Kompletní průvodce GSM: Vše, co potřebujete vědět

Přemýšleli jste někdy, jak vás váš mobilní telefon zázračně spojí s lidmi na míle daleko? Dávno před superrychlým internetem, který používáme dnes, existovala průlomová technologie, která to všechno odstartovala. Tato technologie pomohla miliardám lidí mluvit a posílat si textové zprávy po celém světě. Mluvíme o GSM. Ale co je GSM ve skutečnosti a proč byl tak důležitý?

Připravte se objevit jednoduchý příběh za technologií, která vybudovala základy pro mobilní svět, jaký známe dnes! Tento průvodce vás provede vším, co potřebujete o GSM snadno pochopit.

Vektory mapy světa od Vecteezy

Co je to GSM?

GSM znamená Globální systém pro mobilní komunikace (Global System for Mobile Communications). V podstatě jde o digitální standard, sadu pravidel a technologií, které mobilní telefony a sítě používají k vzájemné komunikaci. Jeho klíčové vlastnosti jsou:

• Digitální: Na rozdíl od starších analogových systémů (jako fuzzy rádio) používá GSM digitální signály. To znamená jasnější hovory a méně šumu.

• Hovory a textové zprávy: GSM byl primárně navržen pro hlasové hovory a jednoduché textové zprávy (SMS - Short Message Service).

• SIM karty: Jednou z nejznámějších funkcí GSM je SIM (Subscriber Identity Module) karta. Tento malý čip ukládá informace o vašem účtu. SIM kartu můžete vložit do různých GSM telefonů a vaše číslo a tarifní plán se s ní přesunou.

• Globální standard: Stal se nejrozšířenějším mobilním standardem na světě, používaným v Evropě, Asii, Africe a mnoha dalších regionech.

Představte si rušnou dálnici. Jak na ni vměstnáte spoustu aut, aniž by se srazila? GSM používá systém nazvaný TDMA (Time Division Multiple Access - Vícenásobný přístup s časovým dělením). Představte si rádiovou frekvenci (dálnici) dostupnou pro síť. TDMA tuto frekvenci dělí na malé časové sloty. Každý telefonní hovor dostane svůj malý kousek času na této frekvenci „mluvit“. Děje se to tak rychle, že vám to zní jako nepřetržitý rozhovor. Je to jako by si mnoho lidí rychle střídalo v mluvení na stejném rádiovém kanálu.

GSM také pracuje na specifických frekvenčních pásmech, která jsou jako vyhrazené rádiové kanály přidělené vládami pro mobilní použití. Běžná GSM pásma zahrnují 900 MHz a 1800 MHz v mnoha částech světa a 850 MHz a 1900 MHz především v Amerikách. Váš telefon musí podporovat pásma používaná ve vaší oblasti nebo v oblasti, kam cestujete.

 

Evoluce GSM

Mobilní telefony nebyly vždy tak chytré a připojené jako dnes. GSM sehrál obrovskou roli v tom, abychom se sem dostali. Pojďme se podívat na jeho cestu.

Vektory smartphonů od Vecteezy
 

Rané mobilní sítě

Před GSM, v 80. letech, existovala v Evropě směs různých analogových mobilních telefonních systémů (často nazývaných 1G, neboli První generace). Telefon z jedné země by nefungoval v jiné. Hovory nebyly příliš jasné a zabezpečení bylo slabé. Bylo to všechno matoucí a omezené.

Evropské země si uvědomily, že potřebují jednotný standard, aby zlepšily mobilní komunikaci a umožnily lidem používat telefony přes hranice. Proto se zrodil GSM – k vytvoření Globálního systému, který by mohl používat každý. Byl od začátku navržen jako digitální, nabízející lepší kvalitu a zabezpečení.

Klíčové milníky (2G, GPRS, EDGE a UMTS)

• GSM (2G - Druhá generace): Toto je původní standard, o kterém jsme mluvili. Byl spuštěn na počátku 90. let a zaměřoval se na digitální hlasové hovory a SMS textové zprávy. Byl to obrovský pokrok oproti 1G.

• GPRS (General Packet Radio Service): Často nazývaný „2.5G“, GPRS byl vylepšením GSM sítí. Umožňoval „stále zapnuté“ datové spojení, ačkoli rychlosti byly poměrně pomalé (představte si velmi základní mobilní prohlížení webu nebo e-mail).

• EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution): Další vylepšení, někdy nazývané „2.75G“. EDGE nabízel rychlejší datové rychlosti než GPRS, čímž se mobilní internet stal o něco použitelnějším, ale stále mnohem pomalejším než to, co máme nyní.

• UMTS (Universal Mobile Telecommunications System): To znamenalo začátek 3G (Třetí generace). Ačkoli se technicky jednalo o jiný technologický systém, UMTS byl navržen jako evoluční cesta od GSM. Nabízel mnohem rychlejší datové rychlosti, umožňující videohovory a lepší mobilní internet. Mnoho 3G sítí bylo postaveno na základní infrastruktuře vytvořené GSM.

Pochopení toho, co je GSM, nám pomáhá ocenit, jak tyto pozdější technologie stavěly na jeho úspěchu.

 

Přechod od GSM k moderním sítím (4G LTE a 5G)

Jak rostla naše potřeba dat – pro streamování, aplikace, sociální média a další – ani 3G už nebyla dost rychlá. To vedlo k vývoji 4G LTE (Long-Term Evolution) a nyní 5G (Pátá generace) sítí. Tyto technologie se výrazně liší od GSM, používají pokročilejší techniky (jako OFDMA, o kterém se mluví později) k poskytování neuvěřitelně rychlých rychlostí a podpoře mnohem více připojených zařízení současně.

Jak se mobilní sítě vyvíjely od GSM k výkonným technologiím 4G LTE a 5G, změnil se i způsob, jakým se připojujeme. eSIM (vestavěná SIM) představuje další milník v této evoluci, eliminující potřebu fyzických SIM karet a nabízející hladší, rychlejší a flexibilnější způsob, jak zůstat ve spojení. Stejně jako GSM položil základy mobilní komunikace, eSIM utváří budoucnost.

Vektory analogových zařízení od Vecteezy
 

Jak jsou strukturovány GSM sítě

GSM síť není jen váš telefon a mobilní vysílač. Je to komplexní systém s několika klíčovými částmi, které spolupracují. Pojďme si to jednoduše rozdělit:

• Mobilní zařízení (Mobile Station - MS): Toto je váš telefon, tablet nebo jakékoli zařízení, které se připojuje k síti. Klíčovou součástí je zde SIM karta, která vás (předplatitele) identifikuje v síti. Bez platné SIM karty může váš telefon obvykle volat pouze na nouzové linky.

• Subsystém základnových stanic (Base Station Subsystem - BSS): Tato část bezdrátově připojuje váš telefon k hlavní síti. Má dvě hlavní součásti:

  • Základnová vysílací stanice (Base Transceiver Station - BTS): To jsou mobilní vysílače, které vidíte všude. Obsahují rádia a antény, které vysílají a přijímají signály přímo z vašeho telefonu a do něj. Každý vysílač pokrývá specifickou oblast nazývanou „buňka“.
  • Řadič základnové stanice (Base Station Controller - BSC): Představte si ho jako manažera pro několik mobilních vysílačů (BTS). Řídí věci jako alokace kanálů (přiřazování frekvencí a časových slotů) a „předávání“ – kdy se váš telefon plynule přepíná z jednoho vysílače na druhý, když se pohybujete, aniž by došlo k přerušení hovoru.

• Subsystém přepínání sítě (Network Switching Subsystem - NSS): Toto je „mozek“ nebo jádro GSM sítě. Řídí hovory, zprávy a sleduje uživatele. Klíčové části zahrnují:

  • Centrála mobilního přepínání (Mobile Switching Center - MSC): Centrální koordinační prvek. Směruje hovory na správné místo (ať už na jiný mobilní telefon nebo do běžné pevné telefonní sítě), zpracovává zprávy (SMS) a komunikuje s databázemi k ověření informací o předplatiteli.
  • Domovský registrační uzel (Home Location Register - HLR): Velká databáze, která trvale ukládá informace o každém předplatiteli daného síťového operátora, včetně jeho služeb, oprávnění a obecné polohy.
  • Návštěvnický registrační uzel (Visitor Location Register - VLR): Dočasná databáze spojená s MSC. Když cestujete do oblasti pokryté konkrétním MSC, VLR si uloží dočasnou kopii vašich informací z HLR. To pomáhá MSC zpracovávat vaše hovory lokálně, aniž by neustále kontrolovalo hlavní HLR.

• Subsystém provozu a podpory (Operation and Support Subsystem - OSS): Toto je zákulisní část, která spravuje celou síť. Řídí monitorování sítě (zajištění, že vše funguje), údržbu, aktualizace softwaru, konfiguraci sítě, detekci závad a správu zabezpečení. Zajišťuje, že síť běží hladce a spolehlivě.

Takže, když voláte, váš telefon (MS) komunikuje s nejbližším mobilním vysílačem (BTS), který je spravován BSC. BSC se připojuje k MSC v NSS. MSC kontroluje VLR/HLR k ověření vašeho předplatného a poté směruje váš hovor na cílové místo, ať už je to jiný mobilní uživatel (procházející jejich síťovými částmi) nebo někdo na pevné lince.

 

Vlastnosti a výhody GSM

GSM se stal tak populárním z několika dobrých důvodů. Zde jsou některé z jeho hlavních výhod:

• Mezinárodní roaming: To byl možná největší prodejní argument GSM. Protože mnoho zemí přijalo standard GSM, operátoři sítě mohli uzavírat dohody, které umožňovaly jejich zákazníkům používat telefony v jiných GSM sítích při cestování do zahraničí. To výrazně usnadnilo mezinárodní cestování mobilním uživatelům.

• Flexibilita SIM karty: Malá, vyjímatelná SIM karta byla geniální nápad. Ukládá vaše jedinečné informace o předplatiteli. To znamená, že můžete snadno přepnout své telefonní číslo a tarifní plán na nový GSM telefon jednoduše přesunutím SIM karty. Nebyli jste vázáni na konkrétní zařízení jako u některých jiných systémů.

• Zabezpečená komunikace (na svou dobu): Ve srovnání se staršími analogovými systémy nabízel GSM lepší zabezpečení. Používal digitální šifrování k zakódování hovorů, což ztěžovalo příležitostným odposlouchávačům poslouchat. I když podle dnešních standardů není dokonalý, byl to významný krok vpřed.

• Široké rozšíření: GSM dosáhl obrovského globálního měřítka. Stal se dominantním standardem v Evropě, Asii, Africe a Oceánii a byl také široce používán v Amerikách. Tato obrovská uživatelská základna vytvořila úspory z rozsahu, díky čemuž byly telefony a síťové vybavení levnější a dostupnější.

• Kompatibilita s ranými IoT zařízeními: Jednoduchost a široké pokrytí GSM (zejména s GPRS pro základní data) jej učinily vhodným pro ranou komunikaci mezi stroji (M2M) a zařízení internetu věcí (IoT). Přemýšlejte o věcech jako chytré měřiče posílající údaje, prodejní automaty hlásící zásoby nebo základní systémy sledování vozidel.

Foto od Andrey Metelev na Unsplash

 

GSM vs. CDMA vs. LTE: Klíčové rozdíly

GSM nebyl jedinou mobilní technologií. V některých částech světa, zejména v Severní Americe a částech Asie, byla populární i jiná technologie 2G/3G nazývaná CDMA. A dnes jsou LTE (4G) a 5G dominantními standardy. Zde je jednoduché srovnání:

 

Zabezpečení v GSM

Když byl GSM navržen na konci 80. let, zabezpečení bylo zohledněno, zejména ve srovnání se snadno skenovatelnými analogovými sítěmi.

GSM zavedl šifrování na ochranu hlasových hovorů. Hlavní používané algoritmy byly A5/1 a později A5/2. Tyto algoritmy zakódovaly konverzaci mezi telefonem a mobilním vysílačem, což ztěžovalo náhodným odposlouchávačům poslouchat. Byly také použity autentizační procesy k ověření SIM karty v síti, což pomáhalo zabránit klonování (i když ne dokonale).

Zranitelnosti a bezpečnostní obavy

Ačkoli se jednalo o zlepšení, zabezpečení GSM nebylo neprůstřelné, zejména podle moderních standardů.

• Slabé šifrování: Bylo zjištěno, že algoritmus A5/1 má později slabiny, které by mohly být potenciálně prolomeny s dostatečným výpočetním výkonem. A5/2 byl ještě slabší a byl záměrně navržen tak, aby byl snadno prolamitelný vládami.

• Spojení vysílač-síť: Šifrování se často vztahovalo pouze na spojení mezi telefonem a mobilním vysílačem (BTS). Spojení z vysílače zpět do jádra sítě nebylo vždy šifrováno, což vytvářelo potenciální slabé místo.

• Zachytávače IMSI: Zařízení známá jako „zachytávače IMSI“ nebo „Stingrays“ se mohou vydávat za legitimní mobilní vysílače a oklamat telefony, aby se k nim připojily. To útočníkům umožňuje odposlouchávat hovory/texty nebo sledovat polohu uživatele.

• Nedostatek vzájemné autentizace (v původní specifikaci): Zpočátku síť autentizovala pouze telefon/SIM. Telefon síť vždy neautentizoval, což jej činilo zranitelným vůči útokům falešných vysílačů.

Jsou moderní GSM sítě chráněny?

Je důležité si pamatovat, že GSM samotný je stará technologie. I když některé základní služby GSM mohou stále fungovat, většina hlasového a datového provozu dnes probíhá přes sítě 3G, 4G (LTE) a 5G. Tyto novější standardy mají mnohem silnější bezpečnostní funkce:

• Silnější šifrování: V 4G/5G se používají algoritmy jako AES, které jsou mnohem robustnější.

• Vzájemná autentizace: Zařízení i síť se vzájemně autentizují, což ztěžuje útoky falešných vysílačů.

• Komplexní zabezpečení (End-to-End): Vynakládají se snahy o další zabezpečení komunikace hlouběji do jádra sítě.

• Pravidelné aktualizace: Bezpečnostní protokoly jsou průběžně revidovány a aktualizovány.

Takže, zatímco GSM mělo známé bezpečnostní nedostatky, sítě, které většina lidí denně používá (4G/5G), nabízejí mnohem lepší ochranu.

 

Omezení GSM

Navzdory svému úspěchu měl GSM své nevýhody, zejména s postupem technologie:

• Problémy s rušením: Jelikož jsou GSM signály založeny na rádiových vlnách, mohou být ovlivněny fyzickými překážkami, jako jsou budovy, kopce nebo dokonce špatné počasí. To mohlo vést k přerušení hovorů nebo špatné kvalitě signálu v určitých oblastech. Elektromagnetické rušení od jiných zařízení také někdy mohlo způsobovat problémy.

• Omezené datové rychlosti: Toto je největší omezení GSM podle dnešních standardů. I když vylepšení GPRS a EDGE přidala datové možnosti, rychlosti byly velmi pomalé ve srovnání s 3G, natož s 4G nebo 5G. Streamování videa nebo používání složitých aplikací prostě nebylo na čistém 2G GSM připojení možné. Pochopení toho, co GSM v podstatě znamená, uznává, že byl primárně postaven pro hlas, data až na druhém místě.

• Potřeba opakovačů v oblastech se slabým signálem: V oblastech s nedostatečným přirozeným pokrytím (například hluboko uvnitř velkých budov nebo ve vzdálených venkovských lokalitách) bylo často potřeba zesilovačů signálu nebo opakovačů k zesílení GSM signálu a zajištění použitelnosti služby. To přidávalo složitost a náklady na zajištění pokrytí všude.

• Kapacitní limity: Struktura TDMA, i když chytrá, měla omezení na to, kolik uživatelů mohlo sdílet frekvenci v dané oblasti. Na velmi hustě osídlených místech se síť mohla někdy během špičky přetížit.

Tato omezení vedla k potřebě evoluce na 3G, 4G a 5G, které byly navrženy k překonání těchto problémů, zejména co se týče rychlosti dat a kapacity.

 

GSM v USA a globální použití

Historicky v USA byly primárními GSM operátory AT&T a T-Mobile. To se však rychle mění. Oba operátoři, stejně jako ostatní po celém světě, jsou v procesu vypínání svých starších 2G (GSM) a 3G sítí. Potřebují rádiové frekvenční spektrum (spektrum) používané těmito staršími technologiemi k výstavbě svých rychlejších a účinnějších 4G LTE a 5G sítí. Zatímco nějaká minimální schopnost GSM může dočasně zůstat pro specifické použití M2M/IoT nebo roamingové dohody, aktivní spotřebitelské použití mizí. Nejlepší je předpokládat, že spotřebitelsky zaměřené GSM sítě jsou v USA fakticky pryč nebo velmi brzy zmizí.

Situace v USA odráží globální trend. Země v Evropě, Asii a Austrálii také aktivně vypínají své 2G a 3G sítě. Časový harmonogram se liší podle země a operátora, někteří již vypnutí dokončili a jiní je plánují na několik příštích let.

Důvody jsou konzistentní: získat zpět cenné spektrum pro 4G/5G, snížit náklady na údržbu starých sítí a povzbudit uživatele k přechodu na modernější a účinnější technologie.

Pro většinu lidí používajících chytré telefony vyrobené za posledních 5-7 let toto vypnutí pravděpodobně nebude mít přímý dopad. Moderní telefony primárně používají 4G LTE a 5G. Nicméně, pokud dojde k vypnutí GSM sítí, musíte udělat následující:
:

• Zkontrolujte svůj telefon: Pokud máte velmi starý telefon (základní “hloupý” telefon, třeba starší než 10 let), může podporovat pouze 2G/3G. Jakmile budou tyto sítě ve vaší oblasti vypnuty, tento telefon ztratí službu (kromě potenciálně nouzových volání). Budete muset přejít na telefon, který podporuje 4G LTE (a ideálně VoLTE – Hlas přes LTE) nebo 5G.

• Zkontrolujte IoT zařízení: Některá starší zařízení chytré domácnosti, alarmové systémy nebo sledovače vozidel se mohou spoléhat na sítě 2G/3G. Uživatelé těchto zařízení by si měli ověřit u poskytovatele služeb nebo výrobce možnosti upgradu nebo potenciální ztráty služby.

• Cestovatelé: Ačkoli mezinárodní roaming byl silnou stránkou GSM, s postupným vypínáním sítí po celém světě se spoléhání pouze na 2G/3G pro roaming stává méně životaschopným. Moderní telefony podporující více 4G/5G pásem jsou nezbytné pro spolehlivé mezinárodní připojení.

Foto od Christopher na Unsplash

 

Upgrade z GSM do budoucnosti s Yoho Mobile eSIM!

Stejně jako GSM změnil mobilní komunikaci, eSIM od Yoho Mobile ji posouvá na další úroveň. Zapomeňte na shánění místních SIM karet nebo starosti s kompatibilitou se zastaralými sítěmi. Yoho Mobile nabízí bezproblémové připojení pomocí moderních 4G a 5G sítí po celém světě, vše prostřednictvím pohodlí eSIM. Žádné fyzické výměny SIM karet – jen okamžité, globální připojení, kamkoli jdete.

• Použijte kód YOHO12 při platbě pro slevu 12%!