Seminararbeit Triple Play

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1 Seminararbeit Triple Play Frédéric Dahl UNIVERSITÄT MANNHEIM FAKULTÄT FÜR MATHEMATIK UND INFORMATIK HS 06

2 Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Abkürzungsverzeichnis III IV V 1 Einführung Definition von Triple Play Anforderungen an das Übertragungsmedium Das Kabelnetz Das Hybrid-Fiber-Coax-System Glasfaserkabel Koaxialkabel Der DOCSIS-Standard Downstream Upstream Baseline Privacy Voice over Cable (VoC) VDSL 15 4 Quellenangabe 18 II

3 Abbildungsverzeichnis 1 Anforderungen: Audio/Video Hybrid-Fiber-Coax-System Glasfaserkabel Frequenzbänder im Koaxialkabel DOCSIS Protocol Stack Grundlegende Sicherheit Das Telefonnetz III

4 Tabellenverzeichnis 1 Übersicht über DOCSIS Übersicht über die ADSL-Technik IV

5 Abkürzungsverzeichnis ABR Average Bit Rate ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line BPI CAP CBR CM Baseline Privacy Interface Carrierless Amplitude Phase Modulation Constant Bit Rate Cable Modem DiffServ Differentiated Services DMT Discrete Multitone Transmission DOCSIS Data-Over-Cable Service Interface Specifications DVB-C Digital Video Broadcast - Cable FDM Frequency Division Multiplexing HDTV High Definition TV HFC IP Hybrif-Fiber-Coax-System Internet Protocol V

6 Tabellenverzeichnis ISDN Integrated Services Digital Network NTSC National Television Systems Committee PAL Phase Altenating Line QAM Quadrature Amplitude Modulation QOS Qality Of Servics QPSK Quadrature Phase-Shift Keying RSVP Resource Reservation Protocol TDM Time Division Multiplexing TDMA Time Division Multiple Access UKW Ultra Kurz Welle VBR Variable Bit Rate VDSL Very High Datarate Digitsal Subscriber Line VoC VoIP Voice Over Cable Voice Over IP VI

7 1 Einführung Diese Arbeit entstand im Rahmen des Seminars Multimedia-Protokolle für den Wohnzimmer-PC am Lehrstuhl für Praktische Informatik IV der Universität Mannheim im Herbstsemester Im Folgenden wird versucht, einen Überblick über die aktuelle Technik und Verfahren zu geben um Triple Play zu realisieren. Zunächst wird eine Definition von Triple Play gegeben, dann die VDSLund Kabeltechnik beschrieben, die die für Triple Play benötigte Bandbreite zur Verfügung stellen. Insbesondere wird dabei auf die Unterschiede und jeweiligen Probleme bei beiden Verfahren eingegangen. 1.1 Definition von Triple Play Der Begriff Triple Play ist ein Marketingbegriff [der Telekommunuikationsanbieter] für das gebündelte Anbieten der drei Dienste Fernsehen, (IP-)Telefonie und Internet über ein Übertragungsmedium [18]. 1.2 Anforderungen an das Übertragungsmedium Die Übertragung eines Fernsehsignals kann dabei über IP (IPTV), im Falle des Fernsehkabels als Übertragungsmedium, auch als DVB-C oder analog als PAL- Signal erfolgen. Die benötigte Bandbreite bei der Fernsehübertragung reicht 1

8 1.2 Anforderungen an das Übertragungsmedium von ca. 4 Mbit /s bei PAL-Standardauflösung von 720x576 bis hin zu 20 Mbit /s bei HDTV-Übertragungen. Schon hier wird deutlich, daß die benötigte Bandbreite durch die bisherigen Übertragungstechniken wie ISDN (128 Kbit /s mit zwei B-Kanälen), ADSL (6 MBit /s) und ADSL2 (12 MBit /s) nicht gegeben ist. Es müssen also neue Techniken eingesetzt werden, die diese hohen Übertragungsraten ermöglichen. Zwei dieser Techniken, nämlich VDSL und PacketCable (bzw. Internet über das Fernsehkabel) werden im Verlauf dieser Arbeit betrachtet. Die IP-Telefonie ist im Vergleich zu Video sehr bescheiden in Bezug auf die Bandbreite. Hier werden, je nach verwendeter Kodierung und Kompression, zwischen 32 und 128 Kbit /s benötigt. Allerdings wird für die Telefonie auch ein Rückkanal benötigt, der normalerweise in normal ausgebauten Kabelnetzten nicht vorhanden ist. Darauf wird detailliert im Abschnitt 2.4 eingegangen. Nach Wikipedia [16] empfiehlt die ITU (International Telecommunication Union) in ITU-T G.114, eine Einwegelaufzeit (Dauer von Mund zu Ohr) von 400 Milisekunden für eine dialogfahige Kommunikation in Echtzeit [16] nicht zu überschreiten. Diese stellen die oberste Granze da. Generell wird empfohlen 150 ms nicht zu überschreiten. Für Telefonie wird nach ITU-T G.114 eine Paketverlustrate (packet loss rate) bis maximal 5% noch als akzeptabel eingestuft. [16] Abbildung 1 auf der nächsten Seite versucht die Anforderungen von Bandbreite, Delay, und Loss rate für Telefonie und Video zu verdeutlichen. 2

9 1.2 Anforderungen an das Übertragungsmedium Abbildung 1: Die Abbildung beschreibt die Anforderungen für Mail, Video und Audio an Bandbreite, Delay und Loss Rate an ein Übertragungsmedium (Aus [5]) 3

10 2 Das Kabelnetz Der Zugang zum Internet über das Kabelnetz liegt nahe. Die Infrastruktur ist schon vorhanden und die Technik altbewährt. Allerdings wurde das Kabelnetz zur Verbreitung von Video-Signalen in nur eine Richtung konzipiert (broadcast). Dementsprechend muß das Kabelnetz mit bidirektionalen Verstärkern ausgerüstet werden. 2.1 Das Hybrid-Fiber-Coax-System Das aktuelle Kabelsystem besteht nicht nur aus Koaxialkabeln. In Wirklichkeit ist es eine Kombination aus Glasfaser und Koaxialkabel. Es wird deshalb auch als Hybrid-Fiber-Coax-System (HFC) bezeichnet. Abbildung 2 auf Seite 6 verdeutlicht dies. Unterhalb der (lokalen) Kopfstellen (Headend) hat das HFC-Systen eine Baum-Topologie: Jede Kopfstelle kann mehrere tausend Haushalte mit Kabelfernsehen und breitbandigem Internetzugang versorgen. Dazu ist jede lokale Kopfstelle über einen Router mit dem Internet verbunden. Da sich auch das Gegenstück zum Kablmodem in der Kopfstelle befindes, wird es auch als CMTS (Cable Modem Temination System) bezeichnet. Jedes Headend versorgt mehrere Vermittlungsstellen, verbunden über breitbandige Glasfaserkabel. Diese Kabel erreichen leicht Bandbreiten mit mehreren Gigabit pro Sekunde. 4

11 2.2 Glasfaserkabel Wiederum unterhalb der Vermittlungsstellen befinden sich die sogenannten Glasfaserknoten. In diesen werden die optischen Signale in elektrische umgerechnet und umgekehrt. Ein Glasfaserknoten kann zwischen 500 und 2000 Haushalten versorgen.[8] Schließlich folgen noch die Koaxialkabel. Ab hier liegt eine Bus-Topologie vor. An das Fernsehkabel sind die Kabelmodems angeschlossen. Jedes Daten- Paket, das von einem Haushalt angefordert wird, wird somit auch von jedem anderen am selben Kabel empfangen. Deshalb müssen hier besondere Authentisierungs- und Verschlüsselungsverfahren angewendet werden, die im Abschnitt auf Seite 11 beschrieben werden. In der Topologie überhalb der lokalen Kopfstellen, befinden sich die regionalen Knoten. Hier werden z. B. regionale Fernseprogramme eingespeist. Diese Knoten sind dann in einer Netz-Topologie durch breitbandige Glasfaserkabel miteinander verbunden, und bilden den Backbone eines HFC-Systems. Dabei ist noch anzumerken, daß diese Topologie nicht immer so eindeutig einzuteilen ist. Es ist gut möglich das mehrere Knoten zusmmenfallen, also z. B. ein lokales Headend gleichzeitig ein regionaler Knoten ist. 2.2 Glasfaserkabel Ein Lichtwellenleiter ist ein unidirektionales, optische Übertragungsmedium. Das heißt, daß für jede Richtung (up- oder downstream) ein eigenes Kabel existieren muß. Ein optisches Übertragungsmedium besteht im Wesentlichen aus drei Komponenten: Lichtquelle Übertragungsmedium (Glasfaser) Detektor 5

12 2.2 Glasfaserkabel Vermittlungstelle Hybrid- Fiber- Coax-System Kopfstelle Glasfaser Koaxialkabel Glasfaserknoten Abbildung 2: Ein typisches HFC-System Der größte Vorteil der Lichtwellenleiter ist die (fast) unbegrenzte Bandbreite, bei geringer Dämpfung und geringer Störanfälligkeit gegen äußere Einflüsse. Der Nachteil allerdings sind die relativ hohen Kosten. Beim aktuellen Stand der Technik sind Bandbreiten bis 50 Tbit /s denkbar, wobei die heutige Beschränkung in der Praxis von 10 Gbit /s [... ] unserem Unvermögen zuzuschreiben (ist), elektrische und optische Signale schneller ineinander zu konvertieren. [13] Man kann Glasfaserleiter grob in zwei Kategorien einteilen: Singlemodeund Multimodefasern. Singlemodefasern haben einen sehr geringen Kerndurchmesser von nur 9 10 Mikrometer. In diesen Fasern kann das Licht nicht an den Wänden des Leiters reflektiert werden. Dadurch sind extrem hohe Übertragungsraten, bei sehr geringer Dämpfung möglich. Singlemodefasern kommen daher bei der breitbandigen Übertragung über große Entfernungen zum Einsatz (bis 100 km ohne zusätzliche Signalverstärkung [13]). 6

13 2.3 Koaxialkabel Abbildung 3: Ein Glasfaserkabel Im Gegensatz zu den Singlemodefasern sind bei Multimodefasern mehrere Lichtstrahlen (Moden) an der Signalübertragung beteiligt. Da hier der Durchmesser des Kerns einer Faser wesentlich größer ist ( Mikrometer), kommt es zu Reflexionen an der Faserwänden und so zu gegenseitiger Beeinflussung. Damit ist auch die maximale Übertragungsrate wesentlich geringer. (bis 10 km bei 1 Gbit /s) Weitere Unterschiede existieren in der Wahl der Lichtquelle. Ein Laser als Lichtquelle läßt hohe Übertragungsraten zu, dafür ist er recht teuer und hat eine relativ geringe Lebensdauer. Im Gegensatz sind LEDs als Lichtquelle günstig und langlebig. Dafür ist die maximale Übertragungsrate geringer. 2.3 Koaxialkabel Ein Koaxialkabel ist ein elektrisches, bidirektionales Übertragungsmedium. Es besitzt eine relativ geringe Rauschunempfindlichkeit und ist billig. Ein Standardkabel hat eine Bandbreite von ca. 500 MHz. Auf ihm werden zwischen 54 und 88 MHz bzw. zwischen 108 und 470 MHz die Fernsehsignale übertragen. Die PAL-Norm erfordert eine Bandbreite von 8 MHz pro Kanal, bei NTSC werden 6 MHz pro Kanal benötigt. Zwischen 88 und 108 MHz werden UKW-Radioprogramme übertragen. 7

14 2.4 Der DOCSIS-Standard 5 Mhz Mhz TV TV Upstream Downstream UKW Abbildung 4: Die Abbildung zeigt die typische Aufteilung des Freqenzbereichs eines Koaxialkabels mit 862 MHz Bandbreite Damit der Internetzugang über das Kabel möglich ist muß es aber mindestens eine Bandbreite von 614 MHz haben. Dazu müssen die Kabelnetzbetreiber gegebenenfalls das bestehende Kabelnetz aufrüsten. Um einen Rückkanal zu realisieren, müssen außerdem die Einwegeverstärker durch Zweiwegeverstärker (also up- und downstream) ersetzt werden. Wie in Abbildung 4 zu erkennen ist, werden im deutschen Kabelnetz bis ca. 470 MHz Fernsehkanäle übertragen. Zwischen 470 und 614 MHz, in gut ausgebauten Netzen sogar bis 862 MHz, werden Kanäle für den Downstream-, zwischen 5 und 54 MHz Kanäle für den Upstream-Bereich reserviert. Für Details siehe den nächsten Abschnitt. 2.4 Der DOCSIS-Standard Die Hauptspezifikationen des DOCSIS (Data-Over-Cable Service Interface Specifications)-Standards wurden im Jahr 1997 unter der Leitung von CableLabs verabschiedet und von der ITU 1998 freigegeben. Gleichzeitig wurde in Europa versucht einen eigenen Standard zu entwickeln, DVB-RCC (DVB Return Channel for Cable) dieser hat sich aber nicht durchgesetzt. Heutzutage hat der DOCSIS-Standard die dominierende Rolle übernommen. 8

15 2.4 Der DOCSIS-Standard hence is expected to s. of DOCSIS are: udes the modulation coax network. For 4-quadrature ampli- ) and 256-QAM on re phase shift keying n the reverse. ission Convergence downstream only) ata is encapsulated in mes. This allows the d with other MPEG arrier on the forward uld include sending dio on the same carapsulated DOCSIS rol (MAC) layer cone return path. Since s trying to transmit he return path, the s an orderly method CM when it gets to ng. n layer protects user network is shared, hod to protect user users. DOCSIS has rivacy Interface (BPI) R PROTOCOL col describes the moduthe cable network, on erse paths. The starting o describe both the forannel models that are ase RF channels for a m. ion, the cable system is nd with a lower edge at ge, which is implemenpically in the range of at passband, NTSC ana- 6-MHz channels are either of the standard, y plans (EIA Interim other narrowband and In the upstream direcy have a subsplit (5 30 plit (5 42 MHz) passvision signals in 6-MHz signals, may be present DHCP TOD SNMP Web UDP Internet Protocol (IP) Data link encryption Media access control (MAC) Figure 1. The DOCSIS cable modem protocol stack. Abbildung 5: Der DOCSIS Protokoll-Stack, Quelle: Fellows u. a. [6] Parameter Center frequency Level range (one channel) Modulation type TCP MPEG-2 transmission convergence (downstream only) Physical layer modulation formats Value ith at least one set of arameters modula- schlitze unterteilt. munication Standardization Sector (ITU-T) Recommendation J.83B, Digital Transmission of Television Signals, Annex B. This revision of ITU-T J.83B includes not only the original 64- QAM modulation and a fixed-depth interleaver used to deliver digital video, but also includes 256-QAM for higher downstream channel data rates as well as a variable-depth interleaver. 9 DOCSIS-compliant downstream channels may occupy any 6 MHz band between 88 MHz and 860 MHz. 64-QAM versions of these downstream channels have been widely deployed with digital settop boxes, and are successfully delivering digital video services to cable subscribers. 256-QAM versions of these downstream channels have been proven in extensive rigorous tests; this technology is ready for use. The reliability of QAM-modulated downstream channels is helped by the powerful concatenated FEC provided by News MHz ±30 khz 15 dbmv to +15 dbmv 64-QAM and 256-QAM Well-known protocols that ride on DOCSIS DOCSIS specific protocols DOCSIS spezifiziert die Modulationstechniken für die Up- und Downstream-Kanäle (pysikalische Schicht im ISO/OSI-Schichtenmodell), Transmission Convergence, Media access control (MAC) und Data link encryption sowohl für das Kabelmodem, als auch für das CMTS. Über densymbol DOCSIS-Protokoll rate (nominal) Schichten folgt die IP-Schicht. Msym/s (64-QAM) Vergleiche and hierzu Msym/s (256-QAM) Abbildung 5. Bandwidth Total input power ( MHz) 6 MHz <30 dbmv Zum DOCSIS-Standard exisitert auch die entsprechende europäische Variante: EuroDOCSIS. Der einzige Unterschied besteht, in der höheren Bandbreite, Input der (load) Fernsehkanäle impedance des PAL-Signals. 75 ohms Das Input für Return Up- und Loss Dowstream verfügbare > 6 db Frequenzband ( MHz) wird durch FDM (Frequency Table 1. Division Electrical Multiplexing) input to the CM. in Kanäle zu je 8 bzw. 6 MHz unterteilt. Jeder dieser Kanäle wird durch TDM (Time Division Multiplexing) in Zeit-

16 2.4 Der DOCSIS-Standard Downstream Als Modulationstechnik wird Downstream QAM-64 bzw. QAM-256 verwendet. So werden bei einer Bandbreite von 8 MHz pro Kanal bei QAM-64 eine Übertragungsrate von 36 Mbit /s erreicht, bei QAM-256 sogar bis 52 Mbit /s. Die Werte für 6 MHz-Kanäle leigen etwa um ein Drittel darunter. Bei ca. 400 MHz gesamter Bandbreite ( =390 MHz), stehen so theoretisch 50 Kanäle für den Downstream-Bereich zur Verfügung. Bei 52 Mbit /s pro Kanal können so insgesamt ca. 2,6 Gbit /s erreicht werden. Bei 500 bis 2000 Haushalten pro Koaxialkabel (vgl. 2.1 auf Seite 4) könnten so durchschnittlich 1,3 5,2 Mbit /s pro angeschlossenes Kabelmodem zur Verfügung stehen. Bei 500 angeschlossenen Haushalten würden diese Datenraten ausreichen um jeden Teilnehmer mit digitalen Fernsehsignalen zu versorgen, für HDTV ist dies aber nicht genug (vgl. 1.2 auf Seite 1). Erst mit der Spezifikation von DOCSIS 3.0 (vgl. Tabelle 1 auf Seite 12) reichen die Bandbreiten auch für HDTV-Übertragungen aus. Um die Kompatibilität zu wahren, und Konvergenz verschiedener Medien in einem Kanal zu gewährleisten, werden die Daten in einem MPEG-2 Transport-Stream verpackt (Multiplexing). Jeder MPEG-Frame enthält einen Identifikator (PID), der den Inhalt des Frames spezifiziert. So kann das Kabelmodem anhand des PIDs entscheiden, ob es sich um DOCSIS-Daten handelt, oder um einen DVB-Stream Upstream Upstream werden Geschwindigkeiten von 0,32 10,24 Mbit /s mit QPSK bzw. QAM-16 erreicht. Andere Modulationstechniken können hier nicht angewen- 10

17 2.4 Der DOCSIS-Standard det werden, da der für den Upstream reservierte Frequenzbereich zwischen 5 und 54 MHz recht störanfällig ist. Da das Kabelmodem auf verschiedenen Frequenzen sendet und empfängt, kann als Media-Access-Protokoll nicht CSMA/CD verwendet werden, da ein Kabelmodem (CM) beim Senden keine Kollisionen erkennen kann. Statt dessen wird ein Request/Grant-Mechanismus zur Vermeidung von Kollisionen verwendet. Dazu ordnet das CMTS jedem Kabelmodem periodisch einen Timeslot zu. Bei Bedarf kann das CM dann Upstream-Timeslots und benötigte QOS-Merkmale anfordern. Diese Requests können kollidieren. Da sie aber sehr kurz sind, ist die Wahrscheinlichkeit dafür recht gering. Wenn trotzdem eine Kollision beim CM erkannt wird wartet es eine zufällige Zeitspanne und sendet dann erneut die Anfrage. Nach Tanenbaum [13] ist dies nur Slotted Aloha mit exponentiellem Backoff. Das CMTS sammelt die Anforderungen der verschiedenen CMs und ordnet den CMs die entsprechenden Zeitschlitze zu. Die Zeitschlitze im Upstream-Bereich sind sehr klein, und werden deshalb auch als Mini-Timeslots bezeichnet. Das gesamte Verfahren wird auch als TDMA (Time Division Multiple Access)-Verfahren bezeichnet. Damit die Zuordnung auch klappt muß eine akkurate Synchronisation zwischen CM und CMTS vorhanden sein. Dies wird durch das sogenannte Ranging, bei Initialisierung der Verbindung und in periodischen Abständen erreicht. Da dies ein sehr komplexer Prozess ist, und es den Umfang dieser Arbeit sprengen würde, sei hier auf weitergehende Literatur verwiesen: Lin u. a. [8], insbesondere Fellows u. a. [6] Baseline Privacy Wie schon in früheren Abschnitten erwähnt, ist das Koaxialkabel ein geteiltes Medium (Bus-Topologie), d. h. alle Kabelmodems, die auf der gleichen Fre- 11

18 2.4 Der DOCSIS-Standard 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+), 56 Bit DES Mbit /s 30 Mbit /s weitere QOS Eigenschaften, 128 Bit DES Mbit /s 120 Mbit /s Channel bounding, IPv6, AES Tabelle 1: Übersicht über die DOCSIS-Standards. DOCSIS 3.0 wurde erst im August 2006 verabschiedet quenz empfangen, könnten theoretisch auch alle Daten, die von den anderen CMs angefordert wurden empfangen. Um das zu verhindern, wird jedes Paket zwischen CM und CMTS verschlüsselt. Nur das CM mit dem entsprechenden Key kann seine Daten lesen. Die BPI-Spezifikationen beschreiben im Wesentlichen das Key Management Protocol und die Packet Data Encyption. Das Key Management Protokoll dient dem sicheren Austausch von Schlüsseln zwischen CM und CMTS. Weiterhin regelt es die periodische (Re-)Authentisierung des Modems. Die Spezifikation für die Verschlüsselung der Daten beschreibt die Verschlüsselung mit DES und stellt sicher, daß nur die Pakete ankommen, die auch ankommen sollen. Jedes CM muß ein voreingestelltes RSA-Schlüsselpaar besitzen (öffentlich und privat). Bei Initialisierung sendet das Modem seinen öffentlichen Schlüssel P zusammen mit seiner Seriennummer, der Hardware MAC-Adresse und einer Anforderung für einen Key Encryption Key (KEK) an das CMTS. Das CMTS authentisiert das CM anhand der Seriennummer und der MAC- Adresse. Weiter wird der KEK erzeugt und mit P des CMs verschlüsselt und an das CM zurückgesendet. 12

19 2.4 Der DOCSIS-Standard 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 Abbildung 6: Baseline Privacy - Schlüsselaustausch im DOCSIS-Standard Das CM entschlüsselt den KEK mit seinem privaten Schlüssel. Die Gültigkeit des EK ist betreiberseitig einstellbar(1 70 Tage), typischerweise 7 Tage. Jetzt kann das CM den Traffic Encryption Key (T EK) anfordern. Dieser wird vom CM generiert und mit dem KEK verschlüsselt (Triple- DES) und an das CM gesendet. Im CM kann der T EK wieder mit dem KEK entschlüsselt werden, und die Authentisierung und der sichere Austausch des Verschlüsselungschlüssels vollendet. Auch der T EK hat eine betreiberseitig konfigurierbare Lebensdauer, typischerweise 12 Stunden. Es ist die Aufgabe des CMs sich periodisch neu zu Authentisieren und einen neuen T EK anzufordern. Der Traffic wird dann mit DES-56, in späteren DOCSIS-Versionen DES-128 bzw. AES mit dem TEK als Schlüssel verschlüsselt 13

20 2.4 Der DOCSIS-Standard Abbildung 6 auf der vorherigen Seite stellt das voran beschriebene noch einmal dar Voice over Cable (VoC) Wie in Abschnitt 1 beschrieben ist Telefonie einer der bei Triple Play angebotenen Dienste. Neben den herkömmliche VoIP-Diensten, wie Skype, SIP usw. die natürlich auch über das Kabelnetz möglich sind, existiert eine weitere Variante, die speziell auf das Kabelnetz und seine Möglichkeiten zugeschnitten ist, nämlich Voice Over Cable (VoC). VoC basiert auf dem PacketCable-Standard, der aud DOCSIS aufbaut. PacketCable bietet IP-basierende Dienste für Ende-zu-Ende Verbindungen um Sprache und andere Multimedia-Daten zu übertragen. Insbesondere werden dynamische QOS-Merkmale unterstützt, wie reservierte Bandbreiten (ABR, VBR und CBR), insbesondere für die IP-Telefonie, oder hochinteraktive Inhalte auch Merkmale wie Delay und Jitter. Dynamisch bedeutet hier, daß z. B. im Fall der Telefonie, nicht die ganze Zeit die benötigte Bandbreite reserviert wird, sondern erst bei Gebrauch zugeordnet. Diese QOS-Merkmale können angeboten werden, da ein HFC-System im Gegensatz zum Internet unter der Kontrolle eines einzigen Betreibers steht. Dieser hat die volle Kontrolle über alle inneren Knoten des HFC-Systems, und kann die Daten entsprechend ihrer Priorität oder Anforderungen behandeln. Zwischen CMTS und CM wird in der Regel das für DOCSIS modifizierte RSVP, genannt RSVP+ verwendet, für die Verbindungen zwischen den innernen Knoten DiffServ. 14

21 3 VDSL Vorhandene xdsl-techniken nutzen das öffentliche Telefonnetz zur Datenübertraung. Ein typisches Netz ist in Abbildung 7 aufgezeigt. Teilnehmervermittlungsstelle Fernvermittlungstelle Fernvermittlungsstellen sind über breitbandige Glasfaserkabel miteinan- Glasfaser Kupferkabel (Twisted Pair) Abbildung 7: Ein typisches Telefonnetz der Verbunden. Sie übermitteln die Telefonsignale über weite Strecken. Jede Fernvermittlungsstelle versorgt mehrere Teilnehmervermittlungsstellen. Hier werden optische Signale in elektrische umgewandelt und umgekehrt. An jeder 15

22 2.4 Der DOCSIS-Standard Bezeichnung Downstream ( MBit /s) Upstream ( MBit /s) ADSL 6 0,6 ADSL ADSL ,5 Tabelle 2: Übersicht über die bei ADSL erreichbaren Bandbreiten Teilnehmervermittlungsstelle oder auch Ortsvermittlungsstelle [15] ist jeder Haushalt über eine doppeladrige Kupferleitung angeschlossen. Über diese werden die Daten übertragen. Standard-ADSL nutzt dabei eine Bandbreite von ca. 1,1 MHz. Es exisieren zwei Modulationstechniken, die beide in etwa gleich effizienz sind: CAP (Carrierless Amplitude Phase Modulation) und DMT (Discrete Multitone Transmission). CAP unterteilt den Frequenzbereich in drei unabhängige Bänder: Der untere Frequenzbereich ist für Telefonübertragungen reserviert, der mittlere für den Upstream-Traffic und der obere für den Downstream-Traffic. Bei DMT wird das Frequenzband auf 255 Kanäle zu je 4,3125 khz aufgeteilt. Davon sind 250 für die Datenübertragung reserviert, die restlichen, werden für Telefonie und zur Übertragung von Statusmeldungen benötigt. Auf jeden dieser Kanäle wir die Information per QAM aufmoduliert und parallel übertragen. Tabelle 2 zeigt erreichbare Bandbreiten mit der ADSL-Technik. Erst die Downstream-Bandbreite von ADSL2+ mit 24 Mbit /s erlaubt HDTV- Übertragungen. Da diese aber ca. 20 Mbit /s benötigen, verbleibt nicht mehr viel Bandbreite für andere Anwendungen/Dienste. Hier kommt VDLS ins Spiel. VDSL nutzt Bandbreiten biz zu 30 MHz, dies setzt natürlich eine ausreichend gute Qualität der Teilnehmenanschlußleitungen voraus. Als Modulationstechnik wird hier QAM oder DMT ver- 16

23 2.4 Der DOCSIS-Standard wendet. VDSL erreicht so eine symmetrische Übertragungsrate von 26 Mbit /s (full-duplex), assymetrisch sogar bis 52 Mbit /s im Downstream- und 12 Mbit /s im Upstream-Bereich. So ist schon der gleichzeitige Empfang von zwei HDTV- Übertragungen bei ausreichend verbleibender Bandbreite möglich. VDSL2 soll Übertragungsraten bis zu 200 Mbit /s aggregiert (Up- & Downstream zusammen) erreichen können. 17

24 4 Quellenangabe [1] CABLE TELEVISION LABORATORIES, Inc.: Data-Over-Cable Service Interface Specifications DOCSIS 1.1 Baseline Privacy Plus Interface Specification. URL CM-SP-BPI+_I pdf. Zugriffsdatum: [2] CABLE TELEVISION LABORATORIES, Inc.: DOCSIS Specifications. URL CM-SP-PHYv3.0-I pdf. Zugriffsdatum: [3] CICIORA, Walter S.: Cable modem traffic jam. In: Spectrum, IEEE 38 (2001), S [4] DUTTA-ROY, Amitava: Cable: it s not just for TV. In: Spectrum, IEEE 36 (1999), S [5] EFFELSBERG, Wolfgang: Vorlesungsskript Multimediatechnik [6] FELLOWS, David ; VENTURES, Pilot H. ; JONES, Doug: DOCSIS Cable Modem Technology. In: Communications Magazine, IEEE 39 (2001), S [7] IEC.ORG: Very-High-Data-Rate Digital Subscriber Line (VDSL). URL Zugriffsdatum:

25 4 Quellenangabe [8] LIN, Ying-Dar ; YIN, Wei-Ming ; HUANG, Chen-Hu: An Investigation Into HFC MAC Protocols Mechanisms, Implementation, And Research Issues. In: IEEE Communications Surveys (2000). URL http: //speed.cis.nctu.edu.tw/~ydlin/hfc_mac.pdf. Zugriffsdatum: [9] MCINTOSH, David ; STACHELEK, Maria ; CABLELABS: VoIP Services: PacketCable Delivers A Comprehensive System URL Services.pdf. Zugriffsdatum: [10] SADIKU, Matthew N. ; ADUBA, Chukwuemeka: Cable modem technology. In: Potentials, IEEE 19 (2000), S [11] STEINMETZ, Ralf: Multimedia-Technologie. 3. Springer-Verlag, 2000 [12] SYSTEMS, Rolf Minder C.: Broadband Acces Over Cable. September URL SwiNOG_BAoC_19Sep01.pdf [13] TANENBAUM, Andrew S.: Computernetzwerke. 4. Prentice Hall, 2003 [14] WIKIPEDIA: ADSL. URL Zugriffsdatum: [15] WIKIPEDIA: Digitale Vermittlungsstelle Ortsnetz. URL wikipedia.org/wiki/teilnehmervermittlungsstelle. Zugriffsdatum: [16] WIKIPEDIA: IP-Telefonie. URL Voip. Zugriffsdatum:

26 4 Quellenangabe [17] WIKIPEDIA: Time Division Multiple Accesss. URL wikipedia.org/wiki/time_division_multiple_access. Zugriffsdatum: [18] WIKIPEDIA: Triple-Play. URL Triple-Play. Zugriffsdatum: [19] WIKIPEDIA: VDSL. URL Zugriffsdatum: