Számítógépes hálózatok

Átírás

1 Számítógépes hálózatok

2 A hálózat definíciója: A hálózat kifejezésen mostantól számítógépes hálózatot értünk, amely nem más, mint egymással kommunikálni képes számítógépek és egyéb informatikai eszközök rendszere. 2

3 Miért használunk hálózatokat? A első számítógépes hálózatokaz az 1960-as évek végén hozták létre. Kialakításuk számos előnnyel járt, ezek közül talán legfontosabb a következők: 1. Hardveres és szoftveres erőforrásmegosztás 2. Gyors, hatékony kommunikációs eszköz 3. Biztonság kérdések 3

4 1. Hardveres és szoftveres erőforrásmegosztás Drága hardware elemek (pl. lézernyomtatók, nagy tárolókapacitású winchesterek) használatának megosztása. Másrészt nagy, közös adatbázisok, információs források több helyről való elérhetőségének biztosítása. (pl.: Moodle, Neptun) 4

5 2. A hálózat, mint kommunikációs eszköz Az Internet ősét jelentő Arpanet hálózaton ben küldték az első t, és azóta számtalan új formáját használjuk a számítógépes hálózatok által biztosított kommunikációs eszközöknek: Azonnali üzenetküldő programok, VOIP eszközök (Voice over IP), vidókonferenciák, 5

6 3. Biztonság a hálózaton Az adatok több helyen való (redundáns) tárolása véd az esetleges adatvesztéssel szemben. A hálózati operációs rendszerek és a speciális hardvereszközök hatékony védelmet biztosítanak az állományainknak. Az egyes felhasználók állományainak védelme a hozzáférési jogosultságok megfelelő szabályozásával érhető el. A számítógép hálózatok létrejöttével azonban lehetőség nyílt az információk távolról való megszerzésére, esetleg megváltoztatására, törlésére, ami komoly biztonsági problémákat vet fel. 6

7 Hálózatok csoportosítása A csoportosítások egy-egy kiemelt tulajdonságon alapulnak, de egy hálózatot ezek tulajdonságok összessége jellemez korrektül. 7

8 Csoportosítás méret alapján: LAN (Local Area Network) - kis kiterjedésű helyi hálózat, lokális hálózat Jellemzője az egyedi kábelezés, és az ebből következő gyors adatátvitel. Mérete 1 szobától kezdve néhány kilométerig terjedhet. MAN (Metropolitan Area Network) - városi méretű hálózat. Egy város nagyságrendjét lefedő hálózat. Fontos szerepe van a világhálózatok kiinduló pontjaihoz (Internet node-ok) való belépések biztosításában. (Tipikus példája a Debreceni Egyetem hálózata, amely Debrecen felsőoktatási intézményeit köti össze egymással, és a DISZK-en keresztül az Internettel is.) 8

9 Csoportosítás méret alapján: WAN (Wide Area Network) - nagytávolságú hálózat Kiterjedése pár kilométertől kezdve az egész Föld nagyságáig terjedhet. Tipikus átviteli eszközei a távközlési vállalatok által nyújtott eszközök: telefonvonal, műhold, mikrohullám, stb. (Gondoljunk itt például nagyvállalatok saját hálózataira: MÁV, T-Online, vagy a felsőoktatási gerinchálózatra (HBONE). GAN (Global Area Network) - globális hálózat Az Internet, amely akár már az űrben is rendelkezik csatlakozások ponttal (pl.: Nemzetközi űrállomás) 9

10 10

11 Csoportosítás topológia alapján Sín vagy busz topológia: A gépek egy kábelre vannak felfűzve. Kábelezése egyszerű, kevés kábel szükséges hozzá, ezért olcsó, de nagyon sérülékeny, hiszen kábelszakadás esetén teljesen megszakad az összeköttetés az egyes gépek között. 11

12 Gyűrű topológia A gépek gyűrű alakban vannak összekötve. A gyakorlatban sokszor dupla gyűrűt használnak, ahol a a két gyűrűn ellentétes irányú kommunikáció zajlik. 12

13 Csillag topológia A csillag középpontjában egy jelelosztó berendezés (hub, switch) áll, amelyhez közvetlenül kapcsolódnak az egyes számítógépek. Egy gép, illetve kábel meghibásodása nem érinti a többi számítógép kommunikációját. 13

14 Fa topológia 14

15 Teljes topológia 15

16 Részben teljes topológia 16

17 Csoportosítás a kommunikáció iránya alapján Simplex: egyirányú kommunikáció. Csak az egyik eszköz küldhet információt, a másik csak fogadhatja. Half Duplex (változó irányú): kétirányú a kommunikáció, de egy adott időpillanatban csak az egyik irányba áramolhat információ. Duplex: teljesen kétirányú kommunikáció. 17

18 Átviteli technológia szerint Üzenetszórásos (broadcast) hálózatok: Egy közös kommunikációs csatornára kapcsolódik az összes eszköz. Ha egy eszköz információt küld, akkor azt mindegyik megkapja, de (optimális esetben) csak az értelmezi akinek szánták. (LAN) Két pont közötti (Point to Point) hálózatok: Nagytávolságú hálózatok esetén csak a forrásgéptől a célgépig terjed az információ különböző hálózati aktív eszközökön keresztül. (csomagkapcsolás) 18

19 Csoportosítás kompatibilitás alapján Zárt hálózatok: (cégek) kizárólag saját használatra, saját fejlesztésű eszközökkel létrehozott, nem szabványos belső hálózata, mely nem kompatibilis más hálózati eszközökkel. Nyílt hálózatok: előre meghatározott, már elfogadott szabványok által leír eszközök segítségével készített hálózat, ezért az egyes eszközök tetszőlegesen módosíthatók és kicserélhetők. 19

20 Csoportosítás kapcsolódási technika alapján Vonalkapcsolt: Két kommunikáló állomás között állandó kapcsolat épül ki (lásd telefon). Üzenetkapcsolt: Két állomás között az átvivő hálózat tárolva továbbító egységekből áll, ezek továbbítják az üzenetet egy címinformáció alapján. Az üzenet hossza nem korlátozott. Gyakorlati példa a postai csomag: lehet benne egy szó, de elküldhetjük Dosztojevszkij összes regényét akár 100 példányban is. Csomagkapcsolt: Hasonló az üzenetkapcsolthoz, csak a csomag mérete maximált, ezért a hosszabb üzeneteket szét kell tördelni 20

21 Csoportosítás közeghozzáférési mód alapján Üzenetszórásos hálózatok esetén jelentkezik a közeghozzáférés, azaz a kommunikációs közeghez való hozzáférés problémája. Mivel az elküldött információ a teljes hálózaton végighalad, ezért a küldés idejére lefoglalja a kommunikációs csatornát. (ütközés - collision problémája) A szabályozás azért szükséges, hogy mindegyik gép belátható időn belül képes legyen adat küldésére. A probléma megoldásra három általános módszer létezik. 21

22 Csoportosítás közeghozzáférési mód alapján Véletlen közeghozzáférés: Egyik állomásnak sincs engedélyre szüksége az üzenettovábbításhoz, adás előtt csak az átvivő közeg szabad voltát ellenőrzi. Tipikus képviselője: CSMA/CD (Ethernet). Központosított közeghozzáférés: Egy kitüntetett állomás foglalkozik az átviteli jogok kiadásával. Osztott közeghozzáférés: Csak egy állomásnak van joga adni, de ez a jog az állomások között körbejár. 22

23 Csoportosítás a hálózatba kapcsolt gépek viszonya alapján 1. Host-terminál alapú hálózatok: A hálózat magját egy vagy több, egymással összeköttetésben lévő központi számítógép (host) alkotja. Itt futtatja az operációs rendszer a felhasználói programokat és működésének egyik integrált része a hálózatkezelés. A központi gépekhez terminálok csatlakoznak, amelyeknek egyetlen feladata a billentyűzetről kapott adatok továbbítása és a képernyő adatok fogadása. Tipikus képviselői: IBM nagyszámítógép rendszerek, DEC számítógép rendszerek (VMS operációs rendszer), ide 23 tartozik a UNIX is.

24 Csoportosítás a hálózatba kapcsolt gépek viszonya alapján 2. Egyenrangú (peer to peer) hálózatok: A host-terminál rendszerek szöges ellentéte. A hálózatban lévő bármelyik gép lehet hálózatot kiszolgáló és alkalmazást futtató gép is egyben. Induláskor a gép felajánlja az általunk konfigurált hardware eszközeit a hálózat részére (a saját nyomtatót, meghajtót) Megteheti természetesen azt is, hogy semmit nem ajánl fel. Ezek a rendszerek kis LAN-ok kialakítására alkalmasak, ahol kevés gép van és a hálózati forgalom is minimális. Védelmi rendszerük egyszerű. Ideális például egy néhány gépes irodában. Tipikus képviselői: a Windows alapú hálózatok. 24

25 Csoportosítás a hálózatba kapcsolt gépek viszonya alapján 3. Kliens-szerver (Client-server) alapú hálózatok Emeljünk ki néhány számítógépet, amelyek csak a hálózat kiszolgálásával törődik. Ezeket szervernek nevezzük, feladatuk a mindenki által elérni kívánt fájlok tárolása. ezek hatékony védelme és a hálózati nyomtatás. Itt fut a hálózati operációs rendszer, amely mindezt megvalósítja. Az alkalmazói programok a kliens gépeken futnak, melyeken szinte tetszőleges operációs rendszer lehet. Tipikus képviselői: Novell NetWare Microsoft Windows NT/2000/

26 Hálózati szabványok, az ISO OSI modell

27 Szabványok kialakulása (de facto) A de facto, latinul tényleges(en), szabványok minden előzetes terv nélkül, spontán módon váltak elfogadottá. Így pl. az IBM PC és utódai a kisebb kategóriájú irodai számítógépek között csupán csak azért váltak de facto szabvánnyá, mert több tucat számítógépgyártó úgy döntött, hogy az eredeti IBM gépet nagyon hűen másoló személyi számítógépeket állítanak elő. Ugyanígy de facto szabványnak tekintehető a szövegszerkesztésben a Microsoft.doc állományformátuma is. 27

28 Szabványok kialakulása (de jure) A de jure, latinul jogi(lag), szabványok ellenben hivatalos, valamilyen szabványosítási testület által legalizált szabványok. A nemzetközi szabványügyi hatóságokat általánosságban két osztályba sorolhatjuk: kormányközi egyezmények alapján létrejött és önkéntesen, nem szerződéses alapon létrejött szervezetekre. A számítógép-hálózatok területén két meghatározó jelentőségű szervezet van, a két típus egy-egy reprezentánsa. 28

29 Az ISO (International Standards Organization) A nemzetközi szabványokat többségét az ISO (Nemzetközi Szabványügyi Szervezet) állítja elő. amely egy 1946-ban alapított, önként szerveződő, nem államközi szerződésen alapuló szervezet. Tagjai között van pl. az ANSI (USA.), BSI (Nagy-Britannia), AFNOR (Franciaország), DIN (Németország) és a magyar MSZT is. Az ISO a legkülönbözőbb témákban bocsát ki szabványokat. Közel 200 Technikai Bizottsága van. Az igazi munkát a munkacsoportokban több mint önkéntes végzi. Ezeknek az önkénteseknek egy jó része olyan cégek, intézetek megbízásából dolgozik ISO anyagokon, amelyeknek termékei éppen szabványosítás alatt állnak. A többiek kormányhivatalnokok, akik nyilvánvalóan arra törekednek, hogy a saját országukban honos módszerek váljanak 29 nemzetközi szabvánnyá.

30 Az IEEE A szabványosítási világ egy további nagyon fontos szereplője az IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineer - Villamosmérnökök Intézete), amely a világ legnagyobb szakmai szervezete. Azonkívül, hogy számos folyóiratot jelentet meg, és több konferenciát is rendez évente, még egy szabványosítási csoportja is van, amely az elektronika és a számítástechnika területén szabványokat dolgoz ki. A helyi hálózatok területén kifejlesztett IEEE 802-es szabványok kulcsfontosságúakká váltak. Ezek a szabványok képezték azután az ISO 8802 szabványok alapját. 30

31 Szabványok hatékonysága, avagy a két elefánt apokalipszise Egy szabvány sikerét kidolgozásának időpontja határozza meg leginkább. David Clarknak van egy szabványelmélete, amelynek ő a két elefánt apokalipszise nevet adta. 31

32 Szabványok hatékonysága, avagy a két elefánt apokalipszise Ez az ábra egy új dolog kialakulását kísérő tevékenységhullám időbeli intenzitását ábrázolja. A dolog felfedezését követően tevékenységmaximum alakul ki, amelyet a kutatással kapcsolatos összejövetelek, megbeszélések, megjelenő újságcikkek, egyéb írások idéznek elő. Egy idő után ez lecseng, ezt jelzi a hullámvölgy, de miután a cégek újra felfedezik a témát, többmilliárd dolláros befektetési hullám következik. Ideális lenne, hogy a szabványok a két intenzitási csúcs, azaz a két elefánt között jelenjenek meg. Ha ugyanis túl korán, még a kutatási periódus befejezte előtt írják meg azokat, akkor a téma még nem elegendően alapos ismerete miatt rossz szabványok születhetnek. Ha viszont túl későn írják meg, és a gyakorlatban addigra már a szabványtól eltérő módon alakultak a dolgok, akkor a már befektetett óriási összegek miatt a szabványnak nem is lehet komoly esélye arra, hogy figyelembe vegyék 32

33 Hálózati szabványok Nagyon kevés az olyan cég, amelyik egyszerre gyártja egy számítógéphálózat minden hardver és szoftver elemét (pl.: IBM, Digital). Egy cég általában csak egy-egy területre szakosodott. Ekkor viszont nagyon pontosan kell meghatározni a kapcsolódási felületeket (interface-eket) más cégek termékeihez. Tervezésük összetettségének csökkentése érdekében a számítógép-hálózatokat rétegekbe (layer) vagy szintekbe (level) szervezik, amelyek mindegyike az azt megelőzőre épül. Az egyes rétegek célja minden hálózatban az, hogy jól definiált szolgáltatásokat biztosítva a felsőbb rétegek elől eltakarják a nyújtott szolgáltatások megvalósításának részleteit. 33

34 A réteghatárok tervezésének szempontjai 1. Minden réteg jól definiált feladatokat hajtson végre. 2. A rétegek feladatának megválasztásakor nemzetközileg elfogadott szabványok kialakítására kell törekednünk. 3. A réteghatárok megválasztásakor a rétegek közötti információcsere minimalizálására kell törekedni. 4. A rétegek számának megfelelően nagynak kell lennie ahhoz, hogy a különböző feladatok ne kerüljenek szükségtelenül egy rétegbe, ugyanakkor elég kicsinek kell lenniük ahhoz, hogy a szerkezet ne váljon nehezen kezelhetővé. 5. Egy szint belső változásai ne érintsék a többit. 34

35 Kommunikáció a rétegek között Az egyik gépen levő n. réteg egy másik gép n. rétegével kommunikál. A kommunikáció során használt szabályok összességét protokollnak nevezzük. A szomszédos rétegpárok között ún. interfész (interface) húzódik. Noha az egyes rétegek úgy működnek, mintha a kommunikáció horizontális lenne, a tényleges adatmozgás vertikális irányú. Tehát az egyes rétegek közötti kommunikáció ténylegesen az alsóbb rétegeken keresztül történik. 35

36 Az ISO-OSI modell A számítógép hálózatok - a megvalósításuk bonyolultsága miatt - tehát rétegekre osztódnak. De melyek legyenek a rétegek feladatai, és hol legyenek a határok? Az elvek szépek, de ki adja meg a felosztást? A mindenkire vonatkozó ajánlást csak egy nemzetközi szervezet adhatta meg. A szerep az ISO-ra hárult: A hálózati rétegmodellt 1980-ban adta ki, OSI (Open System Interconnection) néven. Az OSI referencia modell szerint egy hálózatot 7 rétegre osztunk. 36

37 Az OSI modell 7 rétege 7. Alkalmazási réteg 6. Megjelenítési réteg 5. Együttműködési réteg 4. Szállítási (átviteli) réteg 3. Hálózati réteg 2. Adatkapcsolati réteg 1. Fizikai réteg 37

38 1. A fizikai réteg A fizikai réteg (physical layer) a bitek kommunikációs csatornára való kibocsátásáért felelős. Ide tartozik a csatlakozások elektromos és mechanikai definiálása, átviteli irányok megválasztása, stb. Biztosítania kell, hogy az adó oldalon kibocsát 1-et a vevő is 1-ként és ne 0-ként vegye. A fizikai réteg tervezése egyértelműen a hagyományos értelemben vett villamosmérnöki tevékenységek közé sorolható. 38

39 2. Az adatkapcsolati réteg Az adatkapcsolati réteg (data link layer) feladata egy hibátlan adatátviteli vonal biztosítása a szomszéd gépek között. A küldő fél a bemenő adatokat adatkeretekké (data frame) tördeli, a kereteket sorrendhelyesen továbbítja, végül a vevő által visszaküldött nyugtakereteket (acknowledgement frame) feldolgozza. Az átviteli közegben bekövetkező zaj miatt az adatkeretek sérülhetnek. Ebben az esetben a forrásgép adatkapcsolati rétegszoftverének újra kell adnia a keretet. Ugyanannak a keretnek többszöri újraadása azonban kettőzött keretek megjelenését eredményezheti. Ilyen helyzet pl. akkor alakulhat ki, amikor a vevő által az adónak küldött nyugtakeret elvész. E réteg feladata az ilyen megsérült, elveszett vagy kettőzött keretek miatt felmerülő problémák megoldása. (kommunikációs sebesség szinkronizálása) 39

40 3. A hálózati réteg A hálózati réteg (network layer) a kommunikációs alhálózatok működését vezérli, feladata az útvonalválasztás a forrás és a célállomás között. Az útvonalak meghatározhatók statikus módon pl. a kapcsolat felépülésekor, vagy teljesen dinamikusan, minden egyes csomagra külön-külön is meghatározható az útvonal. Ennek előnye az, hogy az útvonal meghatározásakor a hálózat aktuális terhelése is figyelembe vehető. Ha túl sok csomag van egyszerre az alhálózatban, akkor egymás útjába kerülhetnek, torlódás alakulhat ki. Az ilyen jellegű torlódás elkerülése ugyancsak a hálózati réteg hatáskörébe tartozik. Ha az útvonalban eltérő hálózatok vannak, akkor protokoll-átalakítást is végez. 40

41 4. A szállítási réteg A szállítási réteg (transport layer) feladata a végpontok közötti hibamentes átvitel biztosítása. Nem tud a hálózati topológiáról, csak a két végpontban van rá szükség. Feladata lehet például az összeköttetések felépítése és bontása, csomagok sorrendhelyes elrendezése, stb. A szállítási réteg egy valódi forrás-cél, vagy másképpen két végpont közötti (end-to-end) réteg. A forrásgépen levő program üzenetfejrészeket és vezérlőüzeneteket használva párbeszédet folytat a célgépen levő hasonló programmal. Az alsóbb rétegekben a protokollok az egyes gépek és azok közvetlen szomszédai között teremtenek kapcsolatot, nem pedig a valódi forrás és cél között, közöttük ugyanis akárhány IMP (Interface Message Processors) is lehet. 41

42 5. Az együttműködési réteg A együttműködési réteg (session layer), másnéven viszony réteg tehetővé teszi, hogy két számítógép felhasználói kapcsolatot létesítsen egymással. Jellegzetes feladata a logikai kapcsolat felépítése és bontása, párbeszéd szervezés (pl. félduplex csatornán). Elláthat szinkronizációs funkciót, pl: megszakadt kommunikáció esetén. A probléma kiküszöbölése érdekében a viszonyréteg lehetővé teszi, az adatfolyamba ellenőrzési (szinkronizációs) pontok beépítését, és így egy hálózati hibát követően csak az utolsó ellenőrzési pont után következő adatokat kell megismételni. 42

43 6. A megjelenítési réteg A megjelenítési réteg (presentation layer) az alsó rétegektől eltérően, amelyek csak a bitek megbízható ide-oda mozgatásával foglalkoznak, az átviendő információ szintaktikájával és szemantikájával foglalkozik. Kódcserét (pl.: ASCII - EBCDIC), az adatátvitel hatékonyabbá tételét elősegítő adattömörítést, továbbá titkosítást is végezhet. 43

44 7. Az alkalmazási réteg Az alkalmazási réteg (application layer) széles körben igényelt szolgáltatásokat tartalmaz. Ilyen alapvető igényt elégítenek ki például a fájlok tetszőleges gépek közötti másolását lehetővé tévő fájl transfer protokollok (FTP), vagy a elektronikus levelezés protokolljai (SMTP, POP3, IMAP) A különböző állományrendszerek különböző névkonvenciókkal rendelkeznek, különböző módon ábrázolják a szövegsorokat (pl: UNIX-DOS sorvégjel), és így tovább. Két különböző rendszer közötti állomány mozgatáskor ilyen és más hasonló inkompatibilitási problémákkal kell megküzdeni. 44

45 A fizikai adatátvitel

46 A fizikai adatátvitel Adó Csatorna Vevő Zaj 46

47 A fizikai adatátvitel jellemzői A csatornán történő információátvitel során az adó megváltoztatja a csatorna fizikai közegének valamilyen tulajdonságát, ami a közegen továbbterjed, és a vevő ezt a fizikai közegváltozást érzékeli. Például vezetékek esetén az átfolyó áram feszültsége változhat, vagy ha elektromágneses hullámot használunk, akkor a hullám amplitúdója, frekvenciája, vagy fázisa. 47

48 Alap és szélessávú adatátvitel Két eljárás használható a jelek kommunikációs közegen való átvitelére: az alapsávú átvitelmód a szélessávú átvitelmód Az alapsávú átvitelmód a digitális jelzésátvitelt, a szélessávú átvitelmód az analóg eljárásokat használja. Az átviteli eszközöket úgy tervezhetik meg, hogy vagy digitális, vagy analóg jelet küldjön a fizikai közegen. 48

49 Alapsávú átvitel Alapsávú átvitel esetén az adatjeleket diszkrét elektromos, ill. fényimpulzusok formájában viszik át. Az ilyen fajta átvitelnél az adó az adatimpulzusokat közvetlenül a kommunikációs csatornán át továbbítja, a vevő pedig ezeket detektálja. Mivel az adatimpulzusok a kommunikációs csatornán keresztül haladnak, azon torzulni fognak. A csatorna végén megjelenő jel már nem rendelkezik az eredeti jel formájával és nagyságával, ezért a vett jel olyannyira felismerhetetlenné válhat, hogy a csatorna másik végén levő számítógép rosszul fogja értelmezni. Az ilyen nehézségek leküzdésére jelismétlő egységet használhatnak, amelyek veszik a jelet, majd felerősítve, és az eredeti 49 alakjukat helyreállítva továbbítja azokat.

50 Alapsávú átvitel (folytatás) Mivel a jelismétlő egység teljes mértékben helyreállítja a jelet, megszűnik az a zaj is, ami a csatornában létrejött. Az alapsávú átvitelmódban a zaj és a zavar általában nem okoz gondot, kivéve ha a zavar annyira elrontja a jelet, hogy a 0-s bit 1-esként értelmezhető. Az alapsávú átvitelmódnál a csatorna kapacitását egyetlen adatjel továbbítására használjuk. Mivel egy időben egy állomás adása történhet, léteznie kell egy módszernek, amely képes meghatározni, mikor melyik állomás adása engedélyezhető (lásd: közeghozzáférési módszerek). 50

51 Szélessávú átvitel A szélessávú átvitelmódra az analóg átvitel jellemző, ami az alapsávú átviteli módnál szélesebb frekvenciasávot vesz igénybe. Az analóg átvitelnél folytonos és nem diszkrét jeleket alkalmaznak. A jelek elektromágneses vivőhullámok segítségével haladnak az átviteli közegen. 51

52 Szélessávú átvitel (folytatás) Az ábrán az elektromágneses hullám alapjellemzői láthatók: az amplitúdó, és a frekvencia. 52

53 Szélessávú átvitel (folytatás) Elektromos vezetéken a hullám amplitúdóját a vezetéken mért feszültség szintje, a fénykábelen pedig a fénysugár intenzitása jelenti. A hullám frekvenciáján hullám által másodpercenként lefutott periódusok számát értjük. A másodpercenként egy ciklusú frekvenciaütemet hertznek nevezik. Analóg átvitelnél az adatjelet egy hordozójelre (vivőjelre) ültetik rá, mégpedig úgy, hogy a hordozóhullám jellemzői közül valamelyiket az adatjel folyamatának megfelelően változtatják, azaz modulálják. 53

54 Jel terjedése alap, illetve szélessávú átvitel esetében. Az alapsávú és a szélessávú átvitelmódok között a másik eltérés a jeláramlás iránya. Alapsávú átvitelnél a jeláramlás kétirányú, vagyis a jel az adást végző eszköztől a fizikai közegen mindkét irányban terjed és ténylegesen eléri a vezeték, ill. a kábel mentén elhelyezett valamennyi eszközt. Ha a jel eléri a kábel két végét, az ott elhelyezett lezárók elnyelik azt. A szélessávú átviteli mód azonban egyirányú. Bár néha egyszerű bináris jelkódolást is alkalmaznak, de ez a technika nem ad módot a vevőnek arra, hogy megállapítsa, hol kezdődnek és hol végződne a bitek. Ehelyett inkább a Manchester-kódolási technikát, vagy az ezzel rokon különbségi Manchester-kódolási technikát részesítik előnyben. 54

55 A csatorna kapacitásának mértékegységei Általában véve minél magasabb a vivőjel frekvenciája, annál nagyobb az információ hordozó kapacitása. Az átviteltechnikával foglalkozó irodalom a sávszélesség kifejezést gyakran az átviteli csatorna kapacitására utalva használja. A csatorna sávszélessége nem más, mint a csatornán átvitt legmagasabb és legalacsonyabb frekvenciának a különbsége. Minél nagyobb a sávszélesség, annál nagyobb mennyiségű információ vihető át. Például a telefon körülbelül a 300 hertztől (Hz-tól) a 3100 Hz-ig terjedő frekvenciákat viszi át. Így a rendelkezésre álló frekvenciatartomány, ill. sávszélesség = 2800 Hz, vagyis kb. 3 khz. A lokális hálózatoknál alkalmazott átviteli közegek ennél jóval nagyobb sávszélességűek. A csatorna sávszélessége és az adatsebesség, vagyis a csatornán másodpercenként átvihető bitek száma között közvetlen 55 összefüggés van.

56 A baud A csatornakapacitás egy másik fogalommal is kifejezhető, ez a baud. A baud-ban kifejezett sebesség azt mutatja meg, hogy másodpercenként hányszor változik meg a vonal konkrét állapota. 1 baud = log 2 P [bit/s], ahol P a kódolásban használt jelszintek száma. Tételezzük fel, hogy amplitúdómodulációt alkalmazunk, és hogy az egyik amplitudóérték a bináris 0-t, a másik pedig a bináris 1-et jelenti. Ebben az esetben a vonal baudsebessége megegyezik a bitsebességgel. Ha azonban azt tételezzük fel, hogy négy különböző amplitúdót használunk a bináris 00, 01, 10, 11 (dibitek) jelölésére, akkor a bitsebesség a baudsebesség kétszerese lesz. 56

57 bit/s, Kbit/s, Mbit/s, Gbit/s A hálózat tényleges adatátviteli képességét általában a másodpercenként átvitt bitek száma alapján határozzuk meg. pl: modem 56 Kbit/s ISDN 64/128 Kbit/s ADSL 0,5-18 Mbit/s UPC Chello 1-20 Mbit/s LAN hálózatok Mbit/s 57

58 Az átvivőközeg Koaxális kábel UTP/STP kábel Optikai kábel Kábel nélküli adatátviteli módszerek 58

59 Koaxális kábel Középen általában tömör rézhuzal található, ezt veszi körül egy szigetelőréteg, majd erre jön az árnyékolás (tipikusan fonott huzal, harisnya ). Jellemzője a hullámimpedancia.(ellenállás) Szabványos hullámimpedanciák az 50Ω, 75Ω, 93Ω (Ohm). A megfelelő ellenállással le kell zárni a kábel mindkét végét, hogy ne legyen jelvisszaverődés. 59

60 Koaxális kábeltípusok Széles körben két fajtáját alkalmazzák: Az egyik az alapsávú koaxiális kábel, amelyet digitális jelátvitelre alkalmaznak, a másik az ún. szélessávú koaxiális kábel, amelyet pedig analóg átvitelre használnak. Az alapsáv elnevezés még abból az időből származott, amikor telefonbeszélgetésekre alkalmazták a kábeleket, és itt a sávszélesség az érthető emberi hangnak megfelelő kb. 0-4 khz volt. A televíziós rendszerek megjelenésével a tv jelek átviteléhez jelentősen nagyobb sávszélesség kellett, ezeket a szélessávú kábelekkel oldották meg. A leggyakrabban az 50Ω és 75Ω hullámimpedanciájú kábelt használnak: az 50Ω-ost alapsávú, a 75Ω-ost szélessávú hálózatokban. Ez utóbbival azonban alapsávúként is találkozhatunk, főként akkor, ha a hálózat alapsávúként és szélessávúként egyaránt működhet. 60

61 Alapsávú koaxális kábelek Az alapsávú koaxiális kábeleket leggyakrabban helyi számítógép-hálózatok kialakítására alkalmazzák. Ethernet hálózatokban az alapsávú koaxiális kábelek két típusa ismert az ún. vékony (10Base2) és a vastag (10Base5). A digitális átviteltechnikában vékony koaxiális kábeleket Arcnet és Ethernet helyi hálózatok kialakításánál használnak. Csatlakozásra BNC (Bayonet Neill-Councelman) dugókat és aljzatokat használnak. 61

62 62

63 63

64 Sodrott érpár Sodort érpár: Szigetelt, egymással összecsavart rézhuzalokból áll. A csavart forma az egymás mellett levő erek villamos kölcsönhatását küszöböli ki. Lehet árnyékolatlan (UTP, Unshielded Twisted Pair) illetve árnyékolt (STP, Shielded Twisted Pair) felépítésű. A struktúrált kábelezési rendszerek alapeleme. Az UTP kábelek minősége a telefonvonalakra használtaktól a nagysebességű adatátviteli kábelekig változik. Általában egy kábel négy csavart érpárt tartalmaz közös védőburkolatban. Minden érpár eltérő számú csavarást tartalmaz méterenként, a köztük lévő áthallás csökkentése miatt. 64

65 65

66 Sodrott érpár fajtái Típus 1. kategória 2. kategória 3. kategória 4. kategória 5. kategória 6. kategória Használati hely hangminőség (telefonvonalak) 4 Mbit/s -os adatvonalak (Local Talk) 10 Mbit/s -os adatvonalak (Ethernet) 20 Mbit/s -os adatvonalak (16 Mbit/s Token Ring) 100 (esetleg 1000) Mbit/s -os adatvonalak (Fast és Gigabit Ethernet) 100 (esetleg 1000) Mbit/s -os adatvonalak (Fast és Gigabit Ethernet) 66

67 Az UTP csatlakozója Az UTP kábeleknél általában az RJ-45 típusjelű csatlakozót használják a csatlakoztatásra. Ethernet hálózatokban kategóriájú kábeleket 10BaseT néven specifikálták 67

68 Optikai kábelek Egy optikai átviteli rendszer három komponensből áll: az átviteli közegből, a fényforrásból és a fényérzékelőből. Az átviteli közeg hajszálvékony, üvegből készült szál. A fényforrás vagy LED (Light Emitting Diode) vagy lézerdióda. Mindkettő villamos áram hatására bocsát ki fényimpulzusokat. A fényérzékelő egy fotodióda, amely fény hatására villamos jeleket állít elő. Egy optikai szál egyik végére LED-et vagy lézerdiódát, másik végére fotodiódát téve egy egyirányú adatátviteli rendszerhez jutunk, amely villamos jeleket fogad, alakít át, majd bocsát ki fényimpulzusokként, ill. ennek inverzeként az optikai szál másik végén, a vevőoldalon fényimpulzusokat vesz és alakít vissza villamos jelekké. 68

69 69

70 Az optikai jel terjedése Az információkat egy üvegszálban haladó fénysugár megléte vagy hiánya hordozza. A fény a szál belsejének és külsejének eltérő törésmutatója miatt nem tud kilépni. A belső, nagyobb törésmutatójú üveget (core) ugyanis kisebb törésmutatójú héj veszi körül (cladding), így teljes visszaverődés jön létre. 70

71 Mono- és multimódusú szálak Egyetlen szálon több különböző fényimpulzus is haladhat egyidejűleg, az ilyen optikai szálakat multimódusú szálnak (multimode fíber) nevezik. Ha a szál átmérőjét éppen a fény hullámhosszára csökkentjük le, akkor a szál hullámőrzőként működik, és a fény ide-oda verődés nélkül egyenes vonalban terjed. Az ilyen optikai szálat monomódusú szálnak (single mode fíber) nevezik. Az egymódusú szálak üzemeltetése drága, mert különleges lézerdiódákat igényel, ugyanakkor sokkal hatékonyabbak, és alkalmasak nagyobb távolságok áthidalására is. A jelenleg kapható optikai szálak 1 km-es távolságon 1000 Mbit/s-os átviteli sebességet érnek el. Az optikai szál előnyei: érzéketlen az elektromágneses zavarokra, erősítés nélkül igen nagy távra vihető, nem hallgatható le. Hátránya: drága, nehéz javítani és megcsapolni (bár ez utóbbi az adatbiztonság szempontjából előnyt jelent). 71

72 Optikai kábelek illesztése Az üvegszálak alkalmazásánál kritikus kérdés a jelek be és kicsatolása, amire kétféle illesztés, a passzív és az aktív használatos. A passzív illesztő két, az üvegszálra kapcsolódó csatlakozóból áll. Az egyik csatlakozón egy LED dióda, a másik csatlakozón egy fotódióda van. Az illesztő teljesen passzív, segítségével jeleket tudunk a fénykábelből kivenni illetve jeleket tudunk a kábelbe bejuttatni. Az illesztés természetesen fényveszteséggel (és így csillapítással) jár, ezért meg kell határozni, hogy adott távolságon hány darab használható Aktív illesztő jelismétlőként vagy más néven jelregenerálóként is működik, azaz a beeső fényjelet villamos jellé alakítja, majd az Adó részén ezt LED dióda segítségével felerősítve továbbsugározza. 72

73 Optikai gyűrűk Ahogy az eddigiek szerint is nyilvánvaló, az üvegszálon adott hullámhosszú fényt használva csak egyirányú adatátvitel képzelhető el. Gyűrű kialakítású topológiánál az állomások illesztővel csatlakoznak a hálózatra, így egy vonalon is képesek venni (jel az illesztőbe bejön) és adni (illesztőn továbbadni). Kétirányú pont-pont átvitel esetén már két üvegszálas kapcsolat szükséges: egyik irány az adásra, másik a vételre. Ez szerencsére a legtöbb esetben nem igényli újabb kábel lefektetését, mivel egy kábel több független üvegszálat tartalmaz. Ethernet hálózatokban az üvegszálas kábelt 10BaseF néven definiálták. 73