Triple Play. Frédéric Dahl. Seminar Multimedia-Protokolle für den Wohnzimmer-PC HWS 06. Fakultät für Mathematik und Informatik Universität Mannheim

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1 Einführung Kabelnetz VDSL Fazit Quellen Triple Play Frédéric Dahl Fakultät für Mathematik und Informatik Universität Mannheim Seminar Multimedia-Protokolle für den Wohnzimmer-PC HWS 06 Frédéric Dahl Triple Play 1/20

2 Einführung Kabelnetz VDSL Fazit Quellen Definition: Triple Play Anforderungen Übersicht 1 Einführung Definition: Triple Play Anforderungen 2 Kabelnetz Infrastruktur Kabelmodems Telefonie über Kabel 3 VDSL Infrastruktur Technik Frédéric Dahl Triple Play 2/20

3 Einführung Kabelnetz VDSL Fazit Quellen Definition: Triple Play Anforderungen Triple Play Fernsehen IPTV DVB-C analoges Fernsehen Telefonie VoIP Internet breitbandiger Zugang ein Übertragungsmedium Frédéric Dahl Triple Play 3/20

4 Einführung Kabelnetz VDSL Fazit Quellen Definition: Triple Play Anforderungen Anforderungen Network Requirements of Different Types of Data Streams Rückkanalfähigkeit mail audio (teleph.) video geringes Delay/Jitter low Band width high hohe Verfügbarkeit mail video audio (teleph.) hohe Bandbreite slow Delay fast moderate video audio (teleph.) Loss rate mail very low SDTV HDTV IP-Telefonie Multimedia Technology Wolfgang Effelsberg, 1. Introduction 1-15 Ralf Steinmetz 4 MBit /s 20 MBit /s KBit /s Frédéric Dahl Triple Play 4/20

5 Einführung Kabelnetz VDSL Fazit Quellen Infrastruktur Kabelmodems Telefonie über Kabel Übersicht 1 Einführung Definition: Triple Play Anforderungen 2 Kabelnetz Infrastruktur Kabelmodems Telefonie über Kabel 3 VDSL Infrastruktur Technik Frédéric Dahl Triple Play 5/20

6 Einführung Kabelnetz VDSL Fazit Quellen Infrastruktur Kabelmodems Telefonie über Kabel HFC-System Vermittlungstelle Hybrid- Fiber- Coax-System Kopfstelle Glasfaser Koaxialkabel Glasfaserknoten Frédéric Dahl Triple Play 6/20

7 Einführung Kabelnetz VDSL Fazit Quellen Infrastruktur Kabelmodems Telefonie über Kabel Glasfaserleiter optisches, unidirektionales Übertragungssystem besteht im Wesentliches aus drei Komponenten Lichtquelle Übertragungsmedium (Glasfaser) Detektor hohe Bandbreiten und geringer Signalverlust Singlemode-Fasern bis 100 km ohne Verstärkung bei 50 Gbit /s Multimode-Fasern bis 10 km bei 1 Gbit /s Frédéric Dahl Triple Play 7/20

8 Einführung Kabelnetz VDSL Fazit Quellen Infrastruktur Kabelmodems Telefonie über Kabel UKW Koaxialkabel elektrischee, bidirektionales Übertragungsmedium relativ hohe Rauschunempfindlichkeit bis 1 GHz Bandbreite 5 Mhz 54 TV TV 6 8 MHz Bandbreite der Fernsehkanäle 36 Mbit /s bei QAM-64 Upstream Mhz Downstream 52 Mbit /s bei QAM-256 pro Kanal downstream 0,32 10,24 Mbit /s upstram mit QPSK bzw. QAM-16 Frédéric Dahl Triple Play 8/20

9 Einführung Kabelnetz VDSL Fazit Quellen Infrastruktur Kabelmodems Telefonie über Kabel DOCSIS-Standard DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specification), EuroDOCSIS Version Downlad Upload Speziell Mbit /s 10 Mbit /s erlaubt Rückkanal über Modem, 56 Bit DES Mbit /s 10 Mbit /s QOS für VOIP (RSVP+, DiffServ) Mbit /s 30 Mbit /s weitere QOS Eigenschaften, 128 Bit DES Mbit /s 120 Mbit /s Channel bounding, IPv6, AES Frédéric Dahl Triple Play 9/20

10 Einführung Kabelnetz VDSL Fazit Quellen Infrastruktur Kabelmodems Telefonie über Kabel Downstream jedes Kabelmodem sendet und empfängt auf je 1 Kanal Headend broadcastet Pakete MPEG-2 Transport-Stream, kompatibilität mit DVB-C bleibt erhalten MPEG-2 Frame enthäht Indentifikator PID Unterscheidung anhand PID ob DOCSIS-Daten oder DVB-Stream Statistisches TDM (Time-Division-Multiplexing) QAM-64 oder QAM 256 Kabelmodem demoduliert die Daten und wandelt diese in Standard-Ethernet-Frames um. Frédéric Dahl Triple Play 10/20

11 Einführung Kabelnetz VDSL Fazit Quellen Infrastruktur Kabelmodems Telefonie über Kabel Upstream QAM-16 oder QPSK Media Acces Control (MAC) Request/grant-Mechanismus: CMTS ordnet periodisch jedem Modem einen Timeslot zu CM kann bei Bedarf Upstream-Timeslots anfordern CMTS ordnet den entsprechenden CMs Mini-Timeslots zu (TDMA - Time Division Multiple Access) Diese werden periodisch den CMs über den Downstream-Kanal mitgeteilt Akkurate Synchronisation der CMs und des CMTS nötig: Ranging Frédéric Dahl Triple Play 11/20

12 Einführung Kabelnetz VDSL Fazit Quellen Infrastruktur Kabelmodems Telefonie über Kabel Baseline Privacy I Authentisierung des Kabelmodems Verschlüsselung des Traffics zwischen CM und CMTS wesentliche Bestandteile: Key Management Protocol sicherer Austausch von Schlüsseln zwischen CM und CMTS periodische Reauthorisierung des Benutzers Schlüsselerneuerung Packet Data Encryption Verschlüsselung der Datenpakete mit DES-56 Sicherstellung, dass nur die Daten ankommen, die ankommen sollen Frédéric Dahl Triple Play 12/20

13 Einführung Kabelnetz VDSL Fazit Quellen Infrastruktur Kabelmodems Telefonie über Kabel Baseline Privacy II Head End Kabelmodem - Sende öffentlichen - Generiere KEK K Schlüssel P - (Key Encryption Key) - Verschlüssle mit P - Entschlüssle K mit P - Fordere TEK an - (Traffic Encryption Key) - Generiere TEK T - Verschlüssle T mit K - Entschlüssle T mit K Frédéric Dahl Triple Play 13/20

14 Einführung Kabelnetz VDSL Fazit Quellen Infrastruktur Kabelmodems Telefonie über Kabel Voice over Cable (VoC) VoC = VoIP + QOS-Garantien + Sicherheit Kabelnetz ist unabhängig vom Internet gesantes Netz untersteht einem Betreiber Priorisierung der Sprachnachrichten möglich Nutzung von Packet-Cable: Packet-Cable basiert auf DOCSIS bietet IP-basierende Dienste für Ende-zu-Ende Verbindungen um Sprache und andere Multimedia-Daten zu übertragen Unterstützt dynamische QOS-Merkmale Frédéric Dahl Triple Play 14/20

15 Einführung Kabelnetz VDSL Fazit Quellen Infrastruktur Technik Übersicht 1 Einführung Definition: Triple Play Anforderungen 2 Kabelnetz Infrastruktur Kabelmodems Telefonie über Kabel 3 VDSL Infrastruktur Technik Frédéric Dahl Triple Play 15/20

16 Einführung Kabelnetz VDSL Fazit Quellen Infrastruktur Technik Telefonnetz Fernvermittlungstelle Teilnehmervermittlungsstelle Kupferkabel Glasfaser Frédéric Dahl Triple Play 16/20

17 Einführung Kabelnetz VDSL Fazit Quellen Infrastruktur Technik VDSL(2) Very-High-Data-Rate-DSL Vorhandene Normen: Bezeichnung Downstream ( MBit /s) Upstream ( MBit /s) ADSL 6 0,6 ADSL ADSL ,5 unzureichend für HDTV Übertragungen Lösung: VDSL! Bezeichnung Downstream ( MBit /s) Upstram ( MBit /s) VDSL 52 (26) 12 (26) VDSL2 Bis 200 MBit /s aggregiert, symmetrisch oder asymmetrisch Frédéric Dahl Triple Play 17/20

18 Einführung Kabelnetz VDSL Fazit Quellen Infrastruktur Technik Technik Übertrage Daten über Twisted-Pair Kupferkabel ADSL nutzt Bandbreite von ca. 1,1 MHz Modulation CAP (Carrierless Amplitude Phase Modulation): 2 Bänder, je 1 für Upstream und 1 für Downstream DMT (Discrete Multitione Modulation): 250 Kanäle mit jeweils 4,3125 Hz; QAM auf jedem dieser Kanäle ungefähr gleich performant VDSL: nutzbare Bandbreite bis 30 MHz QAM oder DMT Frédéric Dahl Triple Play 18/20

19 Einführung Kabelnetz VDSL Fazit Quellen Fazit Triple Play stellt hohe Ansprüche insbesondere an die Bandbreite VDSL, VDSL2 und auch Kabel erfüllen diese prinzipiell viel höhere Bandbreite über Fernsehkabel nutzbar (862 MHz vs. 30 MHz) DOCSIS mit PacketCable bietet QOS-Merkmale, die das Internet so nicht (immer) bieten kann Nachteil bei Kabel: geteilte Bandbreite Entwicklungsstopp ist noch nicht abzusehen Frédéric Dahl Triple Play 19/20

20 Einführung Kabelnetz VDSL Fazit Quellen Quellen I [Cable Television Laboratories ] Cable Television Laboratories, Inc.: DOCSIS Specifications. URL Zugriffsdatum: [Ciciora 2001] Ciciora, Walter S.: Cable modem traffic jam. In: Spectrum, IEEE 38 (2001), S [Dutta-Roy 1999] Dutta-Roy, Amitava: Cable: it s not just for TV. In: Spectrum, IEEE 36 (1999), S [Effelsberg ] Effelsberg, Wolfgang: Vorlesungsskript Rechnernetze [Effelsberg 2004] Effelsberg, Wolfgang: Vorlesungsskript Multimediatechnik [Fellows u. a. 2001] Fellows, David ; Ventures, Pilot H. ; Jones, Doug: DOCSIS Cable Modem Technology. In: Communications Magazine, IEEE 39 (2001), S [iec.org ] iec.org: Very-High-Data-RAte Digital Subscriber Line (VDSL). URL Zugriffsdatum: [McIntosh u. a. 2002] McIntosh, David ; Stachelek, Maria ; CableLabs: VoIP Services: PacketCable Delivers A Comprehensive System URL Zugriffsdatum: [Sadiku und Aduba 2000] Sadiku, Matthew N. ; Aduba, Chukwuemeka: Cable modem technology. In: Potentials, IEEE 19 (2000), S [Steinmetz 2000] Steinmetz, Ralf: Multimedia-Technologie. 3. Springer-Verlag, 2000 [Systems 2001] Systems, Rolf Minder C.: Broadband Acces Over Cable. September URL [Tanenbaum 2003] Tanenbaum, Andrew S.: Computernetzwerke. 4. Prentice Hall, 2003 [Wikipedia a] Wikipedia: ADSL. URL Zugriffsdatum: [Wikipedia b] Wikipedia: Time Division Multiple Accesss. URL Zugriffsdatum: [Wikipedia c] Wikipedia: VDSL. URL Zugriffsdatum: Frédéric Dahl Triple Play 20/20