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Andreas IßleiberAndreas Iß[email protected]@gwdg.de
Andreas Ißleiber, Gesellschaft für wissenschaftliche Datenverarbeitung Göttingen
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Ergebnisse und Daten aus dem ADSL-Feldversuch in GöttingenErgebnisse und Daten aus dem ADSL-Feldversuch in Göttingen
Eigenschaften der xDSL Technologien Überblick über die verschiedenen xDSL Verfahren Kriterien für die Auswahl geeigneter ADSL-Geräte Bandbreitenmessung im Labortest, Meßverfahren Modulationsverfahren DMT und CAP Aufbau des ADSL-Systems Integration in das bestehende GöNET (Universitätsnetz) Anschluß der Institute und Studentenwohnheime über ADSL Ausblicke, Ergebnisse, Interoperabilität, weiterer Ausbau
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Index:
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Schnelle Datenübertragung auf alten KupferleitungenSchnelle Datenübertragung auf alten Kupferleitungen
DSL-Technologie wurde erstmals Ende der 80er Jahre durch Bellcore in den USA eingeführt
Bislang wurde lediglich der Frequenzbereich bis 3-4Khz im Telefonnetz genutzt Aufgrund des Signal/Rauschverhältnisses (S/N) ergibt sich eine im Telefonnetz
nutzbare Bandbreite von ca. 30-35 Kbit/s (siehe V.34 Modems) Durch Reduktion des (S/N) kann dieser Wert noch in einer Richtung verbessert
werden (siehe 56 Kbit/s Modemtechnologie). Die Idee damals war, den höheren Frequenzbereich für die digitale Datenübertragung
zu nutzen Kupferleitung, wie dieses heutzutage im Telefonbereich installiert sind, erlauben
deutlich höhere Bandbreiten Insbesondere Vermittlungsstellen reduzieren erheblich die Bandbreite Voraussetzung für einen xDSL-Betrieb ist deshalb eine direkte Verbindung zwischen
den Teilnehmern (durchgehenden Kupferleitung, keine bandbreitenbegrenzenden Vermittlungsstellen)
Durch ausgeklügelte Modulationsverfahren und aufgrund der Nutzung des höheren Frequenzbereiches, sind deutlich höhere Datenraten, im Vergleich zur analogen Modemtechnik, realisierbar
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xDSL-Technologie:
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Schnelle Datenübertragung auf alten KupferleitungenSchnelle Datenübertragung auf alten Kupferleitungen
xDSL ist ein Sammelbegriff für verschiedene DSL-Techniken Die xDSL-Technologien unterscheiden sich in...
ÜbertragungsfrequenzSystemimpedanzenSignalpegelnModulationsverfahrenErreichbarer ÜbertragungsrateÜberbrückbare Entfernungen
xDSL-Endgeräte werden auch häufig als Modem bezeichnet
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xDSL Technologien:
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Schnelle Datenübertragung auf alten KupferleitungenSchnelle Datenübertragung auf alten Kupferleitungen
HDSL...
Gehörte zu den ersten xDSL-TechnologienBenötigt 2 bzw. 3 Doppeladernerlaubt eine symmetrische Übertragung in Send- u. EmpfangsrichtungÜbertragungsleistung: 1,544 Mbit/s bzw. 2,048 Mbit/s
SDSL
ist im Modulationsverfahren vergleichbar mit HDSLbenutzt allerdings nur ein Leitungspaar (Doppelader)besitzt eine deutlich geringere Rechweite im Vgl.zu HDSL
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HDSL und SDSL:
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Schnelle Datenübertragung auf alten KupferleitungenSchnelle Datenübertragung auf alten Kupferleitungen
(A)synchronus (D)igital (S)ubscriber (L)ineADSL, als Weiterentwicklung der HDSL TechnikVielversprechendste Technik, da es ein gutes Verhältnis zwischen Bandbreite und überbrückbarer Entfernung darstelltAls Standard etabliert (ANSI: T1.413)Benutzt lediglich eine DoppeladerCharakterisiert durch die asynchrone ÜbertragungsratenKommt dem Anwenderverhalten im Internet sehr entgegen, da..
bis zu 8 Mbit/s in Richtung Benutzer (Downstream) bis zu 0,8Mbit/s in Richtung Internet (Upstream)
übertragen werden.Adaptives Modulations-Verfahren, welches sich dynamisch an die Leitungsqualität anpaßt
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ADSL-Technik:
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Schnelle Datenübertragung auf alten KupferleitungenSchnelle Datenübertragung auf alten Kupferleitungen
(V)ery-High-Data-Rate (D)igital (S)ubscriber (L)ineADSL-ähnliche TechnologieAsynchrone ÜbertragungsratenBenutzt lediglich eine DoppeladerErlaubt, je nach Leitungslänge, Übertragungsraten bis zu 52MBit/s (Downstream)Ist noch nicht verfügbar (Laborstadium)Benutzt den Frequenzbereich bis zu 30MHz, weshalb die Reichweite geringer ist, als bei ADSLLeitungsqualitäten und Patchstellen wirken stark bandbreitenbegrenzendGeeignet, innerhalb von Gebäuden schnelle Netze aufzubauen
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VDSL-Technik:
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Überblick:Überblick:
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xDSL-Variante HDSL SDSL ADSL VDSLBitrate (Upstream) 1,544 Mbit/s
2,048 Mbit/s1,544 Mbit/s2,048 Mbit/s
16-768 Kbit/s 1,5-2,3 Mbit/s
Bitrate (Downstream) 1,544 Mbit/s2,048 Mbit/s
1,544 Mbit/s2,048 Mbit/s
1,5-8 Mbit/s 13-52 Bit/s
Adernpaare 1 (1,544 Mbit/s)2 (2,048 Mbit/s)
1 1 1
Erreichbare Entfernung 3-5 km 2-3 km 2-5,5 km 0,3-1,5 kmGenutzte Bandbreite 240kHz 240kHz bis 1,1 MHz bis 30MHz
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Kriterien für die Auswahl geeigneter ADSL-GeräteKriterien für die Auswahl geeigneter ADSL-Geräte
Hohe erzielbare BandbreiteADSL-ModulationsverfahrenDMT, Discrete MultiToneCAP, Carrierless Amplitude/Phase Modulation
Große Reichweite (Leitungslänge) Geringe Störanfälligkeit (hohe Stabilität) Fähigkeit, gesamte Netzwerke über ADSL anzuschließen Einfache Integration in die bestehende Netzinfrastruktur ADSL-Management (SNMP) Kosten
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Übertragungsraten im Labortest, MeßverfahrenÜbertragungsraten im Labortest, Meßverfahren
ADSL ADSL
SnifferEthernet-
Paketsender
DA-30Empfänger
100 m Doppelader0,6mm²
Isoliertes Ethernet
Ethernetpaketevon 151 ...1514Byte
Es wurden Ethernetpakete unterschiedlicher Paketlänge über die ADSL-Strecke geschickt. Kollisionen (CSMA/CD) waren dabei ausgeschlossen (isoliertes Ethernet)
Der Empfänger zählte die eingehenden Pakete pro Zeiteinheit Die Messung wurde in UP- und DOWN-Streamrichtung vorgenommen Das Ergebnis ist ein Maß für die max. Übertragungsrate
Die Ethernetpaketgröße wurde im Bereich zwischen 64....1514 Byte variiert Der Ethernetpaketabstand (Interframe Gap) wurde auf 20µs eingestellt
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DMT ist im Vergleich zu CAP stabiler, da es sich dem Übertragungsverhalten des Kupferkabel besser anpaßt, erreicht deshalb höhere Bandbreiten und ermöglicht den ADSL-Betrieb in der Praxis über längere Leitungen
DMT und CAP arbeiten mit sog. „Rate Adaption“ und können sich an die Qualität der Kupfer-Leitung anpassen
DMT benutzt im Vergleich zu CAP kleinere Abstufungen (32 KBit/s bei DMT) (300 KBit/s bei CAP) und kann deshalb besser auf sich verändernde Leitungsqualitäten reagieren
Modulationsverfahren DMT und CAPModulationsverfahren DMT und CAP
Das für ADSL zur Verfügung stehende Frequenzband von ca. 30...1100 KHz wird in verschiedene Bereich aufgeteilt:
Die Anzahl der Bits, die bei DMT über einen Teilkanal gesendet werden, können je nach Qualität der Leitung in diesem Frequenzbereich des Teilkanals, variieren
– POTS-Splitter (analoge Telefonie)– Upstreamband– Downstreamband
DMT unterteilt die Frequenzbereiche in 4 KHz-Schritte32 x 4 khz (Upstream) und 256 x 4 khz (Downstream)
20Khz
PO TS UP-Stre am DOWN-Stre am
40Khz 100Khz 1100khz
20Khz
PO TS
40Khz 100Khz 1100khz
CAPCAP
DMTDMT
f
f
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Übertragungsrate des 3COM TCH (Total Control Hub)Übertragungsrate des 3COM TCH (Total Control Hub)Aufgrund des
Modulationsverfahrens (CAP) erreichte der TCH im Laborversuch eine max. Übertragungsrate von 3 MBit/s (downstream).
Die Ethernet-Paketgröße hat einen entscheidenen Einfluß auf die Übertragungsrate (geringe Prozessorleistung)
Das Verhältnis zwischen Ethernet-Overhead und Nutzdaten ist bei kleineren Paketen ungünstiger, hat jedoch keinen wesentlichen Einfluß auf die erreichbare Brutto-Bandbreite
Bei kleiner Paketgröße werden pro Zeiteinheit mehr Pakete übertragen, was den Prozessor des ADSL-Systems mehr beansprucht
Bandbreite[Paketgröße]
309730973083307330503030
2670
2157
1547
920
9671021 1042 1051 1057 1063 1061 1067 1069 1069
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
Framesize [byte]
Ban
dwid
th [k
bps]
Bandwidth Up kbit/sBandwidth Down kbit/s
3COM TCH und Viper DSL
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Übertragungsrate des Ericsson ANxDSLÜbertragungsrate des Ericsson ANxDSL
Bandbreite[Paketgröße]
8214
761
74447109
78598207
8720
666868427209
4354
2633
764764 764 766 767 816 766 770 767 766
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
Framesize [byte]
Ban
dwid
th [k
bps]
Das Verhältnis zwischenUP/DOWN-Stream wirdautomatisch eingestellt
Durch manuelle Einstellung des UP/DOWN-Verhältnisses kann die Upstreamrate noch erhöht werden, aber zu Ungunsten der Downstreamrate
Bereits bei kleineren Ethernetpaketen werden Übertragungraten von > 7MBit/s erreicht
Die Upstreamrate ist konstant und unabhängig von der Ethernetpaketgröße
Durch DMT als Modulationsverfahren ist auch in der Praxis eine höhere Übertragungsrate erreichbar
downstream
upstream
ANxDSL
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Aufbau des ADSL-SystemsAufbau des ADSL-Systemsvon Ericssonvon Ericsson
ANxMS HPOV
ADSL-NT
Ethernet/Fastethernet
ATM-Switch
ANxDSL, 30 Kanäle
CP
Ethernet
Ethernet
Telefon (analog)
Zweidraht Telefonleitung
ManagementSTM1 / 155MBit
Internet
ATM
SUN Sparc 5
über POTS-Splitter
Ethernet
Hinter dem ADSL-NT (Network Terminal), kann ein gesamtes Netzwerk angeschlossen werden
Eine SUN Sparcstation als Control Processor (CP), übernimmt das Management der einzelnen Verbindungen
Eine weitere SUN Sparcstation dient als Managementsystem, das auf HP-Openview aufsetzt
Vom ANxDSL-System wird die Verbindung via STM1 über einen ATM-Switch (RFC14831) zum Ethernet hergestellt, wodurch sich neben IP auch anderen Protokolle(z.B. IPX/SPX) übertragen lassen
Zu jedem ADSL-Teilnehmer wird eine „PVC“ eingerichtet
In diesem Fall ist der Anschluß des NT´s über ein Ethernet-Switch oder Bridge zur Abtrennung der lokalen Last sinnvoll
1. RFC 1483: Multiprotocol Encapsulation over ATM Adaption Layer 5
Auf der Benutzerseite wird ein ADSL-NT (Network Terminal) angeschlossen. Dieser besitzt eine ATM-Schnittstelle, einen Ethernetanschluß (RJ45), sowie einen analogen Telefonanschluß, der über einen POTS-Splitter getrennt ist
NT
8 Mbit/s 0,8 Mbit/s
Ein zentrales Rack (ANxDSL) nimmt die 30 ADSL-Kanäle auf
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Integration in das bestehende GöNET (Universitätsnetz)Integration in das bestehende GöNET (Universitätsnetz)
Bisher wurden 31 Gebäude (Institute und Studentenwohnheime) über ADSL angeschlossen, die vorher entweder garnicht, oder nur sehr unzureichend (z.B. über Wählmodem) am Netzwerk angebunden waren
Die erreichbare Bandbreite ist für einen Internetzugang ausreichend
Die Institute empfinden den ADSL-Zugang in der Praxis als stabil und ausreichend schnell
Der Anschluß eines Instituts über ADSL kann innerhalb von 10 Minuten erfolgen (Einrichtungszeit für das ADSL-Management)
Die Universität Göttingen verfügt über ein eigenes weitreichendes Telefonnetz, was eine ideale Voraussetzung für den Einsatz eines ADSL-Systems ist
Für den Anschluß an ADSL muß eine Standleitung (ohne Vermittlungsstellen) eingerichtet werden
Eine Reihe von Instituten waren, aus finanziellen Gründen, über andere Medien (LWL, Funk, Laser) nicht erreichbar
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Einige Institute und Wohnheime sind über gemietete Telekom-Leitungen angeschlossen
Die Datenraten über die Telekom-Leitungen sind, unter Berücksichtigung der jeweiligen Kabellängen, im Vergleich zu den UNI-Internen Leitungen etwas geringer, aber dennoch ausreichend
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Anschluß der Institute und Studentenwohnheime über ADSLAnschluß der Institute und Studentenwohnheime über ADSL
BandbreitenreduzierendeFaktoren:
Bandbreite [Leitungslänge]
7840
4352
7968
7968
7968
7456
7264
6720
7968
7712
6688
5824
6560 65
92
4736
4320
5536
3872
2304
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
500
800
1700
1900
2000
2000
2000
2600
2700
2750
2900
2900
3200
3500
3500
3600
3650
5100
6200
Leitungslänge [m]
Band
brei
te [k
bit/s
]
DownUp
– Leitungsquerschnitt– Verjüngungen– Übergänge v. Leitungen
untersch. Querschnitts– Patchstellen – Isolationsdefekte
Ein linearer Zusammenhang zwischen Leitungslänge und Übertragungsrate ist nach unseren Werten nicht erkennbar, was auf die unterschiedlichen Leitungsqualitäten der Leitungen zurückzuführen ist
In Göttingen wurdenTelefonleitungen mit Leitungsquerschnitten von 0.4 bzw. 0.6 mm² verlegt
Leitung mit mehreren Patchstellen und 0,4mm² Querschnitt
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In zwei Fällen sind, aufgrund des Nebensprechen, Störungen zu beobachten, wenn mehrere ADSL-Teilnehmer in einem Kabelbündel geführt werden
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- Interoperabilität : ADSL-Geräte der von uns getesteten Hersteller sind nicht zueinander kompatibel
+/- ADSL kann trotz großer Bandbreite von 8 Mbit/s eine Hochleistungsverbindung (ATM, Fastethernet, Gigabit) nicht immer ersetzen, aber die zeitliche Lücke dahin schließen
Ausblicke, Ergebnisse, weiterer AusbauAusblicke, Ergebnisse, weiterer Ausbau
+ ADSL ist günstiger als vergleichbare Funk- oder Laserstrecken und kann diese in der Regel ersetzen
+ Aufgrund der positiven Erfahrungen und der Nachfrage der Institute, wurde das ADSL-System in Göttingen um weitere 30 (ggf. 60) Kanäle erweitert
+/- Eine Standardisierung hinsichtlich der Protokolle und Modulationsverfahren ist noch nicht vollständig abgeschlossen, wird aber von einigen Herstellern weiterhin angestrebt
+ Die Bitraten, die das ADSL-Management anzeigte, konnten auch in der Praxis erreicht werden. Dateitübetragungen z.B. mit FTP lagen in der Regel 5%..10% unterhalb der angegebenen Brutto-Werte des Managements
- Für Institute, die große Datenmengen in Richtung Rechenzentrum übertragen müssen (Upstream), ist eine Anbindung als ADSL unzureichend (Bsp. In Göttingen -> Geophysik)
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- Aufgrund der Störungen (Nebensprechen) die ein ADSL-Betrieb in Telefon-Kabelbündeln erzeugt, können nur begrenzt viele gleichzeitige ADSL-Anschlüsse über ein Kabelbündel betrieben werden
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Weitere Informationen ...Weitere Informationen ...
http://www.gwdg.de/adsl/vortraegeDiesen und andere Vorträge zum Thema ADSL...
Information zum ADSL-Pilotprojekt...
http://www.gwdg.de/adsl
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