Präsentation Öffentliche Netze & Dienste

1. Präsentation Öffentliche Netze & Dienste S.Kretschmann

2. Was versteht man darunter Öffentliche Netze und Dienste? • Bezeichnung für ein Netz, bei dem der Netzbetreiber jedem dem Zugang ermöglicht und bestimmte staatlich kontrollierte Anforderungen erfüllt.

3. Allgemeine Gliederung • ATM • GSM • UMTS • DSL

4. ATM • ATM ( Asynchronous Transfer Mode ) • ATM Datenkommunikation was ist das? • ATM Zellen & Zellkopf • ATM Zellstruktur • ATM Funktionsweise • ATM Fehlerkorrektur und Netzüberlastung • ATM Netz & Netzstruktur • ATM Netzvorteile • ATM Dienstklassen • ATM Übertragungsprinzip • ATM Anwendungen • ATM LAN • ATM Multiplexing • VPN ( Virtual Private Network )

5. ATM • asynchrones Datenübertragungsverfahren für Hochgeschwindigkeitsnetze • Daten werden in winzige Pakete von 53 Byte Länge zerlegt • kann im WAN und im LAN- (Local Area Network) eingesetzt werden • verwendbar als verbindungsloser Service und verbindungsorientiertes Protokoll • Übertragung durch virtuelle Verbindung • sehr hohe Bandbreiten - von 25 MBit/s über 155 MBit/s bis zu 622 MBit/s

6. ATM Zellen & Zellkopf • Konstante Länge von 53 Byte • 5 Byte bilden Zellkopf ( Adress- & Steuerinfos) • Restlichen 48 Byte enthalten Nutzdaten • Bytes werden als Okletts bezeichnet da sie aus 8 Bit bestehen • Länge d. Informationsfeldes ( Payload 48 Byte ) eine Zelle stellt Kompromiss zwischen Anforderung der Daten und Echtzeitdienst • Echtzeitdienst = Datenübertragung eines Vorgangs ohne Verzögerung zu ablaufenden Vorgang

7. Datendienst = Lange Dateneinheiten sinnvoll um Daten ohne Verzögerung zu übertragen • Gibt 2 Zellarten • NNI Zellen ( Network Node Interface ) • Bits für Datenfußkontrolle entfallen dienen d. Pfadkennung • Kommunikation an Schnittstelle zwischen ATM Netzknoten • UNI Zellen ( User Network Interface ) • Kommunikation an Benutzer Netzwerkschnittstelle verwendet

8. ATM Zellstruktur • Zelle besteht aus Nutzdaten (Payload) und dem Zellkopf (Header) • Zellstruktur wurde von der IEEE in der Empfehlung 802.6 standardisiert • Datenströme werden im ATM-Netz zu einem gemeinsamen Zellstrom verbunden • Zellen sind vor allem wegen des Cell-Switching nur 53 Byte lang • kleine Zellen bringen Vorteile hinsichtlich der Antwortzeiten und Übertragungskapazitäten bei ihrer Codierung, der Segmentierung und beim Switching  geringe Verzögerungszeiten

9. ATM Funktionsweise • Header enthält einen Virtual Connection (VC) Identifier, bestehend aus einem Virtual Path Identifier (VPI) und einem Virtual Channel Identifier (VCI) • auf Port gelesene Zelle beschreibt durch deren VC Identifier eindeutig einen neuen VC Identifier und einen ausgehenden Port für die Weiterübertragung der Zelle • bei einer Point-to-Multipoint - Verbindung wird das VPI/VCI-Paar auf eine Menge von neuen VC identifiers und Ausgangsports abgebildet

11. ATM benutzt ein komplexes Netz von Switches • ATM- Zellen bewegen sich zwischen Ports hin und her • jeder Port des Switches ist an ein Spezifisches Gerät angeschlossen • da die Zellen so klein sind kommt es nur zu geringen Verzögerungszeiten

12. ATM Fehlerkorrektur und Netzüberlastung: • Fehlerkorrektur: - nicht durchgeführt von Protokollen - ATM- Switches kontrollieren die Header - falls Fehler auftritt wird das Paket verworfen - Wiederaufsetzten erfolgt durch Endsystem • Netzüberlastung: - nur wenn mehr Bandbreite benötigt wird als momentan zu Verfügung steht - es kann eine gewünschte Verbindung abgewiesen werden - (ATM- Netz wird von der Auslegung des Netzes begrenzt nicht vom Übertragungsprotokoll)

13. ATM Netz & Netzstruktur • Netzstruktur: Besteht aus Netzknoten und einer Verbindung zwischen Knoten und Endgerät • Im Netzknoten sind Funktionen verdrahtet (Vermeidet Übertragungsverzögerungen) • UNI Schnittstelle vom Netzknoten zum Anwender • NNI Schnittstelle zwischen den Netzknoten

14. Netz: • ATM- Netze sind Schaltnetzwerke • Schaltereinheiten mit zwei Eingängen A und B und zwei Ausgängen C und D • es gibt zwei Möglichkeiten der Verbindung (über Kreuz, gerade aus) • man kann beliebig große Netze zusammen bauen • Diese Netzwerke nennt man auch Multistage-Netzwerke • Netze können Synchron, asynchron, verbindungslos mit konstanter oder variabler Übertragungsrate und verbindungsorientiert sein • Übertragungsrate d. Nutzdaten von ATM Netz Übertragungsrate entkoppelt

15. ATM Netz

16. ATM Netzvorteile • Integration aller verteilten Anwendungsdienste in ein Netz • nur noch eine Übertragungsart (ATM) • ATM ermöglicht ein vollautomatisches, virtuelles Netz • weniger Personalkosten (Da weniger Netz-Manager und Administratoren nötig sind!) • kurze Verzögerung und hohe Übertragungsgeschwindigkeit (bis zu 622 MBit/s) • Kommunikation von Geräten und Diensten mit unterschiedlicher Bitrate möglich • lokales ATM- Netz leistet mehr als z.B. FDDI

17. ATM Dienstklassen

18. ATM Übertragungsprinzip • Um Daten zu übertragen müssen Quelle und Ziel abgestimmt sein (damit Daten zugeordnet und verarbeitet werden können) • Übertragungskapazität in Pakete fester Größe unterteilt • Zellen stehen mehrere Verbindungen zur Verfügung • Zellen sind an Zelltakt gebunden • Bandbreite wird durch Anzahl d. Zellen pro Zeineiheit bestimmt

19. ATM Anwendungen • Classical IP over ATM ( Clip ) • Multiprotokoll Label Switching ( MPLS ) • Multicast Adress Resolution Server (MARS) • Next Hop Resolution Server ( NHRS ) • Lan Emulution ( Lan-E ) • Multiprotokoll over ATM ( MPOA ) • ATM - Netztechnik dient in lokalen, öffentlichen und privaten Hochgeschwindigkeitsnetzwerken als Transportmedium.

20. ATM LAN • Lokales PC Netz verwendet ATM Technik zur Datenübertragung • Besteht aus klassischer LAN Struktur ( Ethernet, Token Ring, ATM LAN bus oder ringförmiger Aufbau ) • Datenengeräte (DEE) des ATM LAN sternförmig an zentralen Knoten angeschlossen -> Knoten kann ATM Router oder Switch sein -> ATM Router u. Switch sind zur Herstellung von Verbindungen wischen angeschlossenen Stationen

21. ATM LAN erfolgt Kommunikation verbindungsorientiert • Vermittlung der ATM Zellen im LAN erfolgt über Koppelfeld • Um Zellen vermitteln zu können muß Netzknoten d. TCP/IP Protokoll interpretieren können • LAN Emulation = Umwandeln einer MAC Adresse in eine ATM Zieladresse = ATM Technik ist für Anwendung nicht bemerkbar Netz verhält sich wie gewöhnliches LAN

22. Aufbau eines ATM LAN

23. ATM Multiplexing • Daten werden in Zellen zerlegt da Datenumfang zu groß ist für Übertragung auf einer Leitung • Zellen werden asynchron zum Übertragungstakt d. Netzes in Abhängigkeit d. Datenmenge gebildet • Datenstrom wird durch Paketierer zerlegt • Zeitmultiplexverfahren ermöglicht Mehrfachausnutzung d. Übertragungsstrecke > Quellen mit höheren Datenaufkommen belegen größere Anzahl an Zellen in Zeitabschnitt

24. ATM Multiplexing • Bei ATM Technik werden Zellen nicht asynchron sondern in Zellraster übermittelt • Zellen müßen nach Paketierung Wartezeit bis zum Sendezeitpunkt überwinden • Es kommt zur Zellvergrößerung durch: • Zeit für bilden der Zelle • Übertragungsverzögerung aufgrund Laufzeit d. elek. Signale auf der Leitung • Vermittlungsverzögerung im Netzknoten • Zeit zur Rückmeldung d. Zellen in kontinuierlichen Datenstrom

25. GSM • GSM ( Global System for Mobile Communication ) • Mobilkommunikation mit GSM • GSM Vorteile • GSM Netz • GSM Netzarchitektur • GSM Netzstrukturierung • GSM Verbindungsaufbau • GSM Datenübertragung • GSM Endgeräte • GSM Basisstationen • GSM Mobilvermittlungsstellen • GSM Systeme ( Netzarten) & Frequenzbereiche • GSM Tuning • GSM Übertragungstechnologien • GSM Übertragungstechniken • GSM Sicherheit

26. Mobilkommunikation mit GSM • technische Grundlage des deutschen D – und E – Netzes • Festnetzseitig basiert es auf ISDN - Standard und hat ähnliche vermittlungstechnische Leistungsmerkmale • zum versenden und empfangen von Kurzmitteilungen (SMS) • bietet Roaming zwischen verschiedenen Betreibern • Digitales Mobilfunksystem • Datenübertragungsrate 9,6 kBit/s

27. GSM Vorteile • Mehrere Mobilfunktreiber gleiche Flächenabdeckung • Ermöglicht ( fast )überall innerhalb des Landes mobil zu telefonieren • Sprachübertragung und Datenübertragung • SMS • Handover: bewegt sich ein Teilnehmer, so wird durch nächste Basisstation sichergestellt das Verbindung bestehen bleibt • Roaming: verlassen des Netzbereiches, Sicherstellung der Erreichbarkeit  Roaming Abkommen: zwischen Netztreibern Gewährleistung der Erreichbarkeit im anderen Netz unter gleicher Nr. u. Abrechnung über Landesgrenzen hinaus

28. GSM Netz • Ist 2 Generation der Funknetze • Basieren auf GSM Standard • GSM Netze werden von verschiedenen Anbietern angeboten • Dabei ist der Unterscheid die geographische Verfügbarkeit und die Tarifierung • Zu GSM Netz gehören Endgeräte, Basisstationen und Vermittlungsstellen • Netze sind Zellular aufgebaut • Zellen nicht eckig nicht gleich groß variieren in Form und Größe

29. GSM Netzarchitektur • Netzarchitektur:

30. GSM Netzstrukturierung

31. Hardware: - GSM-Netze sind in vier Teilsysteme unterteilt: - Mobile Station (MS) - BSS (Base Station Subsystem) - Vermittlungsteilsystem: Network Subsystem (NSS) - OMC (Operation and Maintenance Center) • Adressierung: - In einem GSM-Netz werden folgende Nummern zur Adressierung der Teilnehmer verwendet: - MSISDN (Mobile Subscriber ISDN Number) - IMSI (International Mobile Subscriber Identity) - TMSI (Temporary Mobile Subsriber Identity) - MSRN (Mobile Station Roaming Number)

32. GSM Verbindungsaufbau • Der Verbindungsaufbau mit Mobilfunkteilnehmer ist ein komplexer Prozess wie bei ISDN • Ruf aus ISDN wird an den rufenden Festnetzteilnehmer nächstliegende MobilVST geleitet dies bezeichnet man als Gateway-MSC • Auf Grundlage d.IMSI Nummer d. gewünschten Teilnehmers wird Verbindung zur Heimdatei des Mobilfunkteilnehmers aufgebaut (Prüft Teilnehmer Existenz) • Gateway MSC baut Verbindung zur Mobil-VST auf • Mobil-VST prüft mit Besucherdatei Angaben zum Aufenthaltsort und Erreichbarkeit • Funkruf wird aktiviert über Basisstation • Sobald Telefon auf Page Request (Anrufaufforderung) reagiert wird Rufzeichen gesendet • Über Basisstation d. Mobil-VST wird Handy signalisiert eine Verbindung aufzubauen

33. GSM Datenübertragung  GSM-Funkkanäle sind in acht Zeitschlitze unterteilt  jeder eine Datenübertragungsrate von 9,6 kbit/s  bei normalen GSM-Datenübertragung belegt Anwender während der kompletten Dauer seiner Verbindung einen Zeitschlitz und macht somit Gebrauch von den gesamten 9,6 kbit/s  wenn alle GSM-Zeitschlitze belegt sind, können keine weiteren Personen auf die Netzwerk-Verbindungen zugreifen  Anwender muss unabhängig v. übertragenen Datenmenge bei normalen GSM-Datenübertragung für gesamte Verbindungszeit, die für Datenübertragung benötigt wird, zahlen

34. GSM Endgeräte • GSM Endgeräte sind vorwiegend Funktelefone • Endgeräte haben unterschiedliche Merkmale ( SMS,MMS,PIM,Sprachaufzeichnung, usw. ) • Um die Eigenschaften nutzen zu können müssen sie von Netzbetreiber freigegeben werden • In Endgeräten sind Funktion zur Sicherheit vorhanden ( Sperrcode, PIN-Code )

35. GSM Basisstationen • Basisstation in Zelle vorhanden ( Base Transceiver Station ) • Stehen mit in Zelle vorhandenen Endgeräten drahtlos in Verbindung • Aufgaben: • verwalten der zugewiesenen Funkkanäle • Kanalcodierung und Decodierung • Ver- und Entschlüsselung • Verbindungskontrolle

36. Aufgaben: > Überwachen des Empfangspegels > Steuerung des Sendepegels > Signalanpassung an PCM Schnittstelle über Verbindungen zum Netzknoten > Steuerung durch Handover • Handover: Umschalten bestehender Verbindungen auf anderen Übertragungskanal oder in andere Zelle • Singt Empfangspegel an Basisstation erfolgt Umschalten d. Übertragungskanals zu besser empfangenden Station dies erfolgt über Mobilvermittlungsstellen

37. GSM Mobilvermittlungsstellen • Sind mit Basisstation über PCM Übertragungstrecke verbunden • Arbeitet wie Festnetzvermittlungsstelle ( stellt Verbindung zu anderem Teilnehmer her ) • Sind maschenförmig miteinander vernetzt • Vernetzung erfolgt über ein eigenes Leitungsnetz oder eine ISDN Leitung

38. Enthalten Funktionseinheiten: • Besucherdatei: VLR (Visitor Location Register) • Beglaubigungszentrale: AuC (Authentication Center) • Identitätsdatei: EIR (Equipment Identity Register) • Betriebs- und Wartungszentrale: OMC (Operation and Maintenance Center)

39. GSM Systeme ( Netzarten ) & Frequenzbereiche • Gibt 3 Arten von GSM Netzen • GSM-900 Trägerfrequenzen 124,GSM-1800 Trägerfrequenzen 374,GSM-1900 • Gemeinsamkeit: • Übertragungsrate von 9,6 kbit/s auf jedem der 8 Kanäle • Benutzt für drahtlose Kommunikation zwischen Basisstationen und Funktelefonen • Unterscheide: Frequenzbereich (Up-, Downlink) und der Bandbreite und Reichweite

41. GSM Tuning • Es werden zusätzliche Dienste angeboten dadurch erhöht sich die Datenübertragungsrate in GSM Netz • Dabei benutzen die Netzarten spezielle Übertragungstechnologien und Übertragungstechniken

42. GSM Übertragungstechnologien • WAP (Wireless Application Protocol) • Netzdatenrate: 9,6 kbit/s • Eingeschränktes Displayformat • Trotzdem Ermöglichung des mobilen Internet Zugangs • Zum Paket gehört WML (Wireless Markup Language) ist eine Sprache • Dadurch lassen sich Internet Seiten von Browsern auf Handys darstellen • Daten die Übertragen werden werden reduziert und dem Display angepasst • Damit Endgeräte nicht direkt mit dem Internet verbunden werden setzt man WAP Gateways ein

43. HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) • Leitungsvermittelte Verbindungsart höhere Übertragungsrate durch Bündelung der Netzkanäle • Mit speziellen Engeräten lassen sich 38,4 kbit/s übertragen • Zukünftig neue Kanalcodierung dadurch 57,6 kbit/s • Abrechnung in Abhängigkeit der Verbindungsdauer

44. GPRS ( General Packet Radio Service) • GPRS ist ein spezielles System für die Übertragung von Informationen über das GSM-Netzwerk • arbeitet paketvermittelnd • gute Ausnutzung vorhandener Übertragungskapazitäten • dient als Zugang in verschiedene Netze • theoretische Datenraten bis 171,2 kBit/s • Vorraussetzungen dazu: 8 gebündelte Funkkanäle und optimale Empfangsqualität • Datenraten für einzelne Kommunikation abhängig von Anzahl anderer Teilnehmer in Funkzelle • Funkressourcen werden geteilt • Endgerät einmal eingebucht „always online“ • Austausch von Paket mit Gerät  Beanspruchung der Infrastruktur (z.B.ständiger Austausch von E-mails ohne permanente Verbindung)

45. EDGE (Enhanced Data- Rates for GSM Evolution) • Übertragungsverfahren nutzt spezielle PSK Modulationsverfahren und eine komplexe Multiplextechnik • Auf GSM Kanal mit 200 KHz Bandbreite lassen sich bis zu 48 kbit/s übertragen • Übertragung von 8 Kanälen Übertragungsraten von bis zu 384 kbit/s

46. GSM Übertragungstechniken • Physikalische Übertragung: • Daten werden digitalisiert und mit einer Mischung aus Frequenz- und Zeitmultiplexing übertragen • Logische Kanäle: • Datenrate pro Zeitschlitz von 24,7 kbit/s wird in 22,8 kbit/s für die codierten und verschlüsselten Nutzdaten des Verkehrskanals und 1,9 kbit/s für die teilnehmerspezifischen Steuerkanäle aufgeteilt • Sprachübertragung: • mehrere Codes standardisiert • Full Rate Code (FR): • Mischung aus Langzeit- und Kurzzeit-Synthese verwendet, die eine effektive Komprimierung ermöglicht • Half Rate Code (HR): - auf einem Zeitschlitz der Luftschnittstelle zwei Gespräche gleichzeitig abwickeln

47. Enhanced Full Rate Codec (EFR): • durch leistungsfähigeren Algorithmus wurde bessere Sprachqualität erreicht > Adaptive Multirate Codec (AMR): • während eines Gespräches misst das Mobilfunknetz die Bitfehlerhäufigkeit und wählt den dafür geeignetsten Codec aus • Datenübertragung: • wird Kanal für Datenübertragung genutzt, erhält man nach den Dekodierschritten eine nutzbare Datenrate von 9,6 kbit/s • Lokalisierung: • zur Verringerung des Aufwands im Kernnetz wird zentral nur die Location Area gespeichert, in dem sich ein eingebuchtes Mobiltelefon befindet

48. GSM Sicherheit • Authentisierung: • Teilnehmer wird bei Aufnahme ins Mobilnetz ein Subscriber Authentication Key zugeteilt • Nutzdatenverschlüsselung: • zur Verschlüsselung wird aus der Zufallszahl von der Authentisierung beidseitig mit dem Algorithmus A8 ein Kodeschlüssel bestimmt • Anonymisierung: - wird eindeutige Teilnehmerkennung IMSI, über die ein Teilnehmer weltweit eindeutig zu identifizieren ist, auf der Luftschnittstelle verborgen

49. UMTS • UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) • UMTS Anforderungen • UMTS Anwendungen • UMTS Bedeutung • Technische Daten UMTS • UMTS Netze • UMTS Dienste • UMTS Zellgrößen & Zonenkonzept • UMTS Datenübertragungsverfahren • UMTS Übertragungsgeschwindigkeit • UMTS Systemarchitektur • UMTS Funkschnittstelle • UMTS QOS ( Quality of Service ) Güteklassen • UMTS Güteklassen

50. UMTS Anforderungen • verschiedene Varianten des Funkzugangs • Möglichkeiten der Übertragung v. Daten und Internetzugang • Verbindungen sollen für verschiedene Szenarien konfigurierbar sein • Paket- und leistungsvermittelte Übertragungen ermöglichen • Unterstützung des asymmetrischen Datenverkehrs • Zugang zu weiteren Netzwerken (z.B. ISDN ) • Virtual Home Environments (VHE) soll Benutzer von aktuellen Position im Netz immer auf dieselben Dienste zugreifen können • Transport v. Daten mit großem Volumen