A átalakítón átmenni Lényegesen kisebb zajtényező Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.11

Belső modemek Software modem (Winmodem) Hardware modem Általában PCI csatlakozón keresztül A Windows-on keresztül történik az adatok feldolgozása Tömörítés, kicsomagolás, hibajavítás, Lassítja a letöltést, növeli a késleltetést Más operációs rendszerrel (pl. Linux) nem működik Hardware modem Gyorsabb kommunikációt tesz lehetővé Drágább Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.11

Külső modemek Soros csatlakozással (serial port) USB csatlakozással PCMCIA csatlakozással laptopok csatlakoztatására Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.11

Kihalófélben a dial-up Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.11

ISDN Integrated Services Digital Network Digitális hang- és adatátvitelre alkalmas technológia Az első ISDN szabvány - CCITT Recommendation I.120 (1984) International Telephone and Telegraph Consultative Committee Mai nevén International Telecommunications Union (ITU) Az akkori két nagy gyártó (Northern Telecom – ma Nortel Networks, és az AT&T) másképp implementálták a szabványt Nem működött az interoperabilitás National ISDN 1 (NI-1) és ISDN 2 (NI-2) szabványok Narrowband ISDN (N-ISDN) Broadband ISDN (B-ISDN) ATM alapúra tervezték, soha nem valósult meg Az Internet IP alapú Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.11

ISDN Integrated Services – többféle szolgáltatás Hang, video, adatátvitel Végponttól végpontig digitális átvitel A beszédkódoló a telefonkészülékbe van beépítve Jobb minőségű átvitel, nincs konverzió Ugyanazon a sodrott érpáron megy a jel keresztül Ez fontos a gazdaságosság miatt Csak a készüléket kell lecserélni, a vezetéket nem Az első kereskedelmi ISDN hálózat 1987-ben Lassan terjedt el, és mire betört volna, a kapacitása sokak számára már kevés volt Az ISDN szolgáltatásait bevezették az analóg rendszerekben is Hívásvárakoztatás, hívószámkijelzés, hívásátirányítás Az otthoni Internet elterjedésével fellendült Az ezredfordulón az ISDN volt a legjobb technológia netezésre Ma a szélessávú technológiák (xDSL, kábel) miatt teret vesztett Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.11

ISDN Két csatornatípus: Több beszéd/adatcsatorna ugyanazon az érpáron B – Bearer (64 Kbps) D – Delta/Data (16 vagy 64 Kbps) Jelzésre (pl. tárcsázás, csengetés), de adat is lehet Out-of-band jelzés, nem zavarja a meglévő kapcsolatokat Gyors kapcsolatfelépítés Egy V.90-V.92 modemnél kb 30 mp, egy ISDN kapcsolatnál 2 mp. Több beszéd/adatcsatorna ugyanazon az érpáron Lehetséges konfigurációk: Otthoni felhasználóknak: 2B+D (128 Kbps) 2*64 Kbps + 16 Kbps sign. BRA/BRI – Basic Rate Acces/Interface (alapsebességű hozzáférés) Céges előfizetőknek: 30B+D (2Mbps) 30*64 Kbps + 64 Kbps sign. USA-ban 23 B csatorna PRA/PRI – Primary Rate Acces/Interface (primer sebességű hozzáférés) Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.11

Mi a DSL? DSL – Digital Subscriber Line Digitális előfizetői vonal Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.11

Miért DSL? Telefonos ipar – 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 Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.11

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, 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) Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.11

ADSL Asszimetrikus digitális előfizetői vonal Két versengő, és egymással inkompatibilis modulációs eljárás DMT – Discrete Multitone Modulation (vagy OFDM) Jelenleg a legelterjedtebb CAP – Carrierless Amplitude Phase Modulation 1996 óta nem használják DMT 1.1 MHz-es frekvenciatartomány 256 csatorna, egyenként 4.3125kHz 0 csatorna – POTS (hang) 1-5 csatorna – biztonsági sáv (üres) A hang és adatátvitel közötti interferenciák elkerülésére a maradék 250 csatornából 1 az upstream, 1 a downstream jelzése a többi a felhasználói forgalomé Frekvenciák felosztása ADSL-nél 0-4 kHz – hang 4-25 kHz – biztonsági sáv 25-160 kHz – upstream sáv 200 kHz - 1.1 MHz – downstream sáv Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.11

ADSL architektúra A szolgáltatónál Az előfizetőnél POTS Splitter Frekvenciaosztó a beszédjel és az adatok szétválasztására A beszéd a hagyományos kapcsológéphez irányítva A 26 KHz feletti rész a DSLAM-hoz DSLAM – DSL Access Multiplexer Csomagokra bontja a bitfolyamot és továbbküldi az internetszolgáltató hálózatába Az előfizetőnél ADSL modem Digitális jelfeldolgozó (DSP) Nagysebességű összeköttetés a PC-vel Ethernet kábel és kártya Néha USB csatlakozó is Belső ADSL-modemkártyák Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.11

ADSL architektúra Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.11

A szolgáltatás hatósugara Repeater Regenerátor Visszaállítja a jelet Erősítő Felerősíti a jelet ADSL szolgáltatás akár 16 km-ig Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.11

ADSL G.dmt ITU-T G.992.1 szabvány (1999) http://www.itu.int/rec/recommendation.asp?type=folders&lang=e&parent=T-REC-G.992.1 Lényegesen nagyobb a letöltésre elkülönített sávszélesség, a feltöltéssel szemben a webes böngészés igényeire szabott technológia maximális letöltési sebesség 8 Mbit/s 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 Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.11

ADSL G.dmt 2 ITU-T G.992.3 szabvány (2002) A hagyományos ADSL technológiát bővíti ki Az adatátviteli sebesség 8-12 Mbit/s-ra nő Az elérhetőségi távolság kb. 500 méterrel bővül A javulás leginkább a hosszú vezetékeken tapasztalható interferenciák kiszűrésének tudható be Az ADSL2 energiatakarékos Az eredeti ADSL megoldással szemben különbséget tesz az adatátviteli és az ideiglenes átvitelmentes időszakok kezelése között Az ADSL2 rendszerek átmenetileg átválthatnak „teljes digitális” módba átadják a hangátvitelre elkülönített csatornákat az adatátvitel számára Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.11

ADSL G.dmt 2 Automatikus átviteli sebesség adaptáció Egy kötegben 20-25 sodrott érpár „Áthallás” a szomszédos érpárról Crosstalk Akár az ADSL kapcsolat bontásához is vezethet Az ADSL2 képes adaptálni a sebességet Ha egy csatornán túl nagy a zaj, csak azt iktatja ki Az adó és a vevő megbeszélik egymással melyik csatornákat használják Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.11

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. Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.11