Zugangsnetze mit xDSL

ISDN, ADSL, ... auf Basis Kupferdraht-Doppeladern.

Shared-Medium als Basis für Breitbandnetze (mit spezifischem MAC-Protocol).

Local Loop (Kabellos, Funkmodem):

Freigabe der Frequenzen, insbes. im 2,4 GHz-Bereich, für Funkübertragung. Anbindung an Festnetze, Nutzung Ethernet-, PPP-, TCP/IP-Protokolle -> Zugang zu Internet-Diensten (WAP: Wireless Application Protocol).

Funk-LAN (W-LAN) im lokalen Bereich:

PCMCIA-Karten bzw. Inhouse in Notebooks, WaveLAN (Lucent), DECT-LAN.

Vorschläge kosteneffektiver Lösungen für Access Networks (Auswahl):

* Digital Subscriber Line Techniques (xDSL): Basis Kupferkabel (Beispiel: ADSL)

* Hybrid Fibre-Coax-Networks (HFC): Basis Koaxialkabel

* ATM-based Passive Optical Networks (APON, SuperPON): Basis Glasfaser

* Wireless ATM (WATM): Basis Funkverbindung Erforderliches Medium:

* xDSL, HFC: Wiederverwendung der existierenden Kupfer- und Koaxial-Infrastruktur

* APON, SuperPON: erfordern neue Infrastruktur

* WATM: erfordert nur ein neues Spektrum-Band Verbindung:

* xDSL: Punkt-zu-Punkt - Verbindungen.

* HFC, APON, WATM: Punkt-zu-Multipunkt - Verbindungen. Erfordern ein spezifisches MAC-Protokoll mit zentralisierter Architektur (nur damit ist QoS-Support für die ATM - Layer zu sichern).

21.2.2 Zugangsnetze mit xDSL Access Networks mit xDSL

Breitband-Backbone für Internet erfordern Zugangsnetze zur Erfüllung des FTTH-Paradigmas. Bisher: ISDN. Aber MM-Anwendungen erfordern höhere Bandbreiten im Zu-gangsbereich, wie Video-Werbung für E-Commerce-Seiten, riesige Download-Angebote.

ISDN nutzt das alte Kupferkabel-Telefonnetz nicht aus.

Ansatz dazu: xDSL (Extended Digital Subscriber Line): vergrößert die Kapazität existieren-der Kupferkabel, erlaubt schnelleren Internet-Zugang.

Bei xDSL wird verfügbare Bandbreite nicht durch die Anzahl der Benutzer limitiert, sondern durch die Entfernung zum Netzknoten. Zur Überbrückung größerer Entfernungen müssen Repeater zur Signalverstärkung eingesetzt werden (Dämpfungseffekte bei höheren Frequen-zen). xDSL umfaßt mehrere Varianten, die sich in der technologischen Umsetzung unter-scheiden.

Varianten:

ADSL (Asymmetric DSL) z.Zt. wichtigste Variante (Dominanz T-DSL)

SDSL (Symmetric DSL) ggf. in Zukunft auf deutschen Markt stärker eingesetzt HDSL (High-Bit-Rate DSL) noch wenig in Europa, dagegen in USA in großen Unter- VDSL (Very-High-Bit-Rate DSL) nehmungen (Ersatz für die dortigen T1-Verbindungen

~> 1.544 Mbit/s).

xDSL-Technologie

Einfache Aufteilung (Kupferkabel): Für Sprachübertragung im analogen Telefonverkehr wer-den im Kabel nur die Frequenzen bis 4 kHz belegt. Kupferkabel ermöglichen einen Frequenz-bereich bis 1,1 MHz (Platz für Übertragung bis zu 250 mal soviel Informationen). Aufsplit-tung der auf dem Kupferkabel verfügbaren Bandbreite in unterschiedlichste Kanäle für Sprach- und Dateninformationen. Mit Hilfe aufwendiger Codierverfahren in den Modems werden die bestehenden Kupferkabel in 3 unterschiedliche Kanäle aufgeteilt:

- 1 Kanal für normalen Telefonverkehr und damit für Sprachübertragung

(POTS: Plain Old Telephone Service, analoger Telefonanschluss, bzw. ISDN).

- 1 Kanal für Verbindung Anwender --> Serviceleister (uplink)

- 1 Kanal für Verbindung Provider --> Kunden (downlink) (Kanäle 2 und 3 für Datenübertragung).

Um die hohen Frequenzen oberhalb des reinen Audio-Spektrums zu nutzen, muss ein Equipment an jedem Ende der Kupferleitung bereitstehen. Je nach verwendeter xDSL-Technologie werden die dadurch entstehenden Bandbreiten unterschiedlich ausgelastet und für verschiedene Transfer-Dienstleistungen eingesetzt, wie

* Internet-Zugriff,

* Electronic Commerce,

* Remote Access,

* LAN-Lösungen,

* Teleworking, Telelearning, Telemedizin,

* Video-Conferencing.

Entscheidendes Kriterium: hoher Datendurchsatz bei gleichzeitiger Übertragung von Sprache, Bild- und Videoübertragung oder Multimedia-Anwendungen. Die Kupferleitung muss die hohen Frequenzen über die ganze Strecke hinweg gewährleisten, d.h. Bandbreiten-beschränkende Geräte, wie POTS-Signalverstärker, sind aus der Verbindung zu entfernen.

Diese „Loading-Coils“ dienen im normalen Telefonnetz als Verstärker, die zwar den oberen Frequenzenbereich der Sprachübertragung verstärken, aber darüber hinausgehende Frequen-zen unterdrücken müssen. Sie blockieren jegliche xDSL-Datenströme. Ähnlich wie beim Mo-dem wird auch bei xDSL eine Checksumme der übertragenen Bits gebildet. Allerdings arbei-tet xDSL nicht auf Bit-Ebene, sondern auf Paketbasis (wie beispielsweise ATM, Ethernet oder IP). Beim Telekom-Anschluss T-DSL gibt es als Auswahl ATM oder Ethernet.

ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)

ADSL (bekannteste xDSL-Variante): Asymmetrisches Verfahren, d.h. unterschiedliche Über-tragungsraten (up-/downstream).

Praxis-Anforderung: extrem kürzere Download-Zeiten (Provider --> Kunde), leicht verbesser-te Upload-Zeiverbesser-ten im Vergleich zu ISDN (Kunde --> Provider).

Typisch: Downstream: 1.5 ... 9 Mbit/s Upstream: 64 kbit/s ... 1,5 Mbit/s ADSL der Telekom AG: „T-DSL“, seit Anfang 2000

Privatanwender: 768 kbit/s downstream (12 * ISDN), Unternehmen: 2 Mbit/s ... 6 Mbit/s downstream.

Gründe für Einschränkung der Durchsatzrate unbekannt.

Angebote in 2004/05:

T-DSL 768 kbit/s downstream 128 kbit/s upstream

T-DSL 1000 1.024 kbit/s downstream 128 kbit/s upstream T-DSL 2000 2.048 kbit/s downstream 192 kbit/s upstream T-DSL 3000 3.072 kbit/s downstream 384 kbit/s upstream T-DSL 6000 6.144 kbit/s downstream 512 kbit/s upstream

ADSL (bzw. T-DSL) noch nicht überall verfügbar, aber verstärkt Installationen. HW-Hersteller bieten entsprechende Modems, Splitter, Router und Multifunktionsgeräte an. Um ADSL über die normale Telefonleitung (und auch ISDN-Anschluss) zu verwenden, muss ein sog. POTS-Splitter an beiden Enden einer Verbindung stehen. Splitter sind Filtereinheiten, die die Sprachfrequenzen (also normale Telefonverbindungen) von den höheren xDSL-Verbindungen trennen. Mit ADSL-Lite gibt es aber Technologien, die auf der Kundenseite keinen Splitter erfordern (allerdings zu Lasten der Bandbreite).

Abbildung 21.2: T-DSL-Anschlussbild (Beispiel)

T-DSL verbreitetste Variante, SDSL ab Mitte 2000 in Deutschland. Bei Internet-Einsatz sind auch gewisse Sicherheitsvorkehrungen erforderlich, wie integrierte Firewalls, Paketfilter und Multilevel-Passwortunterstützungen.

Technologie ADSL

Der in normalen Telefonleitungen verwendete CODEC ist ein Coder/Decoder, der die Audio-Signale zur Übertragung in 8-kHz-Samples codiert u. am Ende wieder decodiert. T-DSL der Telekom verbreiteste Möglichkeit; SDSL ab Mitte 2000 in DE im Einsatz. HW-Anforderungen: Netzwerk-Infrastruktur, Modems, Router, Splitter. Daneben ggf. komplette ATM-Switches mit integrierten xDSL-Funktionen. Bei Internet-Einsatz sind auch gewisse Sicherheitsvorkehrungen erforderlich, wie integrierte Firewalls, Paketfilter und Multi-Level-Passwortunterstützung. Codierung und Decodierung bei ADSL

xDSL übergeht den CODEC in der Verbindungsstelle, da Signale bereits vorher mittels eines Splitters getrennt wurden. Sprachdaten gehen direkt in den CODEC, wogegen die DSL-Signale an einen sog. DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer) weitergeleitet werden. DSLAM stellt das Gegenstück zum CODEC dar. Codierung und Decodierung bei ADSL (Fortsetzung) Der DSLAM ist entweder beim Provider oder am WAN-Zugang im Un-ternehmensnetz untergebracht und leitet gleich mehrere xDSL-Verbindungen der Kunden auf eine ATM-Leitung, mittels derer die Internet-Verbindung aufgebaut wird. Je mehr DSLAMs ein Provider bzw. deren Vermittlungsstelle installiert hat, desto mehr Kunden kann er unter-stützen.

2 Modulationsarten konkurrieren bei der ADSL-Technologie:

Carrierless-Amplitude-and-Phase-Modulation (CAP), Direct-Multitone-Modulation (DMT).

Bei CAP ist die Durchsatzrate durch die verwendete Frequenz eingeschränkt. Diese Frequen-zen sind vom Carrier abhängig. Vorteil von CAP: Geräte verbrauchen weniger Strom, da die jeweiligen Signalspitzen nicht so stark vom Durchschnittswert der Signalstärke abweichen, wie beim DMT. Stärkstes Argument für CAP ist die bereits installierte Basis von CAP-Modems. Es wird in vielen xDSL-Testgebieten eingesetzt und von vielen Herstellern verwen-det.

Bei DMT wird das Spektrum der verwendbaren Frequenzen in 256 Kanäle unterteilt, wobei jeder Kanal mit 4,3125 kHz arbeitet. Durch diese Aufteilung in mehrere Kanäle ist DMT we-niger anfällig gegen Interferenzen aus dem UKW-Spektrum. Auch wenn sich DMT nur lang-sam am Markt verbreitet, wird angenommen, dass es in naher Zukunft das bevorzugte Modu-lationsverfahren sein wird. 2 Gründe dafür:

* bessere technische Leistungsfähigkeit und geringere Anfälligkeit gegenüber einem breiten Spektrum von Interferenzen,

* ANSI-Standardisierung und Unterstützung durch Intel und Microsoft.

SDSL (Symmetric Digital Subscriber Line)

Benötigt nur ein Paar Kupferadern (im Gegensatz zu ADSL, Twisted Pair) und kann somit ebenfalls über normale Telefonleitungen betrieben werden.

Übertragungsraten: bis zu 2,3 Mbit/s in beide Richtungen.

Entfernung dazu: max. 3 300 m (kleiner als bei ADSL).

Verringert man die Übertragungsrate, erhöht sich die Entfernungsdistanz. Bei SDSL ist kein Splitter notwendig, da die Sprachdaten als Bestandteil des DSL-Datenstroms versendet wer-den. Einige Übertragungssysteme (z.B. von Alcatel) unterstützen die gleichzeitige Verwen-dung von ISDN und die ISDN-Dienste, wie Anklopfen, Konferenzschaltung und Makeln.

Einsatz von SDSL stark davon abhängig, wie der Zugang zur “letzten Meile” lokal geregelt wird. QSC-Communications stellt zusammen mit Lucent ab Jahr 2000 ein bundesweites SDSL-Netz bereit. In Köln wird bereits eine Lösung unter dem Namen “Speedway” angebo-ten, 40 weitere Städte sollen folgen. Der Vertrieb erfolgt über lokale ISP’s. Zielobjekt für KMU’s als Alternative zum Downstream-orientierten T-DSL.

HDSL: High-Bit-Rate-DSL

Einsatz in großen Unternehmen (wie Banken, Versicherungen). HDSL bietet eine reine Da-tenverbindung, Telefonverbindungen können nicht über die gleichen Leitungen betrieben werden. HDSL ist ein symmetrisches Verfahren, somit gut geeignet zum Aufbau eines reinen Datennetzes und von WAN-Verbindungen. Upstream und Downstream gleich, mit Datenraten bis zu 2,3 Mbit/s. HDSL benötigt LWL oder eine Twisted-Pair-Leitung mit 2 bis 3 Kabelpaa-ren. Kann Entfernungen von 5 000 m ohne Repeater überbrücken.

VDSL: Very-High-Bit-Rate-DSL

Schnellstes xDSL-Übertragungsverfahren auf kurzer Strecke. Voraussetzung für VDSL ist ein Hybridnetz, bestehend aus Glasfaser- und Kupferleitungen. Erst durch LWL sind die Übertra-gungsraten garantiert von bis zu 52 Mbit/s Upstream und 2,3 Mbit/s Downstream bei Entfer-nungen zwischen 330 m und 1 500 m. Somit gut für P2P-Anwendungen geeignet. Bei einem Hybridnetz wird LWL bis zu den Vermittlungsstellen im Ortsbereich oder sogar bis zu den Kabelverzweigern am Straßenrand geführt.

HDSL und VDSL vorwiegend in Nordamerika, seltener in Europa.

Marktlage

Verbesserung des ISDN-basierten Internet-/ Intranet-Anschlusses durch ADSL. Gilt momen-tan als beste Lösung. Aber abhängig von örtlichen Providern, von Preisgestaltung und von Lieferbedingungen, u.a. Termine, Kosten (z.B. T-DSL-Anschlüsse für Unternehmen nicht

preiswert). Weiterer Nachteil von ADSL: geringe Upstream-Rate (Unternehmen wollen nicht nur Daten vom Internet herunterladen, sondern auch Web-Angebote uploaden). SDSL könnte für KMU sehr interessant werden, z.B. QSC-Lösung. Die für ADSL und SDSL erforderliche Hardware ist vom einfachen Modem bis zum komplexen Modem-Router-Splitter-Komplexsystem alles erhältlich.

Im Dokument Rechnernetze (Architektur, Schichten, Protokolle, Internet und WWW, ausgewählte Netze und Dienste) (Seite 47-51)