Teljes útmutató a GSM-hez: Minden, amit tudnod kell

Gondolkoztál már azon, hogyan köt össze varázslatosan a mobiltelefonod kilométerekre lévő emberekkel? Jóval a ma használt szupergyors internet előtt volt egy úttörő technológia, ami az egészet elindította. Ez a technológia segített emberek milliárdjainak beszélgetni és üzeneteket küldeni egymásnak szerte a világon. A GSM-ről beszélünk. De mi is valójában a GSM, és miért volt ennyire fontos?

Készülj fel, hogy felfedezd az egyszerű történetet a technológia mögött, amely megalapozta a mai mobilvilágot! Ez az útmutató könnyen érthető kifejezésekkel mutat be mindent, amit a GSM-ről tudnod kell.

Világtérkép Vektorok: Vecteezy

Mi a GSM?

A GSM a Global System for Mobile Communications (Globális Mobilkommunikációs Rendszer) rövidítése. Lényegében egy digitális szabvány, egy szabály- és technológiai készlet, amelyet a mobiltelefonok és hálózatok használnak egymással való kommunikációra. Főbb jellemzői:

• Digitális: A régebbi analóg rendszerekkel ellentétben (mint a zajos rádió), a GSM digitális jeleket használ. Ez tisztább hívásokat és kevesebb statikus zajt jelent.

• Hívások és Üzenetek: A GSM-et elsősorban hanghívásokra és egyszerű szöveges üzenetekre (SMS - Short Message Service) tervezték.

• SIM kártyák: A GSM egyik legismertebb jellemzője a SIM (Subscriber Identity Module) kártya. Ez az apró chip tárolja a fiókadataidat. SIM kártyádat különböző GSM telefonokba helyezheted be, és a számod és a tarifacsomagod veled együtt mozog.

• Globális szabvány: A világon legelterjedtebb mobil szabvánnyá vált, Európában, Ázsiában, Afrikában és sok más régióban is használták.

Képzelj el egy forgalmas autópályát. Hogyan tudsz sok autót elhelyezni rajta úgy, hogy ne ütközzenek? A GSM egy TDMA (Time Division Multiple Access - Időosztásos Többszörös Hozzáférés) nevű rendszert használ. Gondolj a hálózat számára elérhető rádiófrekvenciára (az autópályára). A TDMA ezt a frekvenciát kis időrészekre osztja. Minden telefonhívás saját apró idődarabot kap, hogy ‘beszéljen’ ezen a frekvencián. Olyan gyorsan történik, hogy neked folyamatos beszélgetésnek hangzik. Mintha sok ember gyorsan felváltva beszélne ugyanazon a rádiócsatornán.

A GSM specifikus frekvenciasávokon is működik, amelyek olyan dedikált rádiócsatornák, amelyeket a kormányok jelöltek ki mobil használatra. Gyakori GSM sávok közé tartozik a 900 MHz és 1800 MHz a világ számos részén, valamint a 850 MHz és 1900 MHz főként Amerikában. Telefonodnak támogatnia kell a területeden vagy az utazási célpontodon használt sávokat.

 

A GSM evolúciója

A mobiltelefonok nem mindig voltak olyan okosak vagy kapcsolódottak, mint ma. A GSM óriási szerepet játszott abban, hogy eljussunk ide. Nézzük meg a fejlődését.

Okostelefon Vektorok: Vecteezy
 

Korai mobilhálózatok

A GSM előtt, az 1980-as években, Európában különböző analóg mobiltelefon rendszerek (gyakran 1G-nek, vagy Első Generációnak nevezik) zűrzavara uralkodott. Egyik országból származó telefon nem működött a másikban. A hívások nem voltak túl tiszták, és a biztonság gyenge volt. Minden zavaros és korlátozott volt.

Az európai országok rájöttek, hogy egyetlen, egységes szabványra van szükségük a mobilkommunikáció javításához és annak lehetővé tételéhez, hogy az emberek használhassák telefonjaikat országhatárokon át. Ezért született meg a GSM – hogy létrehozzanak egy Globális Rendszert, amelyet mindenki használhat. Kezdettől fogva digitálisnak tervezték, jobb minőséget és biztonságot kínálva.

Főbb mérföldkövek (2G, GPRS, EDGE és UMTS)

• GSM (2G - Második Generáció): Ez az eredeti szabvány, amiről beszéltünk. Az 1990-es évek elején indult, a digitális hanghívásokra és SMS üzenetekre fókuszált. Óriási előrelépést jelentett az 1G-hez képest.

• GPRS (General Packet Radio Service): Gyakran nevezik “2.5G”-nek, a GPRS a GSM hálózatok továbbfejlesztése volt. Lehetővé tette az “állandóan bekapcsolt” adatkapcsolatot, bár a sebességek meglehetősen lassúak voltak (gondoljunk nagyon alap mobil webböngészésre vagy e-mailre).

• EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution): Egy másik továbbfejlesztés, néha “2.75G”-nek hívják. Az EDGE gyorsabb adatsebességet kínált, mint a GPRS, ami a mobil internetet kicsit használhatóbbá tette, de még mindig sokkal lassabb volt, mint amit ma tapasztalunk.

• UMTS (Universal Mobile Telecommunications System): Ez jelentette a 3G (Harmadik Generáció) kezdetét. Bár technikailag egy másik technológiai rendszer, az UMTS-t úgy tervezték, mint a GSM evolúciós útvonalát. Sokkal gyorsabb adatsebességet kínált, lehetővé téve a videohívásokat és jobb mobil internetet. Sok 3G hálózat a GSM által létrehozott alapvető infrastruktúrára épült.

A GSM megértése segít értékelni, hogyan épültek ezek a későbbi technológiák a sikerére.

 

Átmenet a GSM-ről a modern hálózatokra (4G LTE és 5G)

Mivel az adatok iránti igényünk nőtt – streameléshez, alkalmazásokhoz, közösségi médiához és egyebekhez –, még a 3G sem volt elég gyors. Ez vezetett a 4G LTE (Long-Term Evolution) és most az 5G (Ötödik Generáció) hálózatok fejlesztéséhez. Ezek a technológiák nagymértékben különböznek a GSM-től, fejlettebb technikákat (mint az OFDMA, amiről később beszélünk) használnak hihetetlenül gyors sebességek eléréséhez és sokkal több egyszerre csatlakoztatott eszköz támogatásához.

A mobilhálózatok GSM-ről a nagy teljesítményű 4G LTE és 5G technológiákra való fejlődésével együtt fejlődött a kapcsolódás módja is. Az eSIM (beágyazott SIM) jelenti a következő mérföldkövet ebben az evolúcióban, megszüntetve a fizikai SIM kártyák szükségességét, és simább, gyorsabb, rugalmasabb módot kínálva a kapcsolattartásra. Ahogyan a GSM lefektette a mobilkommunikáció alapjait, az eSIM alakítja a jövőt.

Analóg Vektorok: Vecteezy
 

A GSM hálózatok felépítése

Egy GSM hálózat nem csak a telefonodból és egy adótoronyból áll. Ez egy összetett rendszer, több kulcsfontosságú részből, amelyek együtt dolgoznak. Bontsuk le egyszerűen:

• Mobil Eszközök (Mobile Station - MS): Ez a telefonod, táblagéped vagy bármely olyan eszköz, amely csatlakozik a hálózathoz. A kulcsfontosságú rész itt a SIM kártya, amely azonosít téged (az előfizetőt) a hálózat számára. Érvényes SIM nélkül a telefonod általában csak segélyhívásokat tud indítani.

• Bázisállomás Alrendszer (BSS): Ez a rész kapcsolja vezeték nélkül a telefonodat a fő hálózathoz. Két fő komponensből áll:

• Bázis Adó-Vevő Állomás (BTS): Ezek az adótornyok, amelyeket mindenhol látsz. Tartalmazzák a rádiókat és antennákat, amelyek közvetlenül a telefonodhoz adnak és fogadnak jeleket. Minden torony egy meghatározott területet fed le, amelyet “cellának” hívnak.

• Bázisállomás Vezérlő (BSC): Gondolj erre, mint több adótorony (BTS) menedzserére. Olyan dolgokat vezérel, mint a csatornaelosztás (frekvenciák és időrészek kijelölése) és a “átadások” – amikor a telefonod zökkenőmentesen vált egyik toronyról a másikra, miközben mozogsz, anélkül, hogy a hívás megszakadna.

• Hálózati Kapcsolási Alrendszer (NSS): Ez a GSM hálózat “agya” vagy magja. Kezeli a hívásokat, üzeneteket és nyilvántartja a felhasználókat. Főbb részei:

• Mobil Kapcsolóközpont (MSC): A központi koordináló elem. Útvonalat biztosít a hívásokhoz a megfelelő helyre (legyen az másik mobiltelefon vagy a szokásos vezetékes telefonhálózat), kezeli az üzenetküldési szolgáltatásokat (SMS), és kommunikál adatbázisokkal az előfizetői információk ellenőrzése érdekében.

• Otthoni Helyzetregiszter (HLR): Egy nagy adatbázis, amely véglegesen tárolja az adott hálózati szolgáltató minden előfizetőjének adatait, beleértve a szolgáltatásaikat, engedélyeiket és általános helyzetüket.

• Látogató Helyzetregiszter (VLR): Egy ideiglenes adatbázis, amely egy MSC-hez kapcsolódik. Amikor egy adott MSC által lefedett területre utazol, a VLR tárolja adataid ideiglenes másolatát a HLR-ből. Ez segít az MSC-nek helyben kezelni a hívásaidat anélkül, hogy folyamatosan ellenőrizné a fő HLR-t.

• Működtetési és Támogatási Alrendszer (OSS): Ez a háttérben lévő rész, amely a teljes hálózatot kezeli. Kezeli a hálózat felügyeletét (biztosítja, hogy minden működik), karbantartást, szoftverfrissítéseket, hálózati konfigurációt, hibafelismerést és biztonsági menedzsmentet. Biztosítja, hogy a hálózat zökkenőmentesen és megbízhatóan működjön.

Tehát, amikor hívást indítasz, a telefonod (MS) beszél a legközelebbi adótoronnyal (BTS), amelyet egy BSC kezel. A BSC csatlakozik az MSC-hez az NSS-ben. Az MSC ellenőrzi a VLR/HLR-t, hogy ellenőrizze az előfizetésedet, majd továbbítja a hívásodat a célállomásra, legyen az egy másik mobil felhasználó (az ő hálózati részein keresztül) vagy valaki vezetékes telefonon.

 

A GSM jellemzői és előnyei

A GSM több jó okból is olyan népszerűvé vált. Íme néhány fő előnye:

• Nemzetközi Roaming: Ez volt talán a GSM legnagyobb vonzereje. Mivel oly sok ország fogadta el a GSM szabványt, a hálózati szolgáltatók megállapodásokat köthettek, lehetővé téve ügyfeleik számára, hogy utazás közben más GSM hálózatokon használják telefonjaikat külföldön. Ez sokkal könnyebbé tette a nemzetközi utazást a mobilhasználók számára.

• SIM kártya rugalmasság: Az apró, eltávolítható SIM kártya zseniális ötlet volt. Tárolja egyedi előfizetői adataidat. Ez azt jelenti, hogy könnyedén átviheted telefonszámodat és tarifacsomagodat egy új GSM telefonra egyszerűen a SIM kártya áthelyezésével. Nem voltál egy adott eszközhöz kötve, mint néhány más rendszerben.

• Biztonságos kommunikáció (a korához képest): A régebbi analóg rendszerekhez képest a GSM javított biztonságot kínált. Digitális titkosítást használt a hívások kódolására, megnehezítve az alkalmi lehallgatók számára a belenyomozást. Bár mai szemmel nem tökéletes, jelentős előrelépést jelentett.

• Széleskörű elterjedtség: A GSM hatalmas globális méreteket ért el. Domináns szabvánnyá vált Európában, Ázsiában, Afrikában és Óceániában, és széles körben használták Amerikában is. Ez a hatalmas felhasználói bázis méretgazdaságosságot teremtett, olcsóbbá és elérhetőbbé téve a telefonokat és a hálózati berendezéseket.

• Kompatibilitás a korai IoT eszközökkel: A GSM egyszerűsége és széles lefedettsége (különösen a GPRS-szel az alapvető adatokhoz) alkalmassá tette a korai M2M (Machine-to-Machine) kommunikációra és a dolgok internete (IoT) eszközeire. Gondoljunk olyan dolgokra, mint az okos mérők, amelyek küldik az adatokat, az automaták, amelyek jelentik a készletet, vagy az alapvető járműkövető rendszerek.

Fotó: Andrey Metelev a Unsplash oldalon

 

GSM vs. CDMA vs. LTE: Főbb különbségek

A GSM nem volt az egyetlen mobiltechnológia odakint. A világ bizonyos részein, különösen Észak-Amerikában és Ázsia egyes részein, egy másik 2G/3G technológia, a CDMA is népszerű volt. Ma pedig az LTE (4G) és az 5G a domináns szabványok. Íme egy egyszerű összehasonlítás:

 

Biztonság a GSM-ben

Amikor a GSM-et az 1980-as évek végén tervezték, a biztonság szempont volt, különösen a könnyen szkennelhető analóg hálózatokhoz képest.

A GSM titkosítást vezetett be a hanghívások védelmére. A fő használt algoritmusok az A5/1 és később az A5/2 voltak. Ezek az algoritmusok kódolták a telefon és az adótorony közötti beszélgetést, megnehezítve az egyszerű rádiós szkennerrel rendelkező személyek számára a lehallgatást. Hitelesítési folyamatokat is használtak a SIM kártya hálózattal történő ellenőrzésére, segítve a klónozás megelőzését (bár nem tökéletesen).

Sebezhetőségek és biztonsági aggályok

Bár javulást jelentett, a GSM biztonsága nem volt teljesen hibátlan, különösen a modern szabványokhoz képest.

• Gyenge Titkosítás: Az A5/1 algoritmusról később kiderült, hogy vannak gyengeségei, amelyek megfelelő számítási teljesítménnyel potenciálisan feltörhetőek. Az A5/2 még gyengébb volt, és szándékosan úgy tervezték, hogy a kormányok könnyen feltörhessék.

• Torony és Hálózat közötti Kapcsolat: Gyakran a titkosítás csak a telefon és az adótorony (BTS) között működött. A toronyból a maghálózatba tartó kapcsolat nem mindig volt titkosítva, potenciális gyenge pontot teremtve.

• IMSI Catcher-ek: Az “IMSI Catcher-ek” vagy “Stingray-ek” néven ismert eszközök legitim adótoronynak színlelhetik magukat, megtréfálva a telefonokat, hogy csatlakozzanak hozzájuk. Ez lehetővé teszi a támadóknak a hívások/üzenetek elfogását vagy a felhasználó tartózkodási helyének nyomon követését.

• Kölcsönös Hitelesítés Hiánya (eredeti specifikációban): Kezdetben csak a hálózat hitelesítette a telefont/SIM-et. A telefon nem mindig hitelesítette a hálózatot, így sebezhető volt a hamis torony támadásokkal szemben.

Védve vannak-e a modern GSM hálózatok?

Fontos emlékezni, hogy maga a GSM régi technológia. Bár néhány alapvető GSM szolgáltatás még működhet, a mai hang- és adatforgalom nagy része 3G, 4G (LTE) és 5G hálózatokon keresztül zajlik. Ezek az újabb szabványok sokkal erősebb biztonsági funkciókkal rendelkeznek:

• Erősebb Titkosítás: Olyan algoritmusokat használnak a 4G/5G-ben, mint az AES, amelyek sokkal robusztusabbak.

• Kölcsönös Hitelesítés: Mind az eszköz, mind a hálózat hitelesíti egymást, megnehezítve a hamis torony támadásokat.

• Végponttól Végpontig tartó Biztonság: Erőfeszítéseket tesznek a kommunikáció további biztonságossá tételére a hálózat magjában is.

• Rendszeres Frissítések: A biztonsági protokollokat folyamatosan felülvizsgálják és frissítik.

Tehát, bár a GSM-nek voltak ismert biztonsági hibái, a legtöbb ember által naponta használt hálózatok (4G/5G) sokkal jobb védelmet nyújtanak.

 

A GSM korlátai

Sikere ellenére a GSM-nek is voltak hátrányai, különösen a technológia fejlődésével:

• Interferencia Problémák: Mivel rádióhullámokon alapult, a GSM jeleket befolyásolhatták fizikai akadályok, mint épületek, dombok vagy akár rossz időjárás. Ez megszakadt hívásokhoz vagy gyenge jelerősséghez vezethetett bizonyos területeken. Más eszközökből származó elektromos interferencia is okozhatott problémákat.

• Korlátozott Adatsebesség: Ez a GSM legnagyobb korlátja a mai szabványok szerint. Bár a GPRS és EDGE fejlesztések adatkapacitást adtak hozzá, a sebességek nagyon lassúak voltak a 3G-hez képest, nem is beszélve a 4G-ről vagy 5G-ről. Videostreaming vagy komplex alkalmazások használata egyszerűen nem volt kivitelezhető egy tiszta 2G GSM kapcsolaton. Megértve, hogy mit jelent a GSM, felismerve, hogy elsősorban hangra épült, másodsorban adatra.

• Jelerősítők szükségessége gyenge jelű területeken: Azokon a területeken, ahol gyenge a természetes lefedettség (például nagy épületek belsejében vagy távoli vidéki helyeken), gyakran jelerősítőkre vagy átjátszókra volt szükség a GSM jel erősítéséhez és a szolgáltatás használhatóvá tételéhez. Ez komplexitást és költséget jelentett a mindenütt történő lefedettség biztosításához.

• Kapacitás Korlátok: A TDMA szerkezet, bár okos volt, korlátokat szabott annak, hogy hány felhasználó oszthatott meg egy frekvenciát egy adott területen. Nagyon sűrűn lakott helyeken a hálózat néha torlódhatott csúcsidőben.

Ezek a korlátok vezettek a 3G, 4G és 5G fejlődésének szükségességéhez, amelyeket ezeknek a problémáknak a leküzdésére terveztek, különösen az adatsebesség és a kapacitás tekintetében.

 

GSM az Egyesült Államokban és globális használat

Történelmileg az USA-ban az AT&T és a T-Mobile voltak a fő GSM szolgáltatók. Azonban ez gyorsan változik. Mindkét szolgáltató, mint mások globálisan, jelenleg is leállítja régebbi 2G (GSM) és 3G hálózatait. Szükségük van az e régebbi technológiák által használt rádiófrekvencia-térre (spektrumra) a gyorsabb, hatékonyabb 4G LTE és 5G hálózataik kiépítéséhez. Bár némi minimális GSM képesség megmaradhat specifikus M2M/IoT felhasználásokhoz vagy ideiglenes roaming megállapodásokhoz, az aktív fogyasztói használat megszűnőben van. A legjobb feltételezni, hogy a fogyasztókra fókuszáló GSM hálózatok az USA-ban gyakorlatilag megszűntek vagy nagyon hamarosan eltűnnek.

Az USA-beli helyzet globális trendet tükröz. Európa, Ázsia és Ausztrália számos országa is aktívan leállítja 2G és 3G hálózatait. Az időzítés országonként és szolgáltatónként változik, némelyik már befejezte a leállítást, míg mások a következő néhány évben tervezik.

Az okok következetesek: értékes spektrum visszaszerzése 4G/5G-hez, a régi hálózatok fenntartási költségének csökkentése, és a felhasználók ösztönzése a modernebb, hatékonyabb technológiára.

A legtöbb, az utóbbi 5-7 évben gyártott okostelefont használó ember számára ez a leállás valószínűleg nem érinti őket közvetlenül. A modern telefonok túlnyomórészt 4G LTE és 5G hálózatokat használnak. Azonban, ha a GSM hálózatok leállnak, a következőket kell tenned:
:

• Ellenőrizd a telefonodat: Ha nagyon régi telefonod van (egy alap funkciótelefon mondjuk 10+ éves), az csak 2G/3G-t támogathat. Ha ezeket a hálózatokat leállítják a környékeden, ez a telefon elveszíti a szolgáltatást (kivéve esetleg segélyhívásokat). Frissítened kellene egy olyan telefonra, amely támogatja a 4G LTE-t (és ideális esetben a VoLTE – Voice over LTE) vagy az 5G-t.

• Ellenőrizd az IoT eszközöket: Néhány régebbi okos otthoni eszköz, riasztórendszer vagy járműkövető eszköz 2G/3G hálózatokra támaszkodhat. Ezen eszközök felhasználóinak érdemes lehet ellenőrizniük a szolgáltatóval vagy gyártóval a frissítési lehetőségeket vagy a potenciális szolgáltatásvesztést.

• Utazók: Bár a nemzetközi roaming a GSM erőssége volt, mivel a hálózatok globálisan leállnak, a kizárólag 2G/3G-re támaszkodás a roaminghoz kevésbé életképes. A megbízható nemzetközi kapcsolódáshoz elengedhetetlenek a több 4G/5G sávot támogató modern telefonok.

Fotó: Christopher a Unsplash oldalon

 

Frissíts a GSM-ről a jövőre a Yoho Mobile eSIM-mel!

Ahogyan a GSM megváltoztatta a mobilkommunikációt, a Yoho Mobile eSIM-je a következő szintre emeli azt. Felejtsd el a helyi SIM kártyák keresését vagy az elöregedő hálózatokkal való kompatibilitás miatti aggódást. A Yoho Mobile zökkenőmentes kapcsolódást kínál modern 4G és 5G hálózatok használatával szerte a világon, mindezt az eSIM kényelmével. Nincs fizikai SIM csere – csak azonnali, globális kapcsolódás bárhol jársz.

• Használd a YOHO12 kódot a pénztárnál 12% kedvezményért!