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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

Andreas Ißleiber, Gesellschaft für wissenschaftliche Datenverarbeitung Göttingen, eMail: [email protected]

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


xDSL-Technologie:


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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


xDSL Technologien:


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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


HDSL und SDSL:


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(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


ADSL-Technik:


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(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


VDSL-Technik:


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Überblick:Überblick:


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


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


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)


- 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

Andreas Ißleiber, Gesellschaft für wissenschaftliche Datenverarbeitung Göttingen, eMail: aisslei@gwdgde

eMail: [email protected]


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