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Technik der digitalen Netze Teil 1 - Einführung

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Technik der digitalen Netze Teil 1 - Einführung. Stephan Rupp Nachrichtentechnik. www.dhbw-stuttgart.de. Inhalt. Technik der Netze - Einführung Netze Leitungsvermitlung , Paketvermittlung geografische Ausprägung: Lokales Netz und Weitverkehrsnetz (Zugangsnetz, Metronetz, Kernnetz )

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Presentation Transcript
technik der digitalen netze teil 1 einf hrung
TechnikderdigitalenNetzeTeil 1 - Einführung

Stephan Rupp

Nachrichtentechnik

www.dhbw-stuttgart.de

inhalt
Inhalt

TechnikderNetze - Einführung

  • Netze
  • Leitungsvermitlung, Paketvermittlung
  • geografische Ausprägung: Lokales Netz und Weitverkehrsnetz (Zugangsnetz, Metronetz, Kernnetz)
  • Netztypen: Telefonnetz, CaTV-Netz, Mobilfunknetz, Satelliten
das strickmuster erkennen
Das Strickmuster erkennen
  • Vereinfachung durch Abstraktion
strickmuster
Strickmuster
  • Adressräume als Netze
  • Schichtenmodell
  • Leitungen und Luft
  • Modem-Schicht: Punkt-zu-Punkt Verbindungen
  • Netzschicht: Zustellung von Paketen bzw. Vermittlung von Verbindungen
  • Anwendungsschicht: Ende-zu-Ende Beziehung, vom Netz sieht man nichts mehr
  • Funktionen, z.B. Mobilitätsverwaltung
  • gleiche Funktionen
  • viele unterschiedliche Implementierungen
  • Geografische Netzausprägung
netze als w lkchen

Ende-zu-Ende Beziehung

NetzealsWölkchen

ö

Netz = gemeinsamerAdressraum(Domaine)

Alternative Definition: Netz = Eigentumdes Betreibersbzw. einerFirma oderPrivatperson (Domaine)

das h ndi als modem
Das Händials Modem

In welchem Netz befindet sich das Gerät?

schichtenmodell netzebene

Route

Schichtenmodell – Netzebene

Empfänger-

Adresse

A

Terminal

(Endgerät)

Terminal

(Endgerät)

B

Netzknoten

= Postämter

Paketvermittlung – ganz wie bei der Post

schichtenmodell

Anwendungsebene

Netzebene

Modemebene

WiFi

DSL

SDH

DSL

Ethernet

Schichtenmodell

A

Terminal

(Endgerät)

Terminal

(Endgerät)

B

anwendungsebene sprachpakete

Digitalisieren

  • Kodieren
  • Paketieren
  • Auspacken
  • Dekodieren
  • Zusammensetzen
  • Übertragen
Anwendungsebene - Sprachpakete
schichtenmodell internet
Schichtenmodell - Internet

Anwendungsebene

Netzebene

Ganz unten durch: Leitungen und Luft

schichtenmodell1
Schichtenmodell
  • Pizzaservice oder Containerdienst?

Empfänger

Absender

Paketvermittlung

Containerdienst

Container Service

Wege:

Leitungen oder Luft

ffentlicher verkehr
ÖffentlicherVerkehr

Hierbenimmt man sich, wieessich in derÖffentlichkeitgehört.

privater verkehr tunnel vpn
PrivaterVerkehr: Tunnel (VPN)

Tunnel

Was nichtfür die Öffentlichkeitbestimmtist, wirdüber Tunnel kommuniziert.

das kennen wir jetzt
Das kennenwirjetzt:

Was fehlt noch?

Schichtenmodell

Öffentliche Netze?

Netze als Wölkchen

Mobilnetze?

Ende-zu-Ende Beziehungen

Internet?

Privat und öffentlich

Sicherheit?

Punkt-zu-Punkt per Modem

Funktionen?

Implementierungen?

Paketvermittlung auf Netzebene

Netzdesign?

Containerdienst für Fernverkehr

Systemdesign?

inhalt1
Inhalt

TechnikderNetze - Einführung

  • Netze
  • Leitungsvermitlung, Paketvermittlung
  • geografische Ausprägung: Lokales Netz und Weitverkehrsnetz (Zugangsnetz, Metronetz, Kernnetz)
  • Netztypen: Telefonnetz, CaTV-Netz, Mobilfunknetz, Satelliten
download pizza funktioniert nicht
Download Pizza“ funktioniertnicht

Medien

Daten

Signale

Audio

Bits

Text

Bilder

Alles digital - Netzetransportierennur Bits

Netze

„Wir faxen Pizzas“ hatte auch nicht funktioniert.

leitungsvermittlung
Leitungsvermittlung
  • Schritt 1: Signalisierungsphase

Kein Anschluss unter dieser Nummer - Wählton, Rufton und Besetztzeichen

Pfad durch das Netz allokieren

Ressourcen verfügbar?

Teilnehmer am Ziel erreichbar?

Quelle: HaraldOrlamünder

leitungsvermittlung1
Leitungsvermittlung
  • Schritt 2: Verbindung schalten

Nutzung der Resourcen?

Datentransfer über die Verbindung

Daten nehmen den allokierten Pfad

Quelle: HaraldOrlamünder

leitungsvermittlung2
Leitungsvermittlung
  • Noch einmal: Schritt 1 und Schritt 2
aufbau eines vermittlungssystems

Prozessor

(Steuerung)

Trunks

Koppelnetz

(Digital Switching Network)

Line

Cards

Lines

AufbaueinesVermittlungssystems

zu anderen Vermittlungsstellen

Steuerung durch Signalisierung

zu den Teilnehmern (ISDN, a/b)

paketvermittlung

Paket

1

Paket

3

Paket

4

Paket

2

Paket

6

Paket

5

Paketvermittlung
  • „Fein geschnitten und in Stücken“

E-mail

Daten werden in Paketen transportiert

Bild & Ton

Telefon (VoIP)

Quelle: HaraldOrlamünder

inhalt2
Inhalt

TechnikderNetze - Einführung

  • Netze
  • Leitungsvermitlung, Paketvermittlung
  • geografische Ausprägung: Lokales Netz und Weitverkehrsnetz (Zugangsnetz, Metronetz, Kernnetz)
  • Netztypen: Telefonnetz, CaTV-Netz, Mobilfunknetz, Satelliten
verkehrsnetze f r bits

SCHLESWIG-HOLSTEIN

MECKLENBURG-VORPOMMERN

HAMBURG

BREMEN

NIEDERSACHSEN

BERLIN

BRANDENBURG

SACHSEN-ANHALT

NORDRHEIN-WESTFALEN

SACHSEN

THÜRINGEN

HESSEN

RHEINLAND-PFALZ

SAARLAND

BAYERN

BADEN-WÜRTTEMBERG

Verkehrsnetzefür Bits

Ein Beispiel:

die grössten Städte in

Deutschland

verkehrsnetze f r bits1

Kiel

SCHLESWIG-HOLSTEIN

Rostock

Lübeck

MECKLENBURG-VORPOMMERN

Hamburg

HAMBURG

BREMEN

Bremen

NIEDERSACHSEN

BERLIN

BERLIN

BRANDENBURG

Hannover

Braunschweig

Magdeburg

Bielefeld

SACHSEN-ANHALT

Münster

Dortmund

Duisburg

Essen

Halle

NORDRHEIN-WESTFALEN

Hagen

Krefeld

Wuppertal

Düsseldorf

Mönchengladbach

Dresden

Köln

Erfurt

SACHSEN

THÜRINGEN

Aachen

Bonn

Stuttgart

HESSEN

Frankfurt am Main

Wiesbaden

RHEINLAND-PFALZ

Mannheim

Nürnberg

SAARLAND

Karlsruhe

BAYERN

Stuttgart

BADEN-WÜRTTEMBERG

Nahverkehr

Augsburg

München

Verkehrsnetzefür Bits

Datenautobahn:

zwischen den grössten Städten

nahverkehr und letzte meile

Strassen und Haushalte

Nahverkehr und letzteMeile

Stuttgart

die letzte Meile

Metro-Bereich (Nahverkehr)

zum beispiel kabel tv netze
ZumBeispielKabel-TV Netze

Coax

Verstärker

Fibre-

Node

Ein zellulares Netz.

Braucht man das für Verteildienste (Broadcast)?

Quelle: Alcatel

zum beispiel dsl netze
ZumBeispiel DSL-Netze

vorher

24 VDSL ports

48 ADSL ports

per line card

nachher

Source: Wikipedia, Web

zum beispiel mobilfunk
ZumBeispielMobilfunk

BTS

Node B

(BTS)

Quellee: www.duwen.de; vodafone Node B Standorte

zellulare netzstruktur
ZellulareNetzstruktur

GrössederZellenistabhängig von derVerkehrsdichte (bzw. Teilnehmerdichte)

glasfaserringe als zubringer

MDF

DSL

HFC

2G/3G

WiMAX

Ring 2

GlasfaserringealsZubringer
  • Legende:
  • MDF (Main Distribution Frame): Hauptverteiler für Telefonleitungen (Kupferdoppelader), kann mit DSL aufgerüstet werden
  • HFC (Hybrid FibreCoax): CaTVVerteilnetz
  • 2G/3G: 2. Generation (GSM) bzw. 3. Generation (UMTS) Mobilfunk
  • WiMAX: neue Funkzugangstechnik, vgl. WLAN

Ring 1

Ring 3

beispiel metronetz stuttgart

Stammheim

8/1

8/1

Freiberg

Schuetzenbuehl

8/1

Schmiden

Steinhaldenfeld

Korntal

1/1

8/1

3/1

Zuffenhausen

3/1

Muenster

8/1

3/1

1/1

Weilimdorf

1/1

Feuerbach

8/1

3/1

Fellbach

8/1

3/1

Memberg

Giebel

1/1

Killesberg

Bad

Cannstatt

8/1

8/1

Lautenschlagerstr

16/1

Hasenbergstr

Ostheim

6/1

Untertuerkheim

1/1

1/1

18/2

Botnang

3/1

19/2

Sene

-

1/1

8/1

Gablenberg

1/1

3/1

felder

-

Botnangerstr

6/1

Blumenstr

Obertuerkheim

str

Boeblingerstr

11/1

Schanbach

3/1

21/2

Hedelfingen

Hohenkreuz

6/1

Degerloch

Sillenbuch

3/1

3/1

1/1

1/1

26/2

1/1

Am

Feldrand

27/2

1/1

3/1

1/1

Pliensau Vorstadt

1/1

Vaihingen

Esslingen

1/1

Heumaden

Hoffeld

1/1

Oberesslingen

1/1

Moehringen

Zell

27/2

27/2

1/1

Schockenriedstr

1/1

Rohr

Duerrlewang

1/1

Hohenheim

Berkheim

27/2

27/2

Nellingen

Fasanenhof

27/2

Oberaichen

1/1

1/1

1/1

1/1

Leinfelden

Denkendorf

1/1

1/1

Echterdingen

Bernhausen

1/1

1/1

Plattenhardt

Beispiel: Metronetz Stuttgart
inhalt3
Inhalt

TechnikderNetze - Einführung

  • Netze
  • Leitungsvermitlung, Paketvermittlung
  • geografische Ausprägung: Lokales Netz und Weitverkehrsnetz (Zugangsnetz, Metronetz, Kernnetz)
  • Netztypen: Telefonnetz, CaTV-Netz, Mobilfunknetz, Satelliten
aufbau der weitverkehrsnetze

Letzte Meile

Kupfer

Kabel

Kernnetz

Call Server

Hauptverteiler

Hub

Paket-

Netz (IP)

Funk

POP

Basisstation

  • Netzzugang (Gateway)
  • Verkehrstrennung
  • Netzübergänge (POI)
  • Medienkonversion

Leitungs-

vermitteltes

Netz

POI

POI Point of Interconnect

AufbauderWeitverkehrsnetze

Metronetz

Zugangsnetz

von der datenautobahn bis ins haus
Von der Datenautobahn bis ins Haus
  • Die Netze sind sehr unterschiedlich ausgebaut.
  • Datenautobahnen (Back-Bones) sind reichlich vorhanden.
  • Im Nahverkehr (City-Ringe, Metronetze) gibt es Glasfaser-Infrastruktur in allen größeren Städten.
  • In der letzten Meile gibt es unterschiedliche Technologien, die in Deutschland sehr unterschiedlich genutzt werden:
    • Kupferdoppelader (Telefon, DSL): über 12 Millionen Breitbandanschlüsse, ca. 40 Millionen Telefone.
    • CaTV-Netze (Kabelmodem, Kabeltelefon): fast nur als Fernsehverteilnetz genutzt (18 Millionen Haushalte).
    • Mobilfunk der 2. und 3. Generation (GSM/GPRS, UMTS): über 80 Millionen Mobiltelefone, weiteres Wachstum durch Telematik und Maschinen.
    • Hot-Spots (WiFi) und Hot-Zones (WiMAX) für massives Datenaufkommen bzw. hohe Verkehrsdichten
strecken und dehnen
Strecken und Dehnen

Gymnastik

Netzdesign

weitverkehrsnetz r hren f r bits
Weitverkehrsnetz – Röhrenfür Bits
  • Nutzung:
  • 50 Mio. Teilnehmer
  • 2 Transaktionen pro Teilnehmer in der Hauptverkehrsstunde
    • 50% Telefongespräche mit 100 Sekunden Dauer und 64 kBit/s
    • 50% SMS mit 200 Bytes pro Nachricht

Kernnetz

Zugangsnetz

Last mile

  • Struktur:
  • 16 Regionenmiteigenemregionalen Access Point (Regional Node)
  • 4 Regionale Access Points pro Weitverkehrsknoten (Wide Area Node)
weitverkehrsnetz fragen

Leitung: 3.000 km

Bitrate: 64 kBit/s

Verarbeitung: 10 ms pro Hop

A

Fall 1: 64 Bits an B mit Rückmeldung

Fall 2: 2 MBytes download von B

B

Weitverkehrsnetz - Fragen
  • Wie viele Daten pro Teilnehmertransaktion?
  • Wie viel Verkehr pro Teilnehmer im Mittel?
  • Wie viel Verkehr an den Schnittstellen 1 und 2? (Annahme: geschlossenes System mit gleichmässiger Verteilung)
  • Bonus-Stretch: “Der hat aber eine lange Leitung”
    • Verzögerungen und Reaktionszeiten (Latency, Round-Trip-Delays) bedingt durch Propagation Delay (Ausbreitungsgeschwindigkeit), Transmission Delay (Bitrate) und Processing Delay (Storage & Forwarding bzw. allgemein die Bearbeitung von Transaktionen).
strecken und dehnen1
Strecken und Dehnen

Gymnastik

Mobilität

mobilit t

Laptop

Mobilität:
  • Mit dem Laptop bin ich doch auch mobil - was ist daran besonders?
mobilit tsverwaltung
Mobilitätsverwaltung

A

Server

Szenario: Nachricht von A nach B.

B

mobile teilnehmer im netz fragen
Mobile TeilnehmerimNetz - Fragen
  • A (Alice) schickt eine Nachricht an B (Bob, Adresse 17 an Knoten 32) – Was passiert im Netz (Routing-Tabellen in den Knoten)?
  • B ist mobil und hat sich zum Knoten 43 bewegt – Was passiert nun?
  • Wie kann man Nachrichten an mobile Nutzer zustellen? Was sind die Unterschiede zum Festnetz?
  • B hat sein Händi ausgeschaltet – Was passiert nun mit an ihn verschickten Nachrichten?
  • Wie kann man ausgeschaltete Geräte berücksichtigen und Nachrichten trotzdem zustellen?
  • Der falsche Bob: Mallory kennt die Adresse von Bob, empfängt dessen Nachrichten und verschickt Nachrichten auf dessen Kosten. Warum ist das im Festnetz kein Problem? Was kann man dagegen tun?
  • Das falsche Netz: Eine Basisstation in der Aktentasche ist der stärkste Sender in der Nähe und nimmt Nachrichten von Alice entgegen. Was kann man dagegen tun?
satelliten im weitverkehrsnetz

Satellite

Movies

Busines

  • Back-Bone Networks:
  • SDH/ATM
  • DWDM
  • Metro-Networks:
  • SDH/ATM
  • DWDM
  • Trunk Radio
  • HFC
  • Access Networks:
  • Satellite (DVB-S)
  • CaTV (DVB-C)
  • Telefone Network
  • terrestr. Radio (DVB-T, DAB)
  • UMTS, DVB-H

Play-out Center

Home

Regionale

Head-Ends

regional and local content

Local Loop

interactive Services

Studio

Video Production

SatellitenimWeitverkehrsnetz
netze und benutzer
Netze und Benutzer
  • inkl. Nahbereich (Bluetooth, WiFi, …)
technik der digitalen netze
TechnikderdigitalenNetze
  • ENDE Teil 1 – Einführung
  • Literaturempfehlung: Gerd Siegmund, Technik der Netze, Band 1 und 2, Band 1: Klassische Kommunikationstechnik: Grundlagen, Verkehrstheorie, ISDN/GSM/IN - Band 2: Neue Ansätze: SIP in IMS und NGN; VDE-Verlag; Auflage: 6., vollst. neu bearbeitete und erweiterte Auflage (2010); ISBN-13: 978-3800732203
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