kommunikáci rendszerek III. adás s 10

Átírás

1 Irány nyító és kommunikáci ciós rendszerek III. Előad adás s 10

2 Hálózati alapismeretek A számítógép-hálózat zat egy olyan speciális rendszer, amely a számítógépek egymás s közötti k kommunikáci cióját t biztosítja. tja. A számítógép-hálózat zat lehet fix (kábelalap belalapú, állandó) ) vagy ideiglenes (mint példp ldául a modemen vagy vezeték k nélkn lküli li hálózaton keresztüli kapcsolat). Történet 1940 szeptemberében ben George Stibitz telexgépet használt arra, hogy a K Model nevű gépével kapcsolatos problémákkal összefüggő utasításokat sokat küldjk ldjön n a New Hampshire-ből l a New Yorkban üzemelő Complex Number Calculator nevű gépéhez, illetve az eredményeket hasonló módon küldte k vissza. Paul Baran 1968-ban tett javaslatot egy olyan hálózati h rendszerre, amelyben adatcsomagokat, ún. datagramokat tovább bbítottak. Ez a rendszer lett az alapja a csomagkapcsolt számítógépes hálózatoknak. h 1969-ben 4 amerikai egyetem kialakította a gépeik g összekapcsolásával azarpanet hálózatot, amely még m g 50kbit/s hurok használat latával működött.

3 Hálózati technológi giák: Adatszórásos sos Az adatszórásos sos hálózatokh (Broadcasting)) egyetlen kommunikáci ciós csatornával rendelkeznek, amelyet a hálózatra h csatlakozó összes gép g közösen használ. Ez a gyakorlatban azt jelenti, ha a gazdagép (host) egy rövid r üzenetet küld, k akkor azt a hálózat h összes gépe g megkapja. Minden gép g p a rár tartózó üzeneteket dolgozza fel, a többit t eldobja. Távoli-távoli A voli-távoli hálózatokh (Remote-to-remote network) ) sok olyan kapcsolatból állnak, amelyek géppg ppárokat kötnek k össze. Ez azt jelenti, hogy egy üzenet tovább bbítása egy, esetleg több t csomóponton keresztül történik, és s lehetséges, hogy egynél l több t lehetséges úton is eljuthat egy üzenet a céljc ljához. Ezekben a hálózatokban h az útvonal optimális megválaszt lasztása sa alapvető fontosságú. Pont-pont A pont-pont hálózatokh (Peer-to-peer network): A kommunikáci ció a két k fél l között k közvetlenk zvetlenül l zajlik.

4 Hálózatok méret m szerinti osztályoz lyozása Processzorok közötti távolság 1 m 10 m 100 m 1 km 10 km 100 km km km Processzorok elhelyezkedése ugyanazon Asztalon Szobában Épületben Egyetemen, üzemben Városban Országban Földrészen Bolygón Példa PAN LAN LAN LAN MAN WAN WAN GAN

5 Hálózati topológi giák A hálózathoz h tartozó elemek közötti k kapcsolat elrendezését határozza meg.

6 A hálózatok h modellje A bonyolult hálózati h struktúrák k leírásához az IEEE (Institute( for Electrical and Electronic Engineers) kidolgozta az Open System Interconnection,, röviden r OSI 7 modellt. Ez a modell 7 réteget tartalmaz. 7.réteg : Alkalmazási rétegr (application layer) Ez a réteg r a végfelhasznv gfelhasználót t ( kommunikáci ciós s partnereket, szoftvereket) reprezentálja. A legismertebb alkalmazási réteg r szintű protokollok az SMTP( ), HTTP, FTP, Telnet. 6.réteg : Megjelenítési rétegr (presentation layer) Feladata az adatok egységes ges kezelése se. Az átviendő informáci ció szintaktikájával foglalkozik. Adattömörítés,, kódolk dolás és kriptográfia is feladata. (pl. karakterkódol dolás)

7 5.réteg : Viszonylati rétegr (session layer) A végfelhasználói i alkalmazások közötti k dialógus menedzselésére alkalmas mechanizmust valósít t meg. Feladata a párbeszp rbeszéd d szervezése se és s a szinkronizáci ció (pl. két k t nem közvetlenül összekötött tt pont közötti k kapcsolat: TCP). 4.réteg : Száll llítási réteg r (transport layer) Alapvető feladata az, hogy adatokat fogadjon a session rétegtől, tovább bbítsa a hálózati h rétegnek r és s biztosítsa, tsa, hogy minden informáci ció hibátlanul megérkezzen a címzett c pontra. (pl.: UDP, TCP) 3.réteg : Hálózati H réteg r (network layer) Biztosítja tja a változv ltozó hosszúságú adatsorozatoknak a küldk ldőtől l a címzetthez való tovább bbításához szüks kséges funkciókat kat és eljárásokat úgy, hogy az adatok tovább bbítása a szolgáltat ltatási minőség g függvf ggvényében akár r egy vagy több t hálózaton h keresztül is törtt rténhet. (pl.: IP)

8 2.réteg : Adatkapcsolati rétegr (data link layer) Biztosítja tja azokat a funkciókat kat és s eljárásokat, amelyek lehetővé teszik az adatok átvitelét t két k t hálózati h elem között. k Jelzi, illetve lehetőség g szerint korrigálja a fizikai szinten törtt rtént hibákat is. A használt egyszerű címzési séma s fizikai szintű,, azaz a használt címek c fizikai címek c (MAC cím) c amelyeket a gyárt rtó fixen állított be hálózati h kártya k szinten. (pl.: Ethernet) 1.réteg : Fizikai rétegr (physical layer): A fizikai réteg r határozza meg minden, az eszközökkel kkel kapcsolatos fizikai és s elektromos specifikáci ciót, beleértve az érintkezők k kiosztása, sa, a használatos feszülts ltségszintek, moduláci ciós s eljárások és s a kábel k specifikáci ciók. A szinten hubok, repeaterek és s hálózati h adapterek számítanak a kezelt berendezések közé. k (pl.: 10BASE-T, 100BASE-TX)

9

10 Példa az OSI modellre OSI réteg Fizikai réteg Adatkapcsolati réteg Hálózati réteg Szállítási réteg Viszonylati réteg Megjelenési réteg Alkalmazási réteg Példa 100BASE-TX Ethernet IP TCP TCP viszonylat UTF-8 stb. HTTP Megvalósító Hálózati kártya Hálózati kártya Op. rendszer Op. rendszer Op. rendszer Böngésző Böngésző

11 Hálózati protokoll A protokoll határozza meg az adattranszfer szabályait lyait. Azonosítja a kapcsolt állomást, indikálja az üzenet célba c érkezését, rendelkezik az esetleges átviteli hibák k kezelésének módjáról és s definiálja az adatvédelmi delmi rendszert. A legfontosabb hálózati h és s száll llítási protokollok az IP (Internet Protocol),, valamint a TCP (Transmission( Control Protocol) és az UDP (User( Datagram Protocol)

12 Internet Protocol Az internet egyik alapvető szabványa. Ezen protokoll segíts tségével kommunikálnak egymással az internetre kötötttt csomópontok (számítógépek, hálózati eszközök k stb.). Az IP a klasszikus OSI besorolás s alapján n a 3., a hálózati h rétegben helyezkedik el. Csomagkapcsolt hálózatot h valósít meg, azaz nem építi fel a kapcsolatot a forrás és s a cél c l között, k hanem minden egyes csomagot külön k n irány nyít t (routol( routol). Hibadetektálást és s hibajavítást nem végez, v ezeket a funkciókat kat főleg a száll llítási rétegben r elhelyezkedő protokollokra bízza b (péld ldául TCP). Ennek a kialakításnak az oka az, hogy az egyszerűségre gre törekedtek. t Így a hibajavítás s terhe főképp f a forrás és s a cél c l számítógépekn peknél l jelentkezik, és s nem terheli feleslegesen az egyébk bként is leterhelt hálózati h útirányválasztó csomópontokat (router( router).

13 IP címc Az IP-ben a forrás- és célállomásokat címekkel (IP-címek mek) azonosítja tja, amelyek 32 biten ábrázolt egész számok mok; azonban ezt hagyományosan négy darab 8 bites (teh( tehát 0 és 255 közé eső), ponttal elválasztott lasztott számmal írjuk le a könnyebb olvashatóság miatt (pl: ). A címek felépítése hierarchikus: : a szám bal oldala (a legnagyobb helyiért rtékű bitek felől indulva) ) a legfelső szintet jelenti, és jobbra haladva az ez alatti szinteket kapjuk meg.

14 User Datagram Protocol Az UDP egy kicsi, egyszerű, üzenet-központú száll llítási protokoll. Az UDP egy nagyon egyszerű interfészt biztosít t a hálózati h réteg és s a felsőbb rétegek r (viszonylati és s alkalmazási réteg) r között.

15 Az UDP tulajdonságai Az UDP protokoll használata esetén n nem alakul ki viszonylat a forrás s a cél c l között, k a csomagokat előkész szítés s nélkn lkül l adják k fel a kommunikáci ció során. Ezért az UDP-t a kapcsolatnélk lküli li protokollok közék sorolják. Az UDP nem garantálja a felsőbb rétegek számára az üzenet megérkez rkezését és s sorrendjét, tovább bbá a küldk ldő nem kap informáci ciót t az általa elküld ldött üzenet státusz tuszáról. Az adatcsomagok a tovább bbítás s során n elveszhetnek. A protokoll használata esetén n a sorrendet és s a megbízhat zhatóságot a felsőbb rétegeknek r kell biztosítaniuk. taniuk. Kis mérete m és egyszerűsége ge miatt gyors és s hatékony, ezért időkritikus alkalmazásokban (pl.: IP alapú hangátvitel) jól j l használhat lható.

16 Transmission Control Protocol A TCP a legelterjedtebb IP alapú száll llítási protokoll. A TCP-vel együtt fejlesztették k az Internet Protokollt is. A TCP megbízhat zható adatátvitelt tvitelt biztosít t a protokollt használó alkalmazási rétegnek. r A TCP az adatküld ldés s előtt létrehoz l egy kapcsolatot (TCP socket) a kommunikáló felek között, k így a viszonylati réteget r is biztosítja. tja. A teljes kommunikáci ciós s folyamat három h fázisbf zisból áll: - kapcsolat létrehozl trehozása, - adatátvitel, tvitel, - kapcsolat lezárása.

17 A TCP tulajdonságai - Rendezett adatátvitel: tvitel: Amennyiben a csomagok nem az eredeti sorrendben érkeznek meg a fogadó félhez, úgy a TCP automatikusan sorbarendezi azokat. - Elveszett csomagok újraküldése: Bármely adatcsomagot, amelyre a küldk ldő fél l nem kap nyugtát, t, a TCP automatikusan újraküldi. - Duplán n küldk ldött csomagok eldobása: Amennyiben ugyanazon adatcsomag többszt bbször r kerül l elküld ldésre, a felesleges csomagokat a protokoll eldobja. - Forgalomvezérl rlés: A TCP forgalomvezérl rlési protokollja gondoskodik arról, hogy amennyiben a küldk ldő túl l gyorsan küldi k az adatokat, fogadó fél l akkor is megbízhat zhatóan an képes k legyen azokat fogadni és s feldolgozni. Így kiküsz szöböli a sebességk gkülönbséget a kommunikáló felek között, k ezért az nem vezet adatvesztéshez. shez.

18 Adatátviteli tviteli technológi giák Vezetékes technológi giák: - Ethernet : Jól J l definiált hálózati h elemek adatcseréjét t végziv max.. 10 Mbps sebességgel. Protokollja az IEEE szabvány szerinti. - Fast Ethernet : Emelt sebességű átvitel ( Mbps) ) az IEEE 802.3u.. szabvány szerint. A multimédia igény hozta létre. l - Gigabit Ethernet : Nagysebességű átvitel (1 Gbps) ) az IEEE 802.3z z szabvány szerinti gerinchálózatokhoz. Az Ethernet szabványok az OSI modell fizikai és s adatkapcsolati rétegeit írják k le.

19 10 Gigabit Ethernet : A jelenleg létezl tező leggyorsabb hálózati h rendszer az IEEE 802.3ae protokoll szerint. A fizikai kapcsolatot optikai kábel k biztosítja. tja. Név IEEE szabvány Sebesség Media Típus Maximum távolság Ethernet Mbps 10Base-T 100 meter Fast Ethernet/ 100Base-T 802.3u 100 Mbps 100Base-TX 100Base-FX 100 meter 2000 meter Gigabit Ethernet/ GigE 802.3z 1000 Mbps 1000Base-T 1000Base-SX 1000Base-LX 100 meter 275/550 meter 550/5000 meter 10 Gigabit Ethernet 802.3ae 10 Gbps 10GBase-SR 10GBase-LX4 10GBase-LR/ER 10GBase- SW/LW/EW 300 meter 300m MMF/ 10km SMF 10km/40km 300m/10km/40km

20 Vezeték k nélkn lküli li technológi giák: - Bluetooth : Jellemző hatótáv v 10 m, maximum 100m. Adatátviteli tviteli sebesség: 1.2 verzió esetén max kb/s, 2.0 verzió esetén max.. 3Mb/s. 2,45 GHz-es frekvenciát t használ. - ZigBee : ISM frekvencia (Európában 868 MHz). Jellemző hatótáv v 10 m, maximum 75m. Adatátviteli tviteli sebesség: 20kb/s az európai frekvencián. n. Nagyon alacsony fogyasztás, s, kis méret, m gyors felébredési idő. - IEEE : a legelterjedtebb vezeték k nélkn lküli li adatátviteli tviteli protokollokat tartalmazza. Magában foglalja a rövid r távút infravörös s adatátvitelt, tvitelt, valamint a különbk nböző WiFi hálózati protokollokat. - Mobiltelefon hálózath : Beszédh dhíváson túl t l adatátvitelre tvitelre is alkalmas. Több T generáci ció működik párhuzamosan. p TöbbfT bbféle különböző sebességű adatátviteli tviteli technológi giát t alkalmaz (pl.: CSD, GPRS, EDGE, UMTS, HSDPA)

21 Wi-Fi hálózatok felépítése

22 Wi-Fi hálózatok fajtái Szabvány Sebesség Biztonság a b/Wi-Fi 1/2 Mbps a 2.4 GHz sávban 54 Mbps az 5 GHz sávban 11 Mbps a 2.4 GHz sávban WEP és WPA WEP és WPA WEP és WPA g/Wi-Fi 54 Mbps a 2.4 GHz sávban WEP és WPA n 108 Mbps a 5 GHz sávban WEP és WPA

23 Wi-Fi hálózatok titkosítása sa - WEP (Wired Equivalent Privacy): Jól J l beáll llított eszközök használata mellett is feltörhet rhető.. Ingyenes szoftverek segíts tségével néhány n ny millió titkosított tott csomag analizálása után néhány ny másodperc m alatt kitalálhat lható a jelszó. - WPA (Wi-Fi Protected Access): Sokkal erősebb, mint a WEP! Hosszú és összetett jelszóval kell használni, hogy hatékony legyen. - WPA2 (Wi-Fi Protected Access): Egyre több t eszköz támogatja. Jelenleg feltörhetetlen.

24 Járművek közötti k hálózatok h (VANET)

25 VANET-ek jellemzői Autonóm m végberendezv gberendezések: A MANET-ekben minden mozgó végberendezés egy autonóm m csomópont, amely hostként (végpont) és routerként (útválasztó)) is funkciónál. Azaz minden végberendezv gberendezés s alapvetően en végpontkv gpontként működik, m azonban szüks kség g esetén n ellát router funkciókat kat is. Megosztott irány nyítás: A hálózatkezelés és s irány nyítás s el van osztva a végberendezések között. k A hálózathoz h tartozó csomópontoknak együtt kell működniük, és s ha szüks kséges átjátszó, állomásként kell funkcionálniuk, hogy elássanak egyaránt biztonsági és útválasztási si feladatokat. Multihop routing: Több közbensk zbenső csomópont segíts tségével, távolabbi t célpontokhoz is képes k eljuttatni az informáci ciót. Változó hálózati topológia: Mozgó csomópontok esetén n a hálózati h topológia hirtelen és s véletlenszerv letlenszerűen en megváltozhat, aminek következtk vetkeztében az egyes terminálok összekapcsolhatósága időben változik. v A csomópontoknak folyamatosan változó adatútvonalakat tvonalakat kell kialakítaniuk egymás s között, k a mozgásuk függvényében. Ingadozó hálózati kapacitás: A vezeték k nélkn lküli li kapcsolatok magas bithiba arányai VANET-ekben még g nagyobbak lehetnek. A csatorna, amelyen keresztül l a berendezések kommunikálnak eleve jóval j zajosabbak, valamint nagyobb a csillapítás, s, interferencia, és s kisebb a sávszs vszélesség, mint a vezetékes hálózatokban. h Ráadásul a mobil ad hoc hálózatokban h sok esetben az adatutak erősen heterogén hálózatokon keresztül l jönnek j létre, l ami további zajszint-növeked vekedést eredményez. Valósz színűségi Quality of Service (QoS( QoS) ) paraméterek: Ideális hálózatokban h garantálhat lhatóak ak a QoS előírások a hálózati h kapcsolatok teljes időtartama alatt. Sajnos ez nem lehetséges az időben változv ltozó hálózati környezetben, k mivel a kapcsolatok véletlenszerv letlenszerűen en megszakadhatnak, a felhasználok lok mozgása miatt. Egyszerű eszközök: k: A legtöbb esetben a VANET-ek csomópontjai olyan mobil eszközök, k, amelyek aránylag kis processzorteljesítm tménnyel, kevés s memóri riával, és korlátos energiaforrással rendelkeznek. Ezek az eszközök k optimalizált lt algoritmusokat és s módszereket m igényelnek a számítási si és s kommunikáci ciós feladatokhoz.

26 VANET-ek alkalmazási lehetőségei Közlekedésbiztonságot javító alkalmazások Ráfutásos balesetet megelőző alkalmazás Ütközésdetektáló alkalmazás Veszélyes útszakaszra figyelmeztető alkalmazás Közlekedés s hatékonys konyságát t növeln velő alkalmazások Fejlett útvonaltervező és s navigáci ciós s alkalmazás Intelligens kereszteződés Besorolást st segítő alkalmazás Oszlopban haladó járművek Informáci ciós s szolgáltat ltatások Internetelérés Hasznos helyek jelzése (Point( of Interest) Távdiagnosztika Díjfizetés

27

28 Vége az előad adásnak! Köszönöm m a figyelmet