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Die Technik der Netze Seminar Teil 2: TK-Netze

Die Technik der Netze Seminar Teil 2: TK-Netze. Seminarprogramm. Einführung – Wir bauen ein Netz Übersicht über TK-Netze Leitungsvermitlung, Paketvermittlung; geografische Topologie: Lokales Netz und Weitverkehrsnetz (Zugangsnetz, Metronetz,

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Die Technik der Netze Seminar Teil 2: TK-Netze

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  1. Die Technik der Netze Seminar Teil 2: TK-Netze

  2. Seminarprogramm • Einführung – Wir bauen ein Netz • Übersicht über TK-Netze Leitungsvermitlung, Paketvermittlung; geografische Topologie: Lokales Netz und Weitverkehrsnetz (Zugangsnetz, Metronetz, Kernnetz); Telefonnetz, CaTV-Netz, Mobilfunknetz; Satelliten, WiFi & Co • Mobilfunk – Was steckt hinter meinem Händi • Internet – Das Netz der Netze • WiMAX – auch ein mobiles Netz • VoIP & NGN Netzarchitekturen • Sicherheit im Netz – Verfügbarkeit, Integrität, Vertraulichkeit • Kontron - Baukasten Teil 1 • Kontron - Baukasten Teil 2 • Die Zukunft der Netze

  3. „Download Pizza“ funktioniert nicht Medien Daten Signale Audio Bits Text Bilder Alles digital - Netze trans-portieren nur Bits Netze „Wir faxen Pizzas“ funktioniert auch nicht.

  4. Leitungsvermittlung (Circuit Switching)

  5. Schritt 1: Signalisierungsphase Kein Anschluss unter dieser Nummer - Wählton, Rufton und Besetztzeichen Pfad durch das Netz allokieren Ressourcen verfügbar? Teilnehmer am Ziel erreichbar? Source: Harald Orlamünder

  6. Schritt 2: Verbindung schalten Nutzung der Resourcen? Datentransfer über die Verbindung Daten nehmen den allokierten Pfad Source: Harald Orlamünder

  7. Noch einmal: Schritt 1 und Schritt 2

  8. Prozessor (Steuerung) Trunks … Koppelnetz (Digital Switching Network) Line Cards … Lines • Aufbau eines Vermittlungssystems zu anderen Vermittlungsstellen Steuerung durch Signalisierung zu den Teilnehmern (ISDN, a/b)

  9. Paketvermittlung (Packet Switching)

  10. Paket 1 Paket 3 Paket 4 Paket 2 Paket 6 Paket 5 • „Fein geschnitten und in Stücken“ Daten werden in Paketen transportiert E-mail Bild & Ton Telefon (VoIP) Source: Harald Orlamünder

  11. Postamt: Storage & Forward Routing Source: Gerd Siegmund

  12. Struktur der Netze (geografische Topologie)

  13. SCHLESWIG-HOLSTEIN MECKLENBURG-VORPOMMERN HAMBURG BREMEN NIEDERSACHSEN BERLIN BRANDENBURG SACHSEN-ANHALT NORDRHEIN-WESTFALEN SACHSEN THÜRINGEN HESSEN RHEINLAND-PFALZ SAARLAND BAYERN BADEN-WÜRTTEMBERG Die Technik der Netze Ein Beispiel: die grössten Städte in Deutschland

  14. 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 Die Technik der Netze Datenautobahn: zwischen den grössten Städten

  15. Strassen und Haushalte Nahverkehr und letzte Meile Stuttgart die letzte Meile Metro-Bereich (Nahverkehr)

  16. Zum Beispiel Kabel-TV Netze Coax Verstärker Fibre- Node Ein zellulares Netz. Braucht man das für Verteildienste (Broadcast)? Source: Alcatel

  17. Zum Beispiel DSL-Netze vorher 24 VDSL ports 48 ADSL ports per line card nachher Source: Wikipedia, Web

  18. Zum Beispiel Mobilfunk BTS Node B (BTS) Source: www.duwen.de; vodafone Node B Standorte

  19. Zellulare Netzstruktur Grösse der Zellen ist abhängig von der Verkehrsdichte (bzw. Teilnehmerdichte)

  20. Beispiel: Verkehrsdichte im Metronetz dense urban urban rural

  21. MDF DSL HFC 2G/3G WiMAX Ring 2 • Beispiel: Glasfaser-Ringe und Zubringer • Legende: • MDF (Main Distribution Frame): Hauptverteiler für Telefonleitungen (Kupferdoppelader), kann mit DSL aufgerüstet werden • HFC (Hybrid Fibre Coax): CaTV Verteilnetz • 2G/3G: 2. Generation (GSM) bzw. 3. Generation (UMTS) Mobilfunk • WiMAX: neue Funkzugangstechnik, vgl. WLAN Ring 1 Ring 3

  22. 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

  23. Last mile 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 • Aufbau der Weitverkehrsnetze Metronetz Zugangsnetz

  24. 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, Wettbewerb allerdings nur sehr lückenhaft und in Deutschland nur in den 10 grössten 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.

  25. Gymnastik Netzdesign

  26. Weitverkehrsnetz – Bits für Klempner • 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 Regionen mit eigenem regionalen Access Point (Regional Node) • 4 Regionale Access Points pro Weitverkehrsknoten (Wide Area Node)

  27. 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).

  28. Gymnastik Mobile Teilnehmer

  29. Laptop • Mobilität: Mit dem Laptop bin ich doch auch mobil - was ist daran besonders?

  30. A Szenario: Nachricht von A nach B. Server B

  31. Mobile Teilnehmer im Netz - 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 veschickt 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?

  32. Wo bleiben die Satelliten? Broadcast Interaktive Dienste: Grosse Flächen und geringe Teilnehmerdichten TV-Verteilung in Kombination mit Weitverkehrsnetzen Globale Navigationsdienste (GPS & Co)

  33. 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 Satelliten im Weitverkehrsnetz Marketing: Aus Fernsehen, Telefon und Internet wird Triple-Play.

  34. Globale Navigationsdienste Triple-K: Koordinate, Karte und Kommunikation

  35. WiFi, Bluetooth,UWB & Co? Heimnetze Gebäudeautomatisierung IndustrieautomatisierungTransport & FahrzeugeMedizintechnik

  36. Netze und Benutzer

  37. Das nächste Mal (Teil 3) Mobilfunknetze – Was steckt hinter meinem Händi? • Funk und Funkzellen • Szenarien: Anrufen, Angerufen werden, Authentisierung, Hand-Over, Roaming • GSM Architektur • GPRS – Der Datendienst in GSM • UMTS – Noch eins drauf, in vielen Schritten Literaturempfehlung: Technik der Netze, Gerd Siegmund, Hüthig Telekommunikation, 5. Auflage, 2002, ISBN 3826650212

  38. Ende Teil 2

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