xdsl-zugangstechnologien

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1 xdsl-zugangstechnologien Veranstaltung vom im Rahmen der Vorlesung Rechnernetze und Internet - Ausgewählte Themen SS Veranstaltungsnummer: Markus Speer Zentrum für Informationsverarbeitung Westfälische Wilhelms-Universität Münster speer@uni-muenster.de Tel.: (0251) , FAX: (0251) Themenübersicht xdsl: Überblick ADSL: Komponenten ADSL: Übertragungsverfahren ADSL: höhere Protokollebenen PPP: Point-to-Point Protocol PPPoE: PPP over Ethernet ADSL an der Universität Münster Literatur / URLs Abkürzungen Markus Speer: xdsl-zugangstechnologien 2

2 Motivation, Zielsetzungen Breitbandtechnologie für Endkunden zu bezahlbaren Kosten Nutzung/Beibehaltung vorhandener Infrastruktur zur Vermeidung von Investitionen in neue Netzstrukturen Verwendung der herkömmlichen Telefonleitungen (weltweit Millionen Kupfer-Doppeladern) Beibehaltung der konventionellen Telefonie (analog und ISDN) technische Voraussetzung: Entwicklung hochintegrierter digitaler Signalprozessoren und bandbreiteneffizienter und störresistenter Übertragungsverfahren Markus Speer: xdsl-zugangstechnologien 3 xdsl: Technischer Überblick DSL: Digital Subscriber Line (digitale Teilnehmeranschlussleitung) x: verschiedene Ausprägungen der DSL-Technik ADSL: Asymmetric DSL große Reichweite hohe Downstream Bitraten (zum Kunden) HDSL: High bit-rate DSL große Reichweite symmetrische Bitraten VDSL: Very high bit-rate DSL kleine Reichweiten hohe Bitraten SDSL: Symmetric single pair high bit-rate DSL (Arbeitstitel für ein neues Standardisierungsvorhaben bei ETSI) Markus Speer: xdsl-zugangstechnologien 4

3 xdsl-überblick Verfahren ADSL HDSL VDSL Übertragungsrate Downstream (Mpbs) Übertragungsrate Upstream (Mbps) 1,5-8 1,5 / bis 0,7 1,5 / 2 1,5-2,3 max. Reichweite (km) 5 (V) mind. 3 (V) 1,5 (K) benötigte Adernpaare 1 bis 3 1 V: bis zur Vermittlungsstelle K: bis zum Kabelverzweiger Markus Speer: xdsl-zugangstechnologien 5 ADSL: Komponenten beim Teilnehmer neuerdings auch interne ADSL-Modems! Markus Speer: xdsl-zugangstechnologien 6

4 ADSL: Komponenten ADSL- Modem Splitter Telefonleitung Splitter Telefonvermittlung Telefonnetz DSLAM IP-Netz Teilnehmer Vermittlungsstelle Markus Speer: xdsl-zugangstechnologien 7 ADSL: Komponenten ADSL-Modem (mit Splitter zur Frequenzaufteilung): 10BaseT-Schnittstelle (Bridge) zum Endnutzer; d.h. Netzwerkkarte für PC erforderlich wird (wurde) vom ADSL-Anbieter zur Verfügung gestellt Kompatibilität nur mit bestimmten DSLAMs d.h. i.d.r. keine Interoperabilität mit anderen ADSL-Anbietern neuerdings: von der Telekom festgelegte U-R2-Schnittstelle DSLAM: Digital Subscriber Line Access Multiplexer in der Vermittlungsstelle Versorgung von typischerweise 92 Teilnehmern ATM-Kommunikation zwischen ADSL-Modem und DSLAM sog. Last-Mile-Technik Grund für die Interoperabilitätsprobleme: herstellerabhängiges VPI/VCI- Paar Markus Speer: xdsl-zugangstechnologien 8

5 ADSL: Übertragungsverfahren Frequenzbereiche für herkömmliche Telefonie: analoge Telefonie: 0,3-3,4 khz ISDN: bis 120 khz ADSL: Nutzung des darüberliegenden Frequenzbereichs von 138 khz - 1,104 MHz physikalische Beschränkungen der Vergrößerung des Frequenzbereichs: mit der Entfernung zunehmende Dämpfung insb. bei hohen Frequenzen mit höher werdender Frequenz Nebensprecheffekte (Crosstalk) zwischen benachbarten Leitungen -> hohe Anforderungen an das Modulationsverfahren und die Codierung: u.a. Redundanz für Fehlerkorrektur Markus Speer: xdsl-zugangstechnologien 9 ADSL: Übertragungsverfahren - Frequenzbereiche ISDN Upstream Downstream f 120 khz 138 khz 276 khz 1104 khz Markus Speer: xdsl-zugangstechnologien 10

6 ADSL: Übertragungsverfahren DMT (Discrete Multitone Modulation): Unterteilung des Übertragungsbandes in 256 einzelne Träger je 4,3125 khz Downstream: 190 Kanäle Upstream: 32 Kanäle Rest: ISDN (32 Kanäle), Pilotton, reservierter Träger QAM (Quadratur Amplituden Modulation) in den einzelnen Trägern (vgl. V34-Modem) 4000 Baud Symbolrate max. 15bit/s/Hz (d.h. theoretisches Maximum ca. 11 Mbps) Vorteile dieses Verfahrens: Betrieb der einzelnen Träger in unterschiedlicher Bittiefe/Redundanzanteil je nach Störungsverhalten Möglichkeit der Bitratenbegrenzung mit vordefinierten Bitzuweisungstabellen Markus Speer: xdsl-zugangstechnologien 11 ADSL: Übertragungsverfahren - Übertragunsgkanäle mit unterschiedlichen Bittiefen Bittiefe / bit/s/hz f 4,3125 khz Markus Speer: xdsl-zugangstechnologien 12

7 ADSL: Übertragungsverfahren Interleaving zur Erhöhung der Fehlertoleranz: Verteilung ursprünglich hintereinanderliegender Bytes auf mehrere ADSL- Rahmen Erhöhung der Latenzzeit wegen Reorganisation der ADSL- Rahmen: 2-16 ms Fast Path-Modus: ohne Interleaving (max. Latenzzeit: 2 ms) Konfiguration des ADSL-Modems: Trainingsphase (mehrere Minuten): Aushandlung von Bittiefe, Interleaving, Echokompensation mit dem DSLAM Showtime : Übertragung von ATM-Zellen Markus Speer: xdsl-zugangstechnologien 13 ADSL - Netzwerkarchitektur ADSL Internet Firmennetz ADSL-Modem DSLAMs ATM Switches Access Concentrators Access Aggregators Routers Markus Speer: xdsl-zugangstechnologien 14

8 ADSL: höhere Protokollebenen Bridged Ethernet über ATM: Transport von Ethernet-Frames nach RFC1483 Verfahrensweise an der Universität Münster: Benutzerauthentifizierung mit VPN-Technologie (PPTP) PPP over Ethernet (PPPoE): Transport von Ethernet-Frames nach RFC1483 Telekom T-DSL-Produkt PPP over ATM: hoher Implementationsaufwand beim ADSL-Modem Markus Speer: xdsl-zugangstechnologien 15 PPP Point-to-Point Protocol RFC 1661: The Point-to-Point Protocol (PPP) Encapsulation von Multiprotokoll-Datagrammen LCP: Link Control Protocol Aufbau Konfiguration Test einer Link-Level-Verbindung NCPs: Network Control Protocols Aufbau Konfiguration verschiedener Netzwerkprotokolle (IP, IPX, AppleTalk) Markus Speer: xdsl-zugangstechnologien 16

9 PPP - Einführung Voraussetzungen direkte Verbindung zwischen Peers full-duplex Erhaltung der Paketreihenfolge bei der Übertragung Encapsulation Multiplexen verschiedener Netzwerkprotokolle Konfiguration automatische Konfiguration im Normalfall Selbstkonfiguration: spezielles Verfahren zur Aushandlung von Optionen (LCP und NCPs) Link Control Protocol Encapsulation-Format Paketgröße Erkennen von Konfigurationsfehlern Verbindungsabbau Authentifizierung Verbindungsüberwachung Network Control Protocol Adressvergabe Markus Speer: xdsl-zugangstechnologien 17 PPP - Encapsulation Protocol 8/16 Bits Information Padding Protocol: type of encapsulated protocol network-layer protcols network control protocols (NCPs) low volume traffic protocols without associated NCP link-layer control protocols (like LCP) Information: encapsulated protcol datagram Padding Markus Speer: xdsl-zugangstechnologien 18

10 PPP - Verbindungsphasen Link Dead Link Establishment Phase Authentication Phase Network-Layer Protocol Phase Link Termination Phase Markus Speer: xdsl-zugangstechnologien 19 LCP - Pakettypen 3 Klassen von LCP-Paketen Link Configuration Packets Link Termination Packets Link Maintenance Packets LCP-Codes Configure-Request Configure-Ack Configure-Nak Configure-Reject Terminate-Request Terminate-Ack Code-Reject Protocol-Reject Echo-Request Echo-Reply Discard-Request Markus Speer: xdsl-zugangstechnologien 20

11 LCP- Konfigurationsoptionen Für jede Konfigurationsoption ist ausdrücklich ein Defaultwert festgelegt. Maximum-Receive-Unit (MRU): 1500 Authentication-Protocol: authentication not required Quality-Protocol: link quality monitoring disabled Magic-Number: Magic-Number not negotiated Protocol-Field-Compression (PFC): no compression Address-and-Control-Field-Compression: no compression Markus Speer: xdsl-zugangstechnologien 21 PPP over Ethernet (PPPoE) RFC 2516: A Method for transmitting PPP Over Ethernet (PPPoE) Zielsetzung: Einsatz kostengünstiger Netztechnik und bewährter Einwahlverfahren kostengünstige Ethernet-Hardware PPP-Mechanismen Link Control Protocol Network-Layer Control Protocols Authentication aber: PPP setzt eine Point-to-Point Beziehung voraus! Ethernet-Typ-Feld: 0x8863: Discovery Stage 0x8864: PPP Session Stage Markus Speer: xdsl-zugangstechnologien 22

12 PPPoE-Paket 16 Bits Destination Address (6 Bytes) Source Address (6 Bytes) Ethernet Type (0x8863 or 0x8864) Version Type Session Id Length Code Payload: PPPoE Tags / PPP frame Ethernet Checksum (4 Bytes) Markus Speer: xdsl-zugangstechnologien 23 PPPoE Discovery Stage Discovery-Prozedur zwischen Host AC (Access Concentrator) Pakettypen: PADI (Code 0x09): PPPoE Active Discovery Initiation PADO (0x07): PPPoE Active Discovery Offer PADR (0x19): PPPoE Active Discovery Request PADS (0x65): PPPoE Active Discovery Session-confirmation PADT (0xa7): PPPoE Active Discovery Terminate Markus Speer: xdsl-zugangstechnologien 24

13 PPPoE Tag Types sog. TLV-Kodierung von Tags (type-length-value) End-of-List: 0x0000 Service-Name: 0x0101 AC-Name: 0x0102 Host-Uniq: 0x0103 AC-Cookie: 0x0104 Vendor-Specific: 0x0105 Relay-Session-Id: 0x0110 Service-Name-Error: 0x0201 AC-System-Error: 0x0202 Generic-Error: 0x Markus Speer: xdsl-zugangstechnologien 25 ADSL an der Universität Münster Bisherige Einschätzung: Die Einrichtung eines eigenen ADSL- Zugangs für die Universität wäre technisch extrem aufwendig. Es wäre der Betrieb von Netzkomponenten in den Vermittlungsstellen des abzudeckenden Einzugsbereichs notwendig! Aber: Evtl. zeichnen sich alternative Realisierungsmöglichkeiten ab! Projekte: ADSL-Pilotprojekt Teleport Markus Speer: xdsl-zugangstechnologien 26

14 ADSL-Pilotprojekt Markus Speer: xdsl-zugangstechnologien 27 Teleport / ADSL - stark vereinfacht - Backbone der Universität Eth... ATM ATM FE Router A ADSL Test PC Win98/Linux POS Router A: ADSL-Aggregierung (ATM-PVCs) VPN-Router der Uni Router B: VPN-Router der FH Fachhochschule Router B Markus Speer: xdsl-zugangstechnologien 28

15 Abkürzungen ADSL: Asymmetric DSL ATM: Asynchronous Transfer Mode ATU-C: ADSL Termination Unit Central Office (DSLAM) ATU-R: ADSL Termination Unit Remote (ADSL-Modem) DMT: Descrete Multitone Modulation DSL: Digital Subscriber Line DSLAM: Digital Subscriber Line Access Muliplexer HDSL: High bit-rate DSL POTS: Plain Old Telephone Service PPP: Point to Point Protocol PPPoE: PPP over Ethernet QAM: Quadratur Amplituden Modulation SDSL: Symmetric single pair high bit-rate DSL VDSL: Very high bit-rate DSL Markus Speer: xdsl-zugangstechnologien 29 Literatur / URLs Markus Speer: xdsl-zugangstechnologien 30