Datenkommunikation im öffentlichen Bereich Das Modem zur Kopplung analoger und digitaler Systeme Dienste der Telekom Integrated Services Digital Network () Digital Subscriber Line (DSL) LNs und WNs bieten eine einfache Möglichkeit, Daten über die ganze Welt zu verschicken. ber: was macht der Endnutzer zu Hause oder eine Firma, die keinen Netzzugang besitzt? Daher: Telefonunternehmen bieten auch Datenkommunikationsdienste an, die von jedem genutzt werden können (sogenannte öffentliche Netze). 23 Dienste zur Datenübertragung Jede Telefongesellschaft kann Kommunikationsdienste anbieten, z.b. die Telekom: Datendirektverbindungen (DDV) Dauerhaft bereitgestellte digitale Übertragungswege zur Daten- oder Sprachkommunikation (Standleitung zwischen zwei nschlüssen, kein vorheriger Wählvorgang) Preise abhängig von Übertragungsrate und Entfernung Übertragungsraten von 1200 bit/s bis 1,92 Mbit/s, Bitfehlerrate bis zu 10-6 Durch mehrere DDVs komplexe Zusammenschaltung von Netzen Datex-M Netz zur Kopplung von LNs und Großrechnern, besser geeignet als DDVs Man mietet keine Leitungen, sondern Zugangsgeschwindigkeiten zwischen 64 kbit/s und 34 Mbit/s. Der Backbone des Datex-M-Netzes wird dann mit anderen geteilt. Der Preis für den Endbenutzer setzt sich zusammen aus einem Grundpreis und einem Preis für das Übertragungsvolumen (vgl. Telefonrechnung). Standleitungen gemeinsamer Backbone 25 Datenübertragung via Modem Datenübertragung über das Telefonnetz: Verwendung eines Modems (Modulator - Demodulator) Umwandlung digitaler Datensignale in analoge Signale unterschiedlicher Frequenzen (300 bis 3400 Hz, Sprachband). Diese werden über das Telefonnetz bis zum Empfänger übertragen. Das dortige Modem wandelt das analoge Signal zurück in ein digitales. Das Modem verhält sich also für das Telefonnetz wie ein Telefon Zur Modulation werden ähnliche Verfahren wie bei der Funkübertragung verwendet, z.b. QM Übertragungsraten bis 56 Kb/s Hohe Fehleranfälligkeit Telefonnetz digital analog digital/analog analog digital Modem Schaltzentrale Schaltzentrale Modem Dienste zur Datenübertragung Datex-P Paketvermittelndes WN, wird ausschließlich zur Datenübertragung genutzt. variable Bandbreite bis zu 2 Mb/s für die Benutzer Bitfehlerrate 10-9 über 160 n mit je 100 Kanälen (64 kbit/s) in Deutschland nbindung an andere Netze möglich T-Online spezieller Dienst mit Zugriff auf verteilte Datenbanken (z.b. Homebanking) Seiten bestanden anfangs aus Text und einfachen Grafiken (BTX) (ähnlich Videotext) heute auch komplexe Grafiken usw. möglich, sowie erweiterte Zugangs- und Kommunikationsmöglichkeiten (email, WebMail, News, Internet) jedoch immer noch Nutzung des herkömmlichen Fernsprechnetzes über Modem 24 26
Dienste und Netze Bisher: Netze wurden für einen einzigen Dienst geschaffen (Telefon: Fernsprechnetz, Fernschreiben: DTX-L, Datentransfer: DTEX-P) Heute bieten Netze eine breite Palette von Diensten an: Der Kommunikationsteilnehmer möchte alle Dienste aus einer Steckdose ziehen Der Netzbetreiber möchte alle Ressourcen wirtschaftlich betreiben (hoher Gewinn, geringer Verwaltungsaufwand,...) Die Vielfalt an Netzen, Netzschnittstellen und Endgerätetypen soll durch ein Netz abgelöst werden, das alle rten der Kommunikation gleich behandelt (Diensteintegration) Integrated Services Digital Network () Integration verschiedener Kommunikationsdienste (Sprache, Fax, Daten,...) digitale Kommunikation höhere Bandbreite benutzt existierende Infrastruktur: ist kein neues Netz, sondern Bestandteil des digitalen Fernsprechnetzes. Unterschiedliche Standards (Euro- bzw. nationales ) 27 Diensteintegrierendes digitales Netz Pilotversuche seit 1983 Kommerzieller Einsatz einer nationalen Variante seit 1988 Seit 1994 Euro- D D nschluss von bis zu 8 Endgeräten an den Zwei 64 Kb/s-Kanäle (B-Kanäle) für Nutzdaten Ein 16 Kb/s-Kanal (D-Kanal) für die Signalisierung twisted pair D analog digital Zwei Varianten: -Basisanschluss -Primärmultiplexanschluss Netzwerkabschluss (Network Termination, ) 29 Dienste bei Telefon Wichtigster Dienst: Sprachübermittlung llerdings mit neuen Leistungsmerkmalen, z.b. Mehrfachrufnummern für einzelne Telefone Übermittlung der Rufnummer an den ngerufenen Umleitung eingehender nrufe auf eine beliebige andere Nummer Einrichtung geschlossener Benutzergruppen Dreierkonferenz durch nrufen von zwei weiteren Teilnehmern nklopfen, Makeln, Parken zur gleichzeitigen Handhabung mehrerer nrufe Übermittlung von Tarifinformationen, aufgeschlüsselte Rechnungen Umstecken von Endgeräten Computer Netzzugang mit einer Datenrate von bis zu 144 Kb/s -Basisanschluss Zwei unabhängig voneinander nutzbare B-Kanäle zur Übertragung von Sprache oder Daten mit je 64 Kb/s Zwei gleichzeitige Verbindungen möglich Flexible Zuweisung dieser Kanäle an unterschiedliche Dienste und Endgeräte Ein separater D-Kanal überträgt Signalisierungsinformationen zwischen Teilnehmern mit 16 Kb/s (wird manchmal jedoch ebenfalls zur Datenübertragung genutzt) Konkurrierender Zugriff unterschiedlicher Endgeräte auf den D-Kanal Durchschnittliche Nutzung des D-Kanals durch ein Endgerät in der Regel unter 5% Insgesamt: Kapazität von 144 kbit/s Realisierbar als Mehrgeräteanschluss oder nlagenanschluss 28 30
Mehrgeräteanschluss 4711 4712 4714 4714 4713 Verantwortungsbereich des Netzbetreibers Leitungsabschluss (100 Ohm) 4711 4712 4713 4714 -Bus (<100 m) 230 V~ bis zu 8 km uch: Point-to-Multipoint ccess Passiver Kommunikationsbus, nschluss durch einen Netzabschluss () Der nimmt Protokollwandlung vor, trennt Hin- und Rückrichtung und bildet eine Stromversorgung für vom Netz versorgte Endgeräte Bis zu 12 nschlussdosen, bis zu 8 (-)Endgeräte an einen anschließbar Bis zu 10 Telefonnummern; der billigste nschluss hat 3 Nummern naloge Geräte können über entsprechende dapter ebenfalls angeschlossen werden (ohne -Mehrwertdienste) Mittels Einsatz einer Kleinst-Tk-nlage (Tk = Telekommunikation) können alle angeschlossenen Geräte intern kostenlos telefonieren. 31 nlagenanschluss -11-12 -13 440-XX -21-20 -22-99 uch: Point-to-Point ccess Für kleinere Firmen gedacht Punkt-zu-Punkt-Verbindung für ein Endgerät, z.b. eine private (engl. Branch Exchange, PBX). Mittlerweile werden allerdings auch immer häufiger PCs eingesetzt. Vorteil gegenüber dem Mehrgeräteanschluss: Zuteilung von Rufnummernblöcken, d.h. eine größere Zahl von Endgeräten ist direkt anwählbar. Direkt wählbare Nebenstellennummern Kombination mehrerer nschlüsse möglich 33 U für den Basisanschluss Verantwortungsbereich des Netzbetreibers U benötigt nur ein Twisted-Pair-Kabel liefert Notstromversorgung (50-93 V~) U ist nicht genormt in EuropaU ko (bis zu 8 km) zusätzliche Synchronisierungsinformation: 16 kbit/s 230 V~ B1-Kanal 64 kbit/s B2-Kanal 64 kbit/s Übertragungsrate Leitungsdurchmesser Überbrückbare Distanz Fehlerrate D-Kanal 16 kbit/s 160 kbit/s pro Richtung 0.4 mm 2-0.6 mm 2 4.5 km - 8.0 km 10-7 32 Beispiel für einen nlagenanschluss - mit zwei -Basisanschlüssen vier analogen Endgeräten einem internen -Bus Kostenfreie interne Kommunikation Bus ( Branch Exchange, PBX) Bus 34
Primärmultiplexanschluss nur Punkt-zu-Punkt-Verbindung (PBX) S 2M Schnittstelle < 250m Verantwortungsbereich des Netzbetreibers S 2M Für größere Firmen geeignet Nur als nlagenanschluss 30 Nutzdatenkanäle (B-Kanäle, 30 x 64 Kb/s) 1 D-Kanal (64 Kb/s) für Signalisierung (damit sind mehr Gespräche parallel möglich) 1 Kanal für die Synchronisierung (64 Kb/s) 30 x 64 Kb/s + 64 Kb/s + 64 Kb/s = 2048 Kb/s nschluss an ein LN möglich 35 LN-Kopplung via Unterschiede zwischen LN und fast unüberbrückbar lediglich als verlängerte Leitung zwischen den Teilnetzen besitzt keine Routing-Funktionalität, Routing muß daher im LN erfolgen übernimmt nur direkte, transparente Kopplung zweier Router Transport der TCP/IP Nachrichten im Nutzkanal (IP-Tunnel-Verfahren) Router Router Verbindung der LNs durch -Festverbindung oder -Wählverbindungen Festverbindung ist immer verfügbar, aber teuer und hat nur starre Übertragungskapazität Router 37 U für Primärmultiplexanschluss Sync B1... D... B30 (PBX) S 2M (<250m) U U 2M =S 2M getrennte Übertragung der Hin- und Rückrichtung über eigene Leitungen jede Richtung benutzt verdrillte Kupferdoppelader (U K2 ), Koaxialkabel (U K2 ), oder Lichtwellenleiter (U G2 ) 30 Kanäle pro Richtung verfügbar zusätzlicher Kanal für die Signalisierung und ein weiterer für den ustausch von Steuerungsinformationen LN-Kopplung via Wählverbindungen zwischen zwei Punkten stehen nicht direkt zur Verfügung, sondern müssen erst aufgebaut werden Vorteil gegenüber Festverbindungen ist, dass mit wenigen nschlüssen relativ viele Zielpunkte erreicht werden können muss vor dem Verbindungsaufbau die Zieladresse mitgeteilt werden Teilnetzadressen der IP-dresse können beispielsweise den zugewiesenen -dressen entsprechen So können zu unterschiedlichen Zeitpunkten eigene Verbindungen aufgebaut werden Zeitpunkt X Verbindung nach B Zeitpunkt Y Verbindung nach C C B B C 36 38
Bandbreitenanpassung durch Zuschaltung von B-Kanälen stark schwankender Bandbreitenbedarf in Netzen, abhängig von den jeweiligen Nutzungen und nwendern deshalb: burstartiger Verkehr, d.h. ständig wechselnder Bandbreitenbedarf in lokalen Netzen aufgrund hoher Verfügbarkeit und Bandbreite kein Problem bei Kopplung von LNs via kann nur Vielfaches von 64 kbit/s verwendet werden ggf. stufenweise Zuschaltung von Nutzkanälen bei hoher Bandbreitenanforderung 4 3 2 1 Bandbreitenanforderungsprofil Zuschaltung von Nutzkanälen nwendungsgebiete für B- Bewegtbildkommunikation Nachrichtenabruf Bildtelefon Breitband-Videokonferenz Videoüberwachung Nachrichtenaustausch Multimedia-Mail Dokumentenübertragung Video on demand Rundfunkdienste (Radio, Fernsehen) individuelle Elektronische Zeitungen Teleteaching Zugriff auf Datenbanken Informationsdienste Datenkommunikation LN-Verbindung CD/CM-Verbindung Bildübertragung 39 41 Breitband- : + Integration von unterschiedlichen Diensten in ein gemeinsames Netzwerk + schrittweise Ersetzung aller Spezialnetzwerke + integraler Bestandteil des digitalen Telefonnetzes - keine Integration von Breitbanddiensten - ber: immenser Zuwachs an neuen Diensten, Nachfrage von Breitbanddiensten (z.b. Videokonferenz). Breitbanddienste benötigen Datenraten bis zu 100 Mb/s beim Endkunden, hat max. etwa 2 Mb/s Breitband- (B-): Hat größere Bandbreite als das normale Zielsetzung entspricht der von, d.h. Integration der unterschiedlichsten Dienste in einem Netz Zu Beginn sollte B- eine einfache Erweiterung von sein Hinzufügen zusätzlicher Kanäle mit hoher Kapazität zu existierenden -Kanälen Definition einer neuen Hochgeschwindigkeits-Benutzerschnittstelle weitgehende Beibehaltung der alten 64 kb/s -Protokolle (sofern möglich) Da allerdings zu viele Probleme auftraten, hat man TM als Basis verwendet. 40 Nach geht es weiter: Digital Subscriber Line (DSL) Eigenschaften von DSL hoher Durchsatz (bis zu 50 Mbit/s) Nutzung herkömmlicher nicht-abgeschirmter Kupferleitungen Kombination aus herkömmlichem Telefondienst (analog/) und hochratigem Datendienst: nutze auch bisher brachliegende hohe Frequenzen zur Übertragung! Datenrate hängt weitgehend von der Übertragungsdistanz und der Qualität der Leitung ab, da die hohen Frequenzen störanfälliger sind automatische Durchsatzanpassung bei Störungen Nutzung von QM oder erweiterten Verfahren als Modulationsverfahren meist asymmetrische Duplex-Verbindung (symmetric Digital Subscriber Line, DSL) Hin zum Kunden Weg vom Kunden Leitungs- Down- Upstream länge stream 1,4 km 12,96 Mbit/s 1,5 Mbit/s 0,9 km 25,86 Mbit/s 2,3 Mbit/s 0,3 km 51,85 Mbit/s 13 Mbit/s z.b. analoge Übertragung Breitband-Kanal Trägerfrequenz f 42
Verschiedene Typen von DSL HDSL (High Data Rate Digital Subscriber Line) Hohe, symmetrische Datenraten über zwei Leitungen Basiert auf 2B1Q- oder CP-Modulation Simultaner Telefonverkehr nicht möglich SDSL (Symmetric Digital Subscriber Line) Einzelleitungsversion von HDSL symmetrische Datenrate 2B1Q-, CP- oder DMT-Modulation DSL (symmetric Digital Subscriber Line) Duplex-Verbindungen mit asynchronen Datenraten Datenrate hängt von der Distanz und Qualität der Leitungen ab, adaptive npassung CP- oder DMT-Modulation VDSL (Very High Data Rate Digital Subscriber Line) Duplex-Verbindungen mit asynchronen Datenraten Höhere Datenrate als DSL, aber kürzere Kabellänge Varianten: symmetrisch oder asymmetrisch Distanz: 3-4 km Bandbreite: 240 KHz Sendegeschw.: 1,544-2,048 Mbit/s Empf.geschw.: 1,544-2,048 Mbit/s Distanz: 2-3 km Bandbreite: 240 KHz Sendegeschw.: 1,544-2,048 Mbit/s Empf.geschw.: 1,544-2,048 Mbit/s Distanz: 2,7-5,5 km Bandbreite: bis 1 MHz Sendegeschw.: 16-640 Kbit/s Empf.geschw.: 1,5-9 Mbit/s Distanz: 0,3-1,5 km Bandbreite: bis 30 MHz Sendegeschw.: 1,5-2,3 Mbit/s Empf.geschw.: 13-52 Mbit/s 43 Verschiedene Typen von DSL Downlink-Kapazität nwendungen und Dienste 6 Mb/s 8 Mb/s 50 Mb/s VDSL DSL Integrierte Multimediadienste: Internetzugang, Teleworking Teleteaching, Telemedizin, Multimediazugang, Video on demand,... 130 kb/s 32 kb/s 2 Mb/s 2 Mb/s SDSL HDSL Sprachband-Modem Power remote user Internetzugang, Telefonie, Terminalemulation (FTP, Telnet) 44