BMEVIHIM134 Hálózati architektúrák

1. BevezetésNGN motivációk, hajtóerők, trendek

Jakab TivadarBME Hálózati rendszerek és szolgáltatások

tanszék

Budapesti M űszaki és Gazdaságtudományi EgyetemVillamosmérnöki és Informatikai Kar

Mérnök informatikus szak, mesterképzés – Hírközl ő rendszerek biztonsága szakirányVillamosmérnöki szak, mesterképzés - Újgenerációs háló zatok szakirány

NGN MOTIVÁCIÓK, HAJTÓERŐK

2015.04.21. 3

Szolgáltatások� A szolgáltatás-fejlesztés folyamata összetett és hosszadalmas

a szolgáltatásmenedzsment nehézkes volt a bonyolult szoftverek miatt.

Jelzésrendszer� Jelentősen különböző jelzések a beszéd- és

adatszolgáltatások körében.

Gyártóspecifikus vonatkozások� Csak a gyártók vagy a gyártókkal szorosan együttműködő,

speciális környezet által támogatott szakemberek voltak képesek a szolgáltatás-fejlesztésre.

Együttműködési képességek� Bonyolult és nehézkes – a platformok, az alkalmazott

programnyelvek és a környezetek jelentős különbségei miatt.

PSTN -Tipikus jellegzetességek

2015.04.21. 4

A hagyományos távközlési iparág leépülése

• Szolgáltatók – milliárdos veszteségek– VoIP alapú szolgáltatók előretörése a távolsági hívások piacán– Az üzleti előfizetők távolsági hívásai a WAN-ok fölé mozognak át– A vezetéknélküli megoldások fokozatos elfoglalják a lakáselőfizetők

távolsági hívásainak piacát– A távolsági hívások piaci mozgásait követik a helyi hívások– A Windows XP gyakorlatilag egy SIP telefon minden PC-n

• Gyártók – milliárdos veszteségek– Az új, ismeretlen gyártók IP PBX és IP telefon gyártmányaikkal

jelentősen csökkentik az ismert gyártók piaci részesedését.

2015.04.21. 5

Az üzleti környezet változásai• Globalizációs hatás

– Az Internet kereskedelmi vonatkozásai (e-Commerce)– Világméretű információs társadalom (e-Gov, VPN, hálózati

konvergenciák)– Határok nélküli távközlési piac

• IT hálózatok és technológiák– IP forgalmi prognózisok, nagy kapacitások és

skálázhatóság, QoS, QoP• Felhasználói elvárások

– Egységesen jó minőség, mobilitás, biztonság, folyamatos kapcsolat, multimedia, egyszerű megoldások, arányos költségek

• Szabályozás– Deregulációs trend

2015.04.21. 6

Általános üzleti trendek

Felhasználó Profit

• A szolgáltató hasznának megoszlása• A haszon 85%-a a felhasználók 5%-nak nyújtott szolgáltatásokból származik

• Az egyre élesed ő verseny jelent ősen csökkentette a beszédszolgáltatások jövedelmez őségét

2015.04.21. 7

Általános piaci trendek (1)

2015.04.21. 8

Általános piaci trendek (2)

2015.04.21. 9

Piaci előrejelzés

2015.04.21. 10

Forgalmi előrejelzés:IP vs POTS

Általánosan elfogadott megállapítások:

• Az adatforgalom mennyisége jelentősen meghaladja a beszédforgalomét

• Az adatforgalom évi növekedési üteme ~100% a beszédé ~10%

1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006

Best EffortData

ValueData

VoiceTraffic

Merryll Lynch, The Strategy Group, IDC, Vertical, Data Comm, DRW and IDATE

2015.04.21. 11

Forgalmi arányok alakulása

2015.04.21. 12

KonvergenciákÜzleti, hálózati és platform

Üzleti• Dinamikusan változó piaci, technológiai és

szabályozási viszonyok• A jövedelmezőség növelésének eszközei

– Bővíteni a piacot– Csökkenteni a fluktuációt– Javítani a gazdaságosságot– Stratégiai szövetség

• Szolgáltatások– Egységes üzenetek (Unified Messaging)– Global Call Center

Hálózati• Magán- és nyilvános hálózatok• Vezetékes és vezetéknélküli hálózatokPlatform• Áramkör- és csomagkapcsolt konvergált

hálózatnyilvános

2015.04.21. 13

Konvergáló hálózatok

PS

TN

Ada

t

GS

M m

obil

Káb

el

PA

BX

Ada

t

Vertikális integrálódás

Lakás Üzleti

Horizontális integrálódás

Alkalmazások

Middleware

Kapcsolás és útvonalválasztás

Transzport

Hozzáférés

Lakás Üzleti

2015.04.21. 14

Mik a hálózati konvergencia hajtóerői?

• A beruházási és műszaki támogatási-üzemeltetési költségek csökkentése

• Összetett, nagy integráltságú alkalmazások megjelenése és az ezekhez

kapcsolódó új igények

• Nagyobb hálózati rugalmasság, funkciógazdagság

• Új szabványok, ajánlások

2015.04.21. 15

Műszaki hajtóerők

• A beszéd- és az adatszolgáltatásokra épülő piacok konvergenciája

• Újabb szolgáltatások

– Video, beszéd és adat integrálására alapozott egységes

üzenetkezelés

– IP Centrex, IP Soft-PBX, Call Center

– E-Business

• Egységes IP platform különböző transzportok felett (PSTN, ATM, Frame,

vezetéknélküli, optikai)

• IP mindenhol (desktop, hozzáférés, gerinc)

2015.04.21. 16

Piaci hajtóerők

• A távközlési és informatikai piacok versenye

– dereguláció

– unbundling

– cégegyesülések/felvásárlások

• Konvergencia

– Alacsonyabb üzemeltetési és adminisztrációs költségek

– Szolgáltatások egy integrált beszéd-adat, fix-mobil hálózati

infrastruktúra felett

2015.04.21. 17

Miért változtassunk?

• Mi szükséges egy sokféle szolgáltatást nyújtó, különböző üzleti lehetőségeket biztosító alkalmazásokat támogató hálózati platformhoz?

• Milyen a technológiák érettsége, a mobil és vezetékes infrastruktúra aktuális állapota alapján a kép ebből a szempontból?

• Milyen tanulságos különbségek fedezhetők fel a vezetékes és mobil alapú üzleti alapmodellekben?

2015.04.21. 18

Miért változtassunk?

• Mit tudunk/akarunk eladni?• Milyen módon adjuk el?• Hogyan juttassuk el a felhasználóhoz?• Hogyan szedjük be a pénzt?

2015.04.21. 19

Miért változtassunk?

• Mit tudunk/akarunk eladni?– hálózati kapacitás– ügyfelek– tartalmak (alkalmazások is)

• videó (konzerv: pl. film, friss: esemény, pl. sport)• zene• más: pl. közlekedési információk

– logisztika (pl. számlázás)• Milyen módon adjuk el?

– rugalmasan kontrollálható jogosultságok (DRM)• Hogyan juttassuk el a felhasználóhoz?

– sávszélesség, QoS– Közvetítő tevékenység (bróker, „pillangó-modell”)

• Hogyan szedjük be a pénzt?– Rugalmasan paraméterezhető tarifa (számlázási rendszer: mérni,

beárazni, kiküldeni, beszedni)– Közvetítői modellben új problémák (ki hitelez, ki vállal árgaranciát)

Trendekalkalmazások, szolgáltatások, technológiák, piac

2015.04.21. 21

Trendek

• Web 2.0 Summit 2010: Mary Meeker (Morgan Stanley), "Internet Trends"

– http://www.youtube.com/watch?v=7yL9yrttESI&playnext=1&list=PL2737D508F656CCF8

– http://assets.en.oreilly.com/1/event/39/Internet%20Trends%20Presentation.pdf

• Web 2.0 Summit 2010: Mark Zuckerberg (Facebook), "A Conversation with Mark Zuckerberg"

– http://www.youtube.com/watch?v=Czw-dtTP6oU

• Web 2.0 Summit 2010: Toni Schneider (Automattic), "Point of Control: You"

– http://www.youtube.com/watch?v=15TP8QvtG9M

– http://assets.en.oreilly.com/1/event/39/Point%20of%20Control_%20You%20Presentation.ppt

2015.04.21. 22

2015.04.21. 23

2015.04.21. 24

2015.04.21. 25

2015.04.21. 26

2015.04.21. 27

2015.04.21. 28

2015.04.21. 29

2015.04.21. 30

2015.04.21. 31

2015.04.21. 32

2015.04.21. 33

2015.04.21. 34

The Web Is Dead. Long Live the InternetBy Chris Anderson and Michael Wolff August 17, 2010 |9:00 am |Wired September 2010

2015.04.21. 35

http://www.economist.com/news/economic-indicators/21567367-internet-traffic

2015.04.21. 36

http://www.nextnature.net/2012/03/internet-traffic-is-now-51-non-human/

2015.04.21. 37

Alkalmazás-trendek

• Kerry Bailey, chief marketing officer, Verizon Business – Enterprise Social Networking– Aiming for the ‘Clouds’– 360º Security– Mobilizing the Workforce: From Telework to Telepresence– Borderless Business– High IQ Networks Fueling a Smart Economy– The Focus Will Be on Green– Seeing is Believing– More Wireless Apps, Especially Machine to Machine– 20/20 Vision

2015.04.21. 38

Alkalmazás-trendek

• Top 10 Internet Trends and Predictions for 2011 - Ti ps from your Green Web Hosting provider

– Local Social media (Foursquare or Tripit)– Mobile - the Next Frontier for Brand Engagement – mCommerce – Blogging, Content Publishing and Distribution – iPhone Apps– Real Time– Video Search

2015.04.21. 39

Trendek – rövid távon

• Felhasználói oldal– mobil Internet gyors felfutása– alkalmazások– végkészülék platformja

• Hálózati szegmensek– otthoni: technológiai sokszínűség– hozzáférési: sávszélesség, mobilitás– aggregációs: sávszélesség– nagyvárosi : sávszélesség– gerinc: BE és minőségi IP forgalmak szétválasztása

• Általános– PSTN és SDH életciklus vége– növekvő komplexitás -> menedzselhetőség– üzemeltetési költségek ->„zöld” szempontok (energiahatékonyság)– e2e QoS?– IPv6

TrendekForgalmak, végkészülékek, előfizetők

2015.04.21. 41

Forgalmak, végkészülékek, előfizetők

• Cisco előrejelzés (Cisco Visual Networking Index: Global Mobile Data Traffic Forecast Update, 2010–2015 , February 1, 2011)

– 2010-ben a mobil forgalom növekedése 2.6-szeres volt és a következő három évben megtriplázódik

– a 2010-es mobil adatforgalom háromszorosa volt a 2000-es teljes Internet-forgalomnak

– 2011-ben a mobil video forgalom a mobil adatforgalom fele volt (2010: 49.8% 2011: 52.8%)

– a mobil adat felhasználók 1%-a a forgalom több mint 20%-át 10%-a mintegy 60%-át generálta (vezetékes adatfelhasználókhoz hasonló arányok)

– Előrejlezések 2015-re• 26-szoros növekedés 2010-15 között• 2015-ben 7.1 milliárd mobil csatlakoztatású ezsköz (népesség 7.2 milliárd)• 2015-re a mobil adatforgalom kétharmada video lesz• A mobil csatlakoztatású tabletek által generált össz adatforgalom 2015-ben

annyi lesz, mint a mobil össz adatforgalom 2010-ben

2015.04.21. 42

A mobil adatforgalom növekedése

CAGR: compound annual growth rate(összesített éves növekedés ütem)

2015.04.21. 43

Mobil alkalmazások forgalmi arány

2015.04.21. 44

Mobil végkészülékek

2015.04.21. 45

Eszközök fejlődése: forgalomtöbbszörözés

2015.04.21. 46

Végkészülékek generált forgalma

2015.04.21. 47

Mobil Internet: helyettesítő szolgáltatás

Tipikus okok: fix és mobil hasonló tarifák, vagy hiányzó vezetékes hozzáférési infrastruktúra (a csak mobilon csatlakozó felhasználók növekedése 25-szörös lesz 2010-15 között

2015.04.21. 48

Mobil Internet: Internet of Things

2015.04.21. 49

Elterjedtség (az elektromos hálózat határain túl)

Sárga: a mobil előfizetők száma meghaladja a elektromos hálózattal elért lakosság számát

Trendeka hálózat

2015.04.21. 51

A hálózat

• NGN definíciók• Az Internet architktúrája• Az NGN architektúra meghatározó jellemzői

2015.04.21. 52

Újgenerációs hálózatok - definíció

• Next Generation Networks• A nyilvános távbeszélő hálózat (PSTN) és a nyilvános

adathálózat (PSDN) összenövéséből kialakuló sokszolgáltatású hálózatot értik rajta

2015.04.21. 53

Újgenerációs hálózatok - szolgáltatások

• Minden szolgáltatást támogató hálózat a szolgáltatók és a felhasználók számára is (teljes szolgáltatású hálózat ):– távbeszélő és más hagyományos szolgáltatások (beleértve az

Internet-hozzáférést is)– adatszolgáltatások (beleértve a nagysebességű Internet-

hozzáférést és annak alkalmazásait is)– videoszolgáltatások (streaming és igény szerinti

videoszolgáltatás – Videon on Demand, VoD)– digitális televízió műsorszétosztás, multimédia

2015.04.21. 54

Újgenerációs hálózatok - szolgáltatások

• ... (teljes szolgáltatású hálózat ):– mobilitás, vándorlás, együttműködés a hagyományos

szolgáltatásokkal– emberi és gépi felhasználók számára

2015.04.21. 55

Újgenerációs hálózatok - jellemzők

• Általános hálózati és műszaki jellemzők:– csomag alapú transzport (IP, MPLS, ATM, Ethernet)– intelligens hálózatok és szolgáltatások– IP réteg dominanciája a menedzselésben– Elosztott, transzport-, hálózatelem-, session- és

szolgáltatásfüggetlen vezérlés– Jól definiált (szabványos) IP-barát protokollok

2015.04.21. 56

A mai Internet architektúrája

KKV-k EU-s kutatási programokban 56Dr. Szabó Csaba Attila, Híradástechnikai Tanszék Budapesti M űszaki és Gazdaságtudományi Egyetem

Search Engine 2

SearchEngine 1

ContentServer 1 Content

Server 2 User B

User A

R1 R2 R3

R4R5

1 A tartalmak felderítésea keresőmotorok által

2 A tartalom felderítése a felhasználók által

3 A kiválasztott tartalom letöltése

2015.04.21. 57

OXC IPv6Diffserv

Resonant Communication Network

Felhasználó

Home GW

GMPLS

tűzfal

ENUMSIP

Gerinchálózat

nagysebesség ű, nagy kapacitású, QoS

PresenceMobile IP

Discoveryvégponttól végpontig

MPLS

CWDMFWA

B-PONGE-PON

DNS

Hozzáférésihálózat

Szolgáltatás/hálózatvezérlési platform

Biztonság

NTT NGN koncepció -RENAResonant Communication Network Architecture (NTT koncepció)

azonosításIPSec

titkosítás

2015.04.21. 58

Szabványosítási területek

Gerinchálózat

Intelligens otthonalkalmazások

Közösségiegyüttm űködés

Tartalomterjesztése

Keresőgép Web

Másik hálózat

Szolgáltatás/hálózatvezérlési platform

Csomópontok közti IF

�Vezérlési protokoll a a többrétegű átvitelhez (GMPLS alapú)

Hálózatok közötti IF

�Vezérlési protokoll a többrétegű átvitelhez

Hálózat-PF IF

�Hálózat-PF együttműködés biztonsági okokból (SIP, MIDCOM)� Hálózat-PF együttműködés QoS (SIP)biztosítására

Terminal-PF IF�Biztonság többszörös SIP esetén(SIP)�Végpont-végpont biztonság/QoS�Véberendezések távoli karbantartása

Hálózati végz ődések köztiIF

�QoS biztosítása (RTCP)�Távvezérelt szolgáltatások

Hozzáférési hálózati IF

�Optikai hozzáférés IF (B-PON, GE-PON) (ITU-T G983, IEEE802.3ahEFM)

Hálózati szoftverarchitektúra�Funkcionális architektúra hálózati szoftverfunkciók rugalmas implementálásához�Inter-OSS IF belső és külső OSS-ek közötti együttműködés támogatására

Home GW

GW: gatewayIF: interfacePF: platform

Home GW

2015.04.21. 59

Home Gateway

Remote control

���

Session controlAuthentication

Home GW

Felhasználói hálózat

Home GW firmware

Remote maintenance center

• A Home GW funkciók az NGN részét képezik és egy önál ló hálózatelemben vagy egy szélessávú routerben, PC, v agyháztartási készülékben vannak implementálva.• Home GW firmware letölthet ő a szolgáltatótól.• A megfelel ő versenyfeltételek biztosítása érdekében a home GW körüli interfészeket megfelel ően szabványosítani kell.

Service/network control platform

RENA-based network

2015.04.21. 60

Edge node Core node Core

node

IP network

WavelengthOptical/TDM network

ISP

Ether network

ATM network

Ether network

ATM network

Optical/TDM networkOIX

GMPLS GMPLS GMPLS

Multilayer pass-through network architecture

Control protocol

Optikai hálózat

Edge node

- GMPLS alapú

- Maximálisan kihasznált L1szint ű tranzitálás

• Többször tíz Tbit/s-os átvitel szükséges az NGN-ben.• Új gerinchálózati arcgitektúrát kell kialakítani és

szabványosíani.• Egy lehetsége megoldás a többréteg ű tranzitálás (NTT

“multilayer pass-through network architecture”)

2015.04.21. 61

Future Internet: egy lényeges vonatkozástartalom-felderítés és kézbesítés

• Dinamikus cache-elés (dynamic cashing)• Tartalom-azonosítás (content indentification)• A hálózati topológiáról és forgalmi viszonyokról szóló

ismeretek felhasználása• Tartalomcentrikus szállítás• Dinamikus tartalom-adaptáció

KKV-k EU-s kutatási programokban 61Dr. Szabó Csaba Attila, Híradástechnikai Tanszék Budapesti M űszaki és Gazdaságtudományi Egyetem

2015.04.21. 62

A Future Media Internet architektúrája

KKV-k EU-s kutatási programokban 62Dr. Szabó Csaba Attila, Híradástechnikai Tanszék Budapesti M űszaki és Gazdaságtudományi Egyetem

2015.04.21. 63

NGN architektúra - alapelvek

• egységes gerinchálózat,• Három gerinc réteg: transzport,

vezérlés és szolgáltatás, • csomag alapú transzport,• nyílt, szabványos IF-ek a rétegek

között,• sokféle szolgáltatás és

alkalmazás támogatásatranszport sík

(csomagalapú)

vezérlési sík

szolgáltatási sík(hál. szolg. és harmadik oldal)

NGN tartomány

gerinc-hálózat

kapcsolódikaz

NGN-hez

Nyílt, szabványosinterfészek

különböz ő hozzáférés

végberendezések

Nyílt, szabványosinterfészek

2015.04.21. 64

API

Általános alkalmazások

Szolgáltató alkalmazásai

Harmadik oldal alkalmazásai

Hálózati szoftverplatform

Alkalm azások

Nyílt API a hálózati szoftverek számára���� új szolgáltatások hatékony fejlesztése���� harmadik oldal alkalamzásainak felhasználása���� ruglamas üzleti megközelítések

A hálózati szoftver architektúrája���� rugalams platform -funkciók���� gyártó-független rendszer

Hálózati szoftver

2015.04.21. 65

NGN hálózati kép

IP BasedPBX

IP Phone, Web Phone

Mobil

Vezetékesencsatlakozófelhasználók

Tartalom-szolgáltatók

PSTN(áramkörkapcsolt)

Lakás /családi Üzleti

InternetIP Network

CorporateIntranet

Tartalom-tszolgáltatók

2Ghozzáférés 3G

UTRAN

GSM

Optikai technológiák(WDM, DWDM)

xDSLWLL

ATM

FTTx

ATM

Unified Messaging

E-Business

AAA Policy Security Mobility Session

Hálózati szolgáltatásokNyílt API-k

NGN alkalmazások

2015.04.21. 66

NGN architektúra ITU-T szerint

NGN fő jellemzői:

Csomagalapú hálózat

Szolgáltatási és transzport

réteg egymástól független

QoS képes átvitel

Több féle szélessávú elérés

Mobilitás támogatott

UNI User Network Interface; NNI Network Network Interface; ANI Application Network Interface66

2015.04.21. 67

NGN hálózatok felépítése ITU-T példa

Access Independent

(CoreTransport)

Network

Service/Network Control Platform

Application

Multi-layer Service Edge

PresenceQoS/Traffic Control

RADIUS

SIP

SingleSign-On Server

AccountingMulti-point

video-conference

HomeAgent

CertificationAuthority

NWdefense

HGWmanagement

ONUONU

Service Node

ADSL modem

Core Node

MCWDMDSLAM

MC

MC

MC

Distribution Function

BusinessUser

HGW

OLT

V-ONU

HE

V-OLT

Visual System

Mass User

OtherNetwork

GWPSTN

Community CollaborationCommunity Collaboration ContentsContents CommerceCommerce

Ubiquitous Network

UserNetwork

Access

DependentNetwork

BS

RMC

MSC

Transportstratum

Servicestratum

GW

GW

Wireline AccessRAN HE: Head endMSC: Mobile Switching

Center RMC: Radio Media

ConverterBS: Base StationDSLAM: Digital Subscriber

Access ModuleOLT: Optical Line TerminalONU: Optical Network UnitMC: Media Converter

NNI

UNI

2015.04.21. 68

TRENDEK 2015

2015.04.21. 69

Forgalmi komponensek

2015.04.21. 70

Forrás: Cisco

Forgalmi komponensek

2015.04.21. 71