Számítógép hálózatok Bevezetés

Átírás

1 Számítógép hálózatok Bevezetés Vadász 1 1

2 A tárgy célja A modern hálózati technológiák megértése A témakörök Alapok és a fizikai réteg A közeg-hozzáférési alréteg Az LLC alréteg A hálózati réteg A hálózati és a magasabb rétegek Irodalom, segédletek Tanembaum: Számítógép-hálózatok, Novotrade- Prentice Hall, 1992 Vadász 2 2

3 Számítógép hálózat Autonóm gépek (host, gazdagép) összekapcsolva kommunikációs hálózattal (Communication Network) Az egyik gépen futó alkalmazás üzenetet képes váltani egy másik gép alkalmazásával Elosztott rendszer (a hálózattal szemben): Egyetlen virtuális rendszer, aminek elemei együttműködnek egy feladat megvalósítása érdekében, Ahol a felhasználónak nem kell azonosítania a gépeket, szolgáltatásokat, nem kell ismernie azok helyét Elosztott rendszert lehet hálózaton is megvalósítani Vadász 3 Autonóm gépek: nem alárendelt a kapcsolat. (Alárendelt pl. szgép-periféria kapcsolata.) Tetszőleges kommunikációs alrendszer (átviteli csatorna, átviteli vonalak) 3

4 Hálózatok összetevői A gazdagépeket összekötő kommunikációs hálózat (Communication Network) elemei Átviteli vonalak csatornák (channels) Kapcsolóelemek Interface Message Processor (IPM), amivel egy gazdagép egy vonalra kapcsolódik Kapcsológépek Olyan számítógép, ami több átviteli vonalhoz kapcsolódik és feladata (üzenet)csomagok továbbítása, átviteli vonalai közötti irányítása Vadász 4 Átviteli vonalhoz az adatátviteli medium: sokféle lehet (pl. UTP rézkábel) Media konnektorok a hálózati kártyákhoz (pl. RJ45) Adatátviteli szegmenseket összekapcsolására: jelismétlők, aktív, passzív hubok, hidak. Hálózatok összekapcsolására: útvonal irányítók (routers) Megismerkedünk majd az átjáró (gateway) fogalommal is, de ehhez 4

5 A hálózatok két nagy csoportja Pont-pont közötti kapcsolatokból felépülő Egy csatornán mindig két csomópont kommunikál Az (üzenet)csomagokat a csomópontok tárolják és továbbítják a kívánt irányba (store and forward) Topológiák: csillag, gyűrű, fa, teljes, szabálytalan Vadász 5 5

6 A másik csoport Üzenetszórásos csatornára épülő hálózat (broadcast channel) Egyetlen csatornán az összes csomópont osztozik Egy csomópont által feladott (üzenet)csomagot az összes többi veszi, de a csomagbeli címzésből tudják, kinek szól (a többi eldobja). Címmezőkben a feladó és a címzett címe. Vannak speciális címek (valamennyi gépnek szóló, csoport cím) Topológiák: sín, gyűrű, műholdas v. rádiós satellite Vadász 6 6

7 Alapfogalmak: rétegezettség Az egyszerűbb (strukturált) tervezés érdekében a számítógép-hálózati szolgáltatásokat rétegekbe (layers, szintek: levels) szervezik. Egy réteg - jól definiált szolgáltatásokat biztosítva - elrejti a nyújtott szolgáltatások megvalósításának részleteit. Funkcionális elem (entity): az adott réteg funkcióinak megvalósítása A rétegek között interfész (interface): az alsó réteg által a felsőnek nyújtott elemi műveleteket, szolgálatokat (services) definiálja. Az interfészen keresztül (le és fel) vezérlő információk és adatok adódnak át. Vadász 7 Egy számítógépen futó alkalmazás üzenetet akar küldeni egy másik gépen futó alkalmazásnak, akkor szolgáltatást kér A szolgáltatást megvalósító funkciók vannak rétegekbe szervezve. A rétegezettség előnyére egy egyszerű példa: két filozófus beszélget. Ők a 3. rétegben vannak Egyik Kenyában él, szuhaéli nyelvet beszél, másik Indonéziában indonéz nyelven Beszélgetésük protokollja : felváltva mondatokat cserélnek (ez megáll és vár protokoll). A 2. rétegben tolmácsok vannak. Protokolljuk az angol nyelv. A 3-2 közötti interfész az egyiknél szóbeli közlés, a másiknál papírra írás. Az 1. rétegben technikusok a segítők, protokolljuk a telex 2-1 közötti interfész szóbeli, ill. írásbeli közlés Miért jó a rétegezettség? Pl. bármelyik szint protokollja változhat, ezalatt a többi marad 3. szint: nemcsak mondatok, hanem teljesebb szövegek mehetnek, akár egyszerre 2. szint: leváltható a nyelv franciára, latinra 1. szint: áttérhetnek faxra stb. Az interfészek is változtathatók: pl. minden szóbeli közléses írásosra, vagy vice versa 7

8 Alapfogalmak: társelemek, protokoll Társelemek (peer entities) a különböző gépeken egymásnak megfelelő rétegben lévő funkcionális elemek Virtuális kommunikáció: a társelemek kommunikációja (a való kommunikáció a fizikai rétegben történik) A kommunikáció szabályait, konvencióit a protokoll (protocol) rögzíti Vadász 8 Protokoll: szabályok készlete, amik megszabják a kommunikációban résztvevők viselkedését. A protokoll kezeli: A cserélt adatok formáját, Az információk típusát és elrendezését, Az időzítéseket, Az üzenetek szekvenciáit, A hibakezelést Az adatfolyam vezérlést. 8

9 Hálózati architektúra Rétegek és protokollok halmaza Elegendő információ az implementáláshoz Nem része sem az implementáció, sem az interfészek specifikációja (ezek tervezői döntések a konkrét implementációk során) Társelemek 3. réteg 2. réteg 1. réteg A gazdagép Funkcionális Virt. komm. elem a rétegprotokoll interfész szerint B gazdagép Funkcionális elem Fizikai közeg Vadász 9 Valóságos komm. Hálózati architektúrát alkothatunk egy referencia modell ismeretében (lásd később ref. modell). Hálózati architektúra ismeretében implementálhatunk közben interfészeket is rögzíthetünk (vagy már ismert interfészeket használhatunk). Minden rétegben lehet több protokoll. Minden rétegben lehet kapcsolat felépítési- és lebontási mechanizmus. Az adatátvitel irány lehet szimplex, félduplex és duplex 9

10 Szabványosítás, testületek Miért kell szabványosítás? International Standards Organisation International Telecommunications Union ITU-T (CCIT): Telecomm. standardisations sector Internet Engineering Task Force Vadász 10 Hogy különböző gyártók termékeit használhassuk, szabványos protokollok, interfészek ISO: Nemzetközi Szabványügyi Szervezet 10

11 Az ISO OSI referencia modell Open System Interconnection: nyílt rendszerek összekapcsolása Hivatkozási (referencia modell): Megadja a rétegek ajánlott számát és a rétegek funkcióit. Nem határoz meg (konkrét) protokollokat, interfészeket, de a hivatkozási modell ismeretében protokollokat alkothatunk. Vadász 11 Egy egy rétegben több protokoll lehetséges 11

12 Az ISO-OSI rétegek kialakítása A kialakítási szempontok ezek voltak: A rétegek különböző absztrakciós szinteket képviseljenek és jól definiált feladatokat hajtsanak végre. A feladatok megválasztása során szabványokat teremtsenek. Minimális információcsere legyen a rétegek között. A rétegek száma ne legyen túl sok (egyszerűség), de elég sok, hogy egy rétegbe kevés feladat kerüljön. Így lett 7 réteg az ISO-OSI referencia modellben. Vadász 12 Az ISO-OSI hivatkozási modell elég régi. De fontos modell, mert mai is használjuk a terminológiáját pl. Használjuk a 2. layer switch megnevezést ami 2. rétegbeli továbbítást végző funkcionális elem 12

13 Az ajánlott 7 réteg 7: Alkalmazási réteg (Application Layer) fájl átvitel, mail, virtuális terminál 6: Megjelenítési (Presentation Layer) kód konverzió, titkosítás, tömörítés (adatformátum kezelés) 5: Viszonyréteg (Session Layer) (megjegyezhető nevek használatát engedjék) 4: Szállítási réteg (Transport Layer) (megbízható end-to-end kapcsolat biztosítsunk nagy hálózaton) 3: Hálózati réteg (Network Layer) útvonal kiválasztás 2: Adatkapcsolási réteg (Data Link Layer) adategységek továbbítása, hiba ellenőrzés, behatárolás, javítás (biztosítsa a hálózati médium elérését) 1: Fizikai réteg (Physical Layer) fizikai közeghez kapcsolódik (vigye át az adatokat bitenként) Vadász 13 Fogalmazhatunk így: egy réteg a másik fölött/alatt dolgozik, szolgáltat a fölötte lévő rétegnek. Az alsó 4 réteg már tud végtől-végig kommunikációs szolgáltatást biztosítani. Ezek a kommunikációval kapcsolatosak, ezek biztosítják, hogy két rendszer között kapcsolat (link) legyen A felső három réteg az alkalmazásokhoz kapcsolódnak, az információ cseréhez A felső rétegek entitásai (funkcionális elemei) (biztos) SW implementációk. Az alsó rétegekben lehetnek (valószínűek) HW megoldások is. 13

14 1. A fizikai réteg: bitfolyam A bitek kommunikációs csatornán való áthaladásáért felelős Kérdés, funkció Az átviteli közeg Kapcsolódás típus Fizikai topológia Bit szinkronizáció Sávszélesség, kódolás, modulálás Válasz, módszer Fémes vezető, üveg, vezetéknélküli P-2-P, P-2-MP Sín, gyűrű, csillag stb. Aszinkron, szinkron Alapsávú, szélessávú átvitel Vadász 14 A fizikai réteg protokollban mechanikai, elektromos, funkcionális és eljárás specifikációkat adunk meg. Mechanikai: méretek, formák (pl. a csatlakozókra, hány tüske stb.) Elektromos: feszültségszintek, terhelhetőség stb. Funkcionális: feszültségszintekhez milyen értelmek tartoznak, vagy mely lábakhoz milyen értelmek, milyenek a jelzések stb. Eljárás: kapcsolat felépítés és bontás lépései, üzenetküldés és nyugtázás lépései, adatátviteli irányok (simplex, duplex) meghatározás, forgatókönyvek. 14

15 2. Az adatkapcsolati réteg: keretek Keretképzés, hibakezelés, adatfolyam vezérlés és szükség esetén csatornamegosztás Alréteg LLC Funkció Keretképzés, behatárolás Kapcsolatok Módszer Beszúrásos, érvénytelen kódos stb. Adatfolyam kontrol, hiba kontrol DLL Logikai topológia Sín, gyűrű MAC Csatorna megosztás Címzés Versengő, ütközéses, statikus Fizikai címek (MAC címek) Vadász 15 A DLL (Data Link Layer) a fizikai réteg bitfolyamát ún. keretekbe (frames) rendezi, felismeri a hibákat (néha javítja), adatfolyam vezérlés során gondoskodik arról, hogy lassú vevőt ne árasszon el gyors adó és a MAC címek segítségével azonosítja az eszközöket (ezzel a gépeket) a hálózaton. LLC: Logical Link Control MAC: Media Access Control A fizikai és logikai topológia különbözhet: lehet fizikailag sínen logikai gyűrűt kialakítani. 15

16 3. A hálózati réteg: csomagok Forrás- és célállomás közötti útvonal meghatározása Funkciók Módszerek NETWORK Címzések Kapcsolás Útvonal felfedezés Útvonal választás IP címek Csomagkapcsolás (esetleg vonal kapcsolás) Distance Vector, Link State Statikus, dinamikus Vadász 16 Legfőbb különbség a DLL-hez képest, míg a DLL egyetlen hálózaton (on single network) működik, addig a NL (Network Layer) hálózatok közötti (internetworks) adatforgalmat biztosít. Nincs az ábránkon, de feladat lehet a torlódásvezérlés: szabadabb utak választása (ha van) A logikai hálózat címek (LNA) különböztetik meg a hálózatokat (alhálózatokat). Értelmezhető alhálózaton belül csomópont cím is. Ezt a címet végül is le kell fordítani MAC címekre (hiszen a keretekben már MAC címek kellenek). A vonal, vagy csomagkapcsolásról majd lesz szó. Gyakoribb a csomagkapcsolás. IP-ben csakis az. A route discovery-re ma két módszer szokásos: a distance vector módszer (szomszédos routerek folytonosan cserélik és értelmezik egymás tábláit, így ismerik meg a hálózatot), ill. a link state módszer (kapnak egy kezdő táblát egy helyi routertől és hirdetik saját táblájukat, de ezután csak akkor hirdetik újra, ha valami változik). Az útvonalválasztás ún. útvonalválasztó táblák segítségével történik (kb.: adott című csomagot mely porton küldjek tovább jellegű bejegyzésekkel). A dinamikus útvonal választás: a pillanatnyi tábla szerint (ami dinamikusan változhat a route discovery során). A statikusnál a rendszergazda (network administrator) állítja be a táblabejegyzéseket, az nem változik. 16

17 4. Szállítási réteg: datagramm, szegmens A viszonyrétegtől kapott üzenetek tördelése-összeállítása (szükség esetén), hibamentes továbbítás valódi forrás-cél társelemhez Funkciók Módszerek TRANSPORT Cím-név feloldás Címterek Szegmensképzés A szolgáltatáskérő szerinti Kapcsolat azonosító, tranzakció azonosító Tördelés és visszaállítás Kapcsolati szolgáltatás Szegmens sorszámozás, hiba kontrol, forrás-cél flow control Vadász 17 Ez valódi forrás-cél réteg (míg az alatta lévő rétegekben a társelemek nem feltétlenül azok). A forrás-cél jelleg miatt itt is van adatfolyam kontrol (gyors adó ne árasszon el lassú vevőt), lehet hibakezelés. Üzenet tördelés-összeállítás akkor kell, ha a hálózati réteg korlátozott méretű csomagokkal tud dolgozni. Összeköttetéses és öszzekötteés mentes szolgáltatása is lehet. 17

18 5. Viszonyréteg: üzenetek Felhasználói viszonyok szervezése, ezen belül Párbeszédek szervezése (szimplex, fél duplex, vagy duplex), ülés adminisztráció (megjegyezhető nevek használatával kapcsolat megvalósítás: login, kapcsolat azonosítás, a szolgáltatás azonosítása, kapcsolatvesztés felismerés, végül kapcsolat bontás), Tényleges adatátvitel, Szinkronizációs pontok kezelése és retranszmittálás. Vadász 18 18

19 6. Megjelenítési réteg: üzenetek Az átviendő információ átalakításával (transfer syntax) foglalkozik Kódkonverziókat végez, Bit/bájt sorrendeket alakít át Karakter kód átalakítást, Fájl formátum átalakításokat végez. Végezhet még titkosítási/megfejtési átalakításokat, illetve tömörítést/visszaállítást is. Vadász 19 A különböző rendszerekben különböző adatábrázolások lehetnek, ezért kellhetnek a különböző konverziók. És ha már formákkal foglakozik, akkor titkosíthat is, tömöríthet is. 19

20 7. Alkalmazási réteg: üzenetek Üzenetváltási felületet biztosít a felhasználói processzeknek, alkalmazásoknak, Ismert protokollokat használhat Szolgáltatások hirdetése szolgáltatás, Fájl- és nyomtatószolgáltatás, Kommunikációs szolgáltatások, Directory szolgáltatások, Egységes terminál protokoll: távoli géphasználati szolgáltatás, X11 protokoll: grafikus megjelenítés és beavatkozás közvetítés szolgáltatás Stb. Vadász 20 Service advertisment, FTP, NFS Kommunikációhoz: SMTP, MIME, POP3 protokollok Ssh, telnet protokollok, X11 protokoll Végül is, az adott operációs rendszer rendszerhívásai (API) az interfész: ebben a rétegben olyan syscall-ok kiszolgálók vannak, melyek a fenti funkciókat kezelik. 20

21 Ismételjük az alapfogalmakat Protokoll Szabályok halmaza, melyek két szeparált elem (entitás) közötti adatcserét szabályozzák (2 elem társalgásához ua. a "nyelvet" használni!) Ebben konvenciók a kommunikáció tárgyáról, az időzítésekről (sebesség, sorrendiség stb.), hogyanjáról stb. A protokolloknak van szintaxisa, szemantikája Protokoll a társ-entitások között (peer-entities) van! Interfész Két réteg között. Leírja az alsó réteg által nyújtott szolgálatokat, az ezek kéréséhez szükséges adatokat és vezérlő információkat, a szolgálatok eredményét adó információkat, ezek "hogyanját" is. Vadász 21 21

22 Ismételjük az alapfogalmakat Referencia modell A rétegek ajánlott számát, a rétegek funkcióit adja meg, de nem határoz meg konkrét protokollokat és interfészeket! Hálózati architektúra Rétegek és protokollok halmaza, ami már elég információ az implementáláshoz. Maga az implementáció azonban nem része, még az interfészek specifikációja sem! Vadász 22 22

23 OSI modellen alapuló architektúra Vadász 23 Nem látszik igazán, hogy ez már architektúra csak jelződik (Kellene még az összes protokoll specifikáció, olyan részletességgel, hogy implementálni lehessen.) 23

24 OSI modellre alapozott protokollverem Data DU Application A Data ADU Presentation P A Data PDU Session S P A Data SDU Transport T S P A Data TDU Network N T S P A Data Csomag Data Link D N T S P A Data D Keret Physical Bitek Vadász 24 DU Data Unit A Alkalmazási Header/ Data Unit P Megjelenítési ~ S Viszony ~ T szállítási ~ N Hálózati ~/packet D Adatkapcsolati keret kezdet-vég / keret Az egyes rétegekbeli DU a rétegbeli protokoll eleme. Látszik az encapsulation (felülről lefelé haladva a protokollvermen az adategységekhez hozzáadódik a megfelelő fej (header) ) A decapsulation ugyan nem látszik, de elképzelhetjük 24

25 Más referencia modellek A DoD (Department of Defense) modell Application Layer Data Host-to-Host (Transport) TCP-H Data Internetwork Layer (IP) IP-H TCP-H Data Network Access (Lan, WAN techn.) MAC-H IP-H TCP-H Data Vadász 25 Lehetnek! Híres modell a DoD modell, a TCP/IP protokollszövettel! Az USA Dept. Of Defense által elfogadott, az ARPANET-ben használt modell, amire a TCP/IP protokollszövet épül Mi, hogyan felel meg ebben az ISO modellnek? Egy-az-egyes megfelelés: a Host-to-Host (Transport) a Szállításinak; Az Internetwork a Hálózatinak Nem egy-az-egyes megfelelés: Csak Application Layer van szemben a Viszony-, Megjelenítési- és Alkalmazói réteggel Ebben persze megvalósíthatók olyan "szolgálatok", amik az OSI modellben külön rétegben vannak... Csak Network Access van, szemben az Adatkapcsolati- és Fizikai réteggel A TCP/IP szövet érdekes, külön előadásban foglakozunk vele 25

26 Szolgálatok (services) Az OSI modell egyes rétegeinek feladata, hogy jól definiált szolgálatokat nyújtson a fölötte lévő rétegnek. Szolgálat elérési pont (SAP: Service Access Point) fogalma: A szolgálatok ezeken keresztül érhetők el. Minden SAP egyedi azonosító címmel rendelkezik Vadász 26 Térjünk vissza az "általánosabb" OSI világhoz, az ottani terminológiához! A SAP: egy újabb címvilág! Remember! Voltak a MAC (fizikai) címek, a hálózati+host címek, feljebb címek helyett esetleg nevek tere, Mindegyik rétegben létezik a SAP címvilág Például a DoD modellre alapozott architektúrában a (BSD) socket címek! 26

27 Az általános modell Pl.: N+1. rétegbeli funkcionális elem egy interfész adatelemet (IDU: Interface Data Unit) küld a SAP-on keresztül az N. rétegbeli funkcionális elemnek. N+1. réteg interfész N. réteg IDU ICI SDU SAP ICI SDU Header N-PDU Az N. réteg elemei N-PDU-kat cserélnek N. rétegbeli protokolljaikban. SDU-t esetleg szétdarabolva, fejrésszel ellátva keletkezik P-NDU. SDU SDU: szolgálati adatelem PDU: protokoll adatelem ICI: interfész-vezérlő információ Vadász 27 Az IDU áll ICI (Intefész vezérlő információ-elem) + SDU (szolgálati adatelem) komponensekből. Az SDU áll N+1-beli fejrészből + adatból: ez egy (N+1)-PDU (N+1 szintű protokoll adatelem) amihez az N. rétegbeli szolgálat a saját header-ét hozzáteszi: így N rétegbeli protokoll adatelemmé válik. Na, van olyan réteg, ami a kapott SDU-kat összenyalábolja. Van, amelyik szétdarabolja A mások oldalon az N rétegbeli funkcionális elem (erről nem szól a rajz) N- PDU-t kap (az alsó interfészén keresztül ) és arról "leveszi" a headert (lesz belőle SDU), és azt feladja a fölöttesnek. Itt is kell valami azonosító, hogy mely szolgálat-primitív "kapja" az N-PDU-t Mindjárt látjuk ezt a szolgálat-primitíveket. 27

28 A szolgálatok típusai Összeköttetés alapú szolgálat (connection oriented) összeköttetés felépítés, használat, lebontás. Sorrendhelyes kapcsolat. Két variáns: üzenetsorozat (üzenethatárok megmaradnak), bájt-sorozat (nincsenek üzenethatárok). Vadász 28 Az öszeköttetés alapú szolgálatokra jellemző, hogy az adatelemek sorrendhelyessége megmarad! Az ilyeneknél az adatelemek címzésénél elegendő az összeköttetés címet megadni... 28

29 A szolgálatok típusai Összeköttetés mentes szolgálat (connectionless service) Az üzenetek (üzenet darabok) cél és feladó címet tartalmaznak, egymástól függetlenül továbbítják őket. Eredmény: Nem sorrendhelyes kapcsolat. Mindkettő lehet nyugtázott (megbízható), vagy nyugtázatlan (megbízhatatlan) Vadász 29 Nem feltétlenül sorrendhelyes a kapcsolat. Megbízható-megbízhatatlan, mindjárt tisztázzuk... 29

30 Szolgálat-primitívek Valamely szolgálatot primitívek, azaz műveletek halmazával írhatunk le. Az OSI modellben 4 primitív osztály: Kérés (request): egy funkcionális elem valamely tevékenység végrehajtását kéri. Bejelentés (indication): egy funkcionális elemet informálni kell egy eseményről. Válasz (response): egy funkcionális elem válaszolni akar egy eseményre. Megerősítés (confirm): egy funkcionális elemet informálni kell a kérésről. Vadász 30 Kérés (request): egy funkcionális elem valamely tevékenység végrehajtását kéri. Fentről lefelé... Bejelentés (indication): egy funkcionális elemet informálni kell egy eseményről. Alulról fölfelé... Válasz (response): egy funkcionális elem válaszolni akar egy eseményre. Fentről lefelé... Megerősítés (confirm): egy funkcionális elemet informálni kell a kérésről. Alulról fölfelé... 30

31 Szolgálat-primitív példák Megerősítetlen (nyugtázás nélküli) szolgálat: csak kérés-bejelentés, válasz-bejelentés (ábra) Kérés: felső réteg kérése az alsó felé valamiért Bejelentés: alsó réteg bejelentéssel értesül a kérésről (hogy kérés történt : kérés bejelentés) Válasz: a másik felső réteg válaszol Bejelentés: a felső réteg a válaszról bejelentéssel értesül (válasz bejelentés) Megerősített szolgálat: kérés, bejelentés, válasz, megerősítés (ábra) Vadász 31 Mindjárt lesz egy ábra, most jegyezzük meg 31

32 Megerősítetlen (nyugtázás nélküli) szolgálat Megerősített (nyugtázott) szolgálat A hoszt B hoszt A hoszt B hoszt Kérés n+1-ből n-be Kérés n+1-ből n-be Bejelentés n-ből n+1-be Bejelentés n-ből n+1-be Bejelentés n-ből n+1-be Kérés n+1-ből n-be Kérés n+1-ből n-be Megerősítés n-ből n+1-be Bejelentés n-ből n+1-be Válasz n+1-ből n-be idő idő Vadász 32 Megerősítetlen (nyugtázás nélküli) szolgálat: csak kérés, bejelentés, válasz, bejelentés (ábra) Kérés: felső réteg kérése az alsó felé valamiért Bejelentés: alsó réteg bejelentéssel értesül a kérésről (hogy kérés történt : kérés bejelentés) Válasz: a másik felső réteg válaszol Bejelentés: a felső réteg a válaszról bejelentéssel értesül (válasz bejelentés) Megerősített szolgálat: kérés, bejelentés, válasz, megerősítés (ábra) 32

33 Egy "hétköznapi" példa Milli nénit telefonon teára hívom. Megerősített összeköttetés létesítés megerősítetlen adat-továbbítással és összeköttetés bontással [Tanenbaum, p.44] Jelölések: C.K: Connect.Kérés C.B: Connect.Bejelentés C.V: Connect.Válasz C.M: Connect.Megerősítés D.K: Data.Kérés D.B: Data.Bejelentés DC.K: Disconnect.Kérés DC.B: Disconnect.Bejelentés Vadász 33 33

34 Milli nénit teára hívom 1. C.K: Tárcsázok 4. C.M: A csöngés abbamarad 5. D.K: Hívom teára 8. D.B: Hallom 9. DC.K: Leteszem a kagylót 2. C.B: Kicsöng a telefon 3. C.V: Milli felveszi 6. D.B: Milli hallja 7. D.K: Mondja, eljön 10. DC.B: Hallja, letettem Vadász 34 Miért megerősített a connection? És miért megerősítetlen (az-e?) a disconnection? Ez miért megerősítetlen adattovábbítás? Mert nincs visszaigazolva, hogy mit hallok Hogyan lehetne megerősíteni? Pl. a 8. lépés után visszamondom, hogy ezt és ezt hallottam. Figyeljünk fel arra, hogy a 7. lépés nem megerősítés az 5-ikre! Az volna a megerősítés, ha Milli azt mondaná: Hallom, hogy hívsz teára, és nem D.K lenne, hanem D.M! 34

35 A fizikai réteg - alapfogalmak Átviteli mód Alapsávú: az adatjeleket diszkrét elektromos v. fényimpulzus formájában viszik át. Lehet jeltorzulás. A csatornakapacitást egyetlen adatjel továbbítására használják. Pl. 4 feszültségszint: 4 jelzés 4 fényintenzitás: 4 jelzés stb. Szélessávú: jellemző az analóg átvitel. Az adatjeleket vivőhullámokra ültetik, és 3 jellemző (amplitúdó, frekvencia, fázis) valamelyikét változtatva hozzák létre a jelzést (modulálnak). Pl. 2 amplitudószint + 4 fázisváltozás: 8 jelzés (kombinált moduláció) Vadász 35 Folytassuk az alapfogalmakkal. A jelzés, a jel változása fogalom. 35

36 A fizikai réteg - alapfogalmak A csatorna adatátviteli (bitátviteli) sebessége [bps] Átvitt adatmennyiség [bit] idő [sec] A csatorna jelzési sebessége (1 másodpercre eső jelzésváltozások száma) [baud] Átvitt jelzés szám [db] idő [sec] Vadász 36 A csatorna adatátviteli sebességét gyakran fogjuk csatornakapacitás néven is nevezni. A jelzési sebességhez: ahányszor a jel értéke (pl. feszültségé) változik másodpercenként. Vegyük észre, hogy egy b baudos vonal nem feltétlenül b bps-ses! Ugyanis egy jel érték több bitet is hordozhat! 36

37 A fizikai réteg - alapfogalmak Csatorna jelterjedési sebesség [m/sec] Jelterjedés távolsága [m] idő [sec] Csatorna sávszélesség A legmagasabb és legalacsonyabb átvitt frekvenciák különbsége Egy valóságos csatorna sávkorlátozott Teljesítményveszteség miatt (a jel által egy adott frekvencián (Furier együtthatók) szállított energia veszteségei miatt) Beépített szűrők miatt is lehet Vadász 37 Később használjuk a jelterjedési sebességet is! Különböztessük meg a jelzési sebességtől! A jelterjedési sebesség hossz/idő dimenziójú, pl. km/sec. A sávszélességet néha adatátviteli-sebesség * idő szorzatként értelmezzük. Pongyolán fogalmazva néha az egységnyi idővel szorzott adatátviteli sebességet is sávszélességnek, kapacitásnak nevezzük. Adatátviteli kapacitás megnevezésére kölcsönözzük a sávszélesség megnevezést. 37

38 Maximális adatátviteli sebesség Zajmentes, sávkorlátozott csatornán elérhető maximális adatátviteli sebesség Nyquist (1924) bizonyította Ha tetszőleges jelet H sávszélességű alul-áteresztő szűrőn átengedünk, akkor szűrt jelből másodpercenként 2H-szor mintát véve az eredeti jel teljesen visszaállítható. Ebből: Max_adatátviteli_sebesség= 2 H log 2 V ahol H: a csatorna sávszélessége V: a jel diszkrét értékeinek száma (jelzések száma). (Azaz V érték log 2 V bitet hordozhat.) Vadász 38 (Pl. zajtalan 3 KHz-es csatorna bináris jelek (V=2) esetén 6Kbps max átviteli sebességet ad.) Nincs értelme H sávszélességű szűrőn áteresztett jelekről 2H-nál nagyobb frekvencián mintát venni Márpedig az előbb láttuk, minden csatorna sávkorlátozott: Teljesítmény veszteség miatt (a jel által az adott frekvencián szállított energia és a Furier együtthatók között kapcsolat) Beépített szűrők is lehetnek. A jelzéssebesség maximuma H sávszélességű szűrőn = 2H vagy b baud-os jelzéssebességű csatornára b/2-nál nagyobb sávszélességű szűrőt tegyünk 38

39 Zajos sávkorlátozott csatorna C. Shannon (1948) határozta meg a véletlen (termikus) zajjal terhelt csatornákra az elméleti maximális adatátviteli sebességet (információelméleti megfontolások alapján) Max_elérhető_adatátvit_seb= H log 2 (1+S/N) ahol H: a csatorna sávszélessége; S/N: a jel-zaj viszony (signal-to noise ratio) S: jelteljesítmény; N: zajteljesítmény, Vadász 39 39

40 A jel-zaj viszony A jel-zaj viszonyt általában decibelben (db) adják meg, ami S/N db = 10 log 10 S/N Azaz S/N S/N db Vadász 40 Így pl.: H=3000Hz; S/N db =30 db; max_seb = H * log 2 (1+S/N) S/N = 1000; log =9,967; max_seb=30kbps 40

41 A Shannon korlát Zajos sávkorlátozott csatornán a maximális adatátviteli sebesség független a jelszintek (jelzések) számától, a mintavételezési gyakoriságtól A gyakorlatban a Shannon korlát megközelítése is nehéz! Az előző 30 db-es csatorna tipikus hangátviteli telefonvonal, ezen 9600 bps már elfogadott, és ez is csak V=4 jelszintes (egy jelzés 2 bitet hordozhat) 4800 baudos jelzés-sebességű csatornán érhető el. A Shannon korlát információelméleti megfontolásokból származik és érvényességi köre rendkívül széles. Vadász 41 Jelzéssebesség analóg átvitelnél max 2*H (szélessávú, ahol modulálják a jelet) Jelzéssebesség alapsávú átvitelnél (ahol diszkrét jelek vannak, alapsávú) = jelzéssebesség baud-ban. Ez a tipikus analóg telefonvonal 3 KhHz-es (alul-áteresztő szűrő van benne) és tipikus a 30dB is. (Ma inkább 4 KHz!) Smax Shannon szerint tehát: 30 Kbps, H=3 KHz esetén a jelzésseb-max = 6 Kbaud. Nyquist szerint 6000* log 2 4 = 12 Kbps; Az elfogadott 4800*log 2 4 = 9600 bps; és ekkor a keresztülvitt felső harmonikusok száma 2. Szeretnénk 19,2 Kbps-t elérni! Ha maradunk a V=4-nél, akkor jelzéseb = 9600 baud kellene, ehhez H= 4800 Hz kell. Hát! Ezt a 3KHz-es szűrő levágja! Váltsunk át V=8-ra (egy jel 3 bitet ad), elegendő a 19200/3=6400 baud, ebből H=3200 Hz jön: még mindig kevés... És ha H = 4 KHz (ma már inkább!) Jelzéseb-max= 8000 baud lehet, Maradva a log 2 4-nél, ez is csak 16 Kbps. Kevés log 2 8=3-mal és jelzésseb-max=6400 baud, H=3200, na, ez már elég A PCM (lásd később) H = 4 KHz sávszélességű csatornát ad. Ebből a jelzéssebesség = 8000 baud. USA, Canada és Japán esetén V = 255 (amplitúdószint), ebből 56 Kbps jön A világ többi részén V = 256 (amplitudószint), ebből 64 Kbps az eredmény. Ez egy szokásos csatorna a digitális telefónia világban. 41

42 A fizikai közegek Az átviteli közegek. Céljuk: a nyers bitfolyam szállítása Jellemzőik: az elérhető adatátviteli sebesség Az erősítés nélkül áthidalható maximális távolság, a zavarvédettség, megbízhatóság (mechanikai tulajdonságok), üzenetszórásra, pont-pont átvitelre, esetleg mindkettőre való alkalmasság, ár, költségek. Vadász 42 Az átviteli közegek. Céljuk: a nyers bitfolyam szállítása Jellemzőik: az elérhető adatátviteli sebesség (jel/zaj viszony alapján a Shannon tételből), a gyakorlatban: alapsávú impulzus átvitel szélessávú (modulációs) átvitel. Az erősítés nélkül áthidalható maximális távolság, a zavarvédettség, megbízhatóság (mechanikai tulajdonságok), üzenetszórásra, pont-pont átvitelre, esetleg mindkettőre való alkalmasság, ár, költségek. 42

43 Az átviteli közeg Fémes vezetők (elektromos áram) Sodrott érpár Koaxiális kábel Üveg, műanyag (fényhullámok) Fiber optic Vezeték-nélküli átvitel (elektromágneses hullámok) mikrohullám, műholdas stb. Vadász 43 43

44 Sodrott érpár Elsősorban pont-pont kapcsolatra. Telefondrót Közeli központig (2-4 Km), modulált átvitel, néhány Mbps (pl E1: 2,048 Mbps), közepes zavarvédettség és megbízhatóság, olcsó megoldás. Vezető Sodrás: nem sodrott Dielectrikum vezetők "antennák"; Ér védő a sodrás csökkenti Fonat védő közöttük az Köpeny interferenciát. Vadász 44 44

45 STP STP (Shielded TP) árnyékolt csavart érpár Az ér-védő árnyékolás földként használható Csökkenti az interferenciát és áthallást (jó zavarvédettség, jó megbízhatóság) Növeli (azonban) a csillapítást. Nagy sebességű átvitelnél (pl. Token Ring) Valamivel drágább Vastagabb kötegek Vadász 45 45

46 UTP UTP (Unshielded Twisted Pair) árnyékolatlan csavart érpár Közepes zavarvédettség és megbízhatóság Valamivel olcsóbb, könnyű szerelni Tipikus 10BaseT Ethernet kábelezéshez 4 vezeték, adás és vétel ág, max 100 m, alapsávú impulzusátvitel Vadász 46 RJ-45 konnektor: 8 vezeték 46

47 UTP kategóriák Category 1: hangátvitel, telefonok Category 2: adatátvitel, 4Mbps, 1 MHz, régi tokenes LAN Category 3: hangátvitel, és régebbi 10BaseT (10Mbps, 16 MHz) Category 4: tipikus a 10BaseT és a tokenes hálózatokban, 20 MHz Category 5: most ez a kedvelt. Képes 100 Mbps-re (Fast Ethernet), ezért a 100BaseT hálózatban használják. 100 MHz. (3-4 csavarás-inch) Vadász 47 47

48 Koaxiális kábel Mind pont-pont, mind üzenetszórásra alkalmas Tipikus TV és LAN alkalmazás. Ethernet - üzenetszórásos 10Base5 Vastag Ethernet 10Base2 vékony Ethernet Felépítés rézmag, szigetelő dielektrikum, fonott külső vezető, műa. burok Vadász 48 48

49 Koaxiális kábelek Tipikus hullámimpedanciák: 50 : adat és rádiós kábel 75 : TV koax, 93 : ARCNET kábel (Novell) Alapsávú átvitel esetén: 10 Mbps (Ethernet): 500 m: vastag koax, 187 m: thin koax. Moduláltan: kb 150 Mbps, 100 Km távolságig Kábeltelevízió használja a moduláltat műsorszórás Számítógép kapcsolat Vadász 49 Tipikus hullámimpedanciák: 50 : adat és rádiós kábel 75 : TV koax, 93 : ARCNET kábel (Novell) Alapsávú átvitel esetén: 10 Mbps (Ethernet): 500 m: vastag koax, 187 m: thin koax. Moduláltan: kb. 150 Mbps, 100 Km távolságig Kábeltelevízió használja a moduláltat műsorszórás kb. 6 MHz csatornákon, az erősítők egyirányúak, ebből: kb. 3 Mbps adatátviteli sebesség adódhat. Külön visszautat építenek ki. Számítógép kapcsolat lehetséges, spec modem kell, külön frekvencián ad-vesz. 49

50 Koax kábel A koax kábel (1 ponton földelni) jó zavarvédettségű, jó megbízhatóságú. Közepesen drága (a thin E olcsóbb, mint az UTP). Üzenetszórásos csatorna (bus) kialakítás koax kábelen: egyetlen tápvonal, a végén hullámimpedanciával lezárni. Nagyimpedanciás csatlakozások (transciever: adó-vevő), feszültségfigyelés, áramgenerátoros hajtás. T dugó, vagy rászúrható, vámpír csatlakozás (működés közben is) BNC csatlakozó és adapter Vadász 50 BNC Bayonett Neill-Concelman (Neil-Concelman bajonett) csatlakozó, ill. Barrel Nut Connector British Naval Connector Bayonett Naval Connector 50

51 Optikai kábel Hajszálvékony üveg (szilikát) szál, fényhullámokat "vezet" Kiváló zavarvédettség, jó megbízhatóság. 100 Mbps-2000 Mbps szinte természetes, de már demonstráltak 4 Gbps-t 10 km távolságon Tipikusan pont-pont kapcsolatokra. Magas költségek (csatlakozások, toldások, adók/vevők). Csatlakozók: FC SC ST Vadász 51 51

52 Az optikai kábel Hajszálvékony üveg (szilikát) szál. Mag (magasabb törésmutató), magátmérő: µm (tipikus: 62,5 µm) alacsonyabb törésmutató kívül (clad) (tipikus átm: 125 µm). Laser/light µm Cladding Üveg mag (core) Speciális védőburkolat Beesési szög Visszaverődési szög Vadász 52 52

53 Fénykábelek A fény a kritikus szög alatt visszaverődik, fölötte: elnyelődik Látható fény frekvencia: közel 10 8 MHz: potenciálisan óriási sávszélesség! A fényhullámhossz és a magátmérő viszonyától függően lehet Multimódusú (Non Axial), vagy Monomódusú (Single; Axial) üvegszálas kábel. Vadász 53 53

54 Multimódusú szál Magátmérő > fényhullámhossz A fény a határfelületeken visszaverődve halad, a különböző hullámhosszú fényhullámok különböző időben érkeznek (modal dispersion). Szokásosan az adó: LED (Light Emitting Diode), vörös látható (hullámhossz: 850 nm), a vevő fotodióda/tranzisztor. Áthidalható < 10 Km, opt. Ethernet 2 Km, FDDI Adatátviteli sebesség: < 1 Gbps (eszközfüggően több is). Vadász 54 54

55 Monomódusú (axial) szál Magátmérő = fény hullámhossz hullámőrző tulajdonság: a fény elhajlik a szállal. Az adó félvezető lézer, infravörös 1300 nm hullámhossz, kisebb csillapítás, nagyobb áthidalható távolság, kb. 100 Km. Gyors, az adatátviteli sebesség < 10 Gbps (eszközfüggően több is lehet). Vadász 55 55

56 Vezetéknélküli átvitel 10 2 Hz Csavart érpár Telefonszolgálat Coaxális kábel AM rádio FM rádio és TV Földi mikrohullámú Satellite Optical fiber Rádio Microhullám Infravörös Ultraviola Látható Elektromágneses hullámok terjedése a "levegőben" (nem kell fizikai összeköttetés) Nagy távolságokra is Vadász 56 56

57 URH rádió Kis távolságú, alacsony sebességű mobil összeköttetés a bázis állomás és a terminálok között. Kielégítő rendelkezésre állás, időjárás és pozíciófüggő bit-hiba arány. Radio field of coverage of base station BS F 2 F 3 F 1 F 2 F 3 F 1 F 2 F 3 F 1 BS = Base station F 2 F 3 F 1 F 2 = User computer/terminal F 1, F 2, F 3 = Frequencies used in cell Vadász 57 57

58 Földi mikrohullámú Közepes, vagy nagy távolság áthidalása (költséges kábel helyett), stabil állomások között, ahol van mikrohullámú rálátás. Nagy sebesség, időjárásfüggő. föld földi állomás közötti direkt vonal Mikrohullámú adó/vevő torony Két földi állomás között távolság kb. 50 km Vadász 58 58

59 Távközlési műholdak Mikrohullámú átvitel (nagytávolságú számítógép hálózatokhoz is) földi állomás és műholdak között. nagy sebesség (bár időjárásfüggés: az eső elnyel) van, gond a magas terjedési késleltetés. Transzponder: bizonyos spektrumot figyelnek, erősítenek és visszaadnak (interferenciaelkerülés miatt más spektrumon, különböző polarizációval). Nemzetközi egyezmények a frekvenciasávokra. Geostacionárius műholdak kb Km magasságban: msec késleltetést is okozhatnak. Három műhold az egész földet "lefedheti". Vadász 59 59

60 Műhold frekvenciák Optimális az 1-10 GHz. Alatta atmoszférikus zajok, elektromos eszközök zajai; Fölötte erős atmoszférikus csillapítás. C band 4/6 GHz "fölfelé" (uplink) GHz "lefelé" (downlink) GHz KU band 12/14 GHz (nagyobb trasponder érzékenységet kíván) uplink GHz downlink GHz Vadász 60 60

61 Lézeres optikai Kistávolságú, stabil telepítésű (pl. épületek között), nagy sávszélesség, időjárásfüggő. Vadász 61 61

62 A közeg kiválasztásának tényezői Sávszélesség és adatátviteli sebesség: a szükségletünknek megfelelőt válasszuk Távolság: figyelembe venni, milyen távolságot hidalhatunk át. Figyelembe kell venni a késleltetést is! Minőség: tolerálhatók bizonyos hibák, vagy sem (zavarvédettség, megbízhatóság) Üzenetszórásra való alkalmasság Költség: a közeg és az eszközök különböző költségűek Vadász 62 62

63 Hasonlítsunk össze Földi rádiós Lézeres Mikrohull Műholdas Adatátv. sebesség 16 Kbps 10 Mbps 100 Mbps 500 MHz, több 500 Mbps Áthidalható táv Km 1-2 Km 100 Km kontinensre Késleltetés 3 µs/km - 3 µs/km msec Zavarvédettség Megbízhatóság közepes jó jó Kiváló Üzenetszórás alkalmas Pont-pont Pont-pont alkalmas Ár Vadász 63 63

64 Alapfogalmak átviteli mód Átviteli mód Alapsávú: az adatjeleket diszkrét elektromos v. fényimpulzus formájában viszik át. A csatornakapacitást egyetlen adatjel továbbítására használják. A bitfolyamot kódolni kell. Szélessávú: jellemző az analóg átvitel. Az adatjeleket vivőhullámokra ültetik, és 3 jellemző (amplitúdó, frekvencia, fázis) valamelyikét változtatva hozzák létre a jelzést: modulálnak. Vadász 64 Ismételjünk. Két féle átviteli mód van. 64

65 Alapsávú impulzusátvitel: jelkódolás Egyszerű bináris jelkódolás bináris értékekhez a jelszintek (feszültség vagy áram): pl. 1: 1 V; 0: 0 V Probléma szinkronizálás, ha csupa 0 jön (nincs jelváltozás). Ezen segíthet pl. a Manchester kódolás Vadász 65 65

66 Manchester kódolás A Manchester-kódolás Minden bitperiódus 2 részre oszlik, mindig van átmenet: 1: magas-alacsony, 0: alacsony-magas átmenet. Hátránya: kétszeres sávszélesség igény (fele olyan széles impulzusok). Különbségi Manchester kódolás (a M-kódolás variánsa) 1: a bitidő elején hiányzó átmenet, 0: a bitidő elején jelenlévő átmenet és a bitidő közepén mindig van átmenet! Vadász 66 66

67 Példa 3 különböző jelkódolásra A bitidő közepén: 1: ; 0: 1: bitidő elején hiányzó, 0: bitidő elején meglévő, és közepén mindig! Vadász 67 67

68 Jelek modulálása Ilyen kell pl. analóg távbeszélőrendszeren való digitális jelátvitelhez A távbeszélőrendszer: nyilvános kapcsolt hálózat az egész világot behálózó (analóg) kapcsolt-vonali hálózat Gond a digitális jelek analóg kapcsolt-vonali továbbítása. Modem (modulátor-demodulátor) kell. Feladata: kapcsolat felépítés és bontás (mint a telefon) tárcsázás, sávon belüli jelzés DTMF jelek a digitális bitfolyam modulált vivőjellé alakítása (és vissza). Vadász 68 68

69 Digitális bitfolyam modulált vivőjellé alakítása Modulációs módszerek. A szinuszos vivőhullámon amplitúdó moduláció: a vivőjel amplitúdóját változtatják; frekvencia moduláció: a vivőjel frekvenciáját változtatják; fázis moduláció: a vivőjel fázisát változtatják. És kombinált. Vadász 69 69

70 A moduláció formái Vadász 70 70

71 Kombinált amplitúdó és fázis moduláció 0, 90, 180 és 270 fokos fázisonként (4 db) két amplitudó szint: ez 8 lehetséges jelzés. Ez 3 bit/baud-os technika. 30 fokos fázisváltások, ezekből 8-hoz egy, négyhez két amplitudó szint: 16 jelzéskombináció lehet. Ez 4 bit/baud-os technika. Ez 2400 baud-os vonalon 9600 bps-t biztosít. Vadász 71 71

72 Analóg jelek digitális vonalon A telefóniában a trönkökön digitális átvitel van... Viszont az előfizetői hurkok analógok. Szükséges tehát kódoló-dekódoló (coder-decoder: codec): ami analóg jeleket digitális bitsorozattá (és vissza) alakítja Vadász 72 72

73 Analóg beszédcsatornán digitális adatok Az analóg beszédcsatorna 0-4 KHz a sávszélesség, ez (Nyquist szerint) 8000 minta/sec-kel visszaállítható. Azaz 125 µsec/minta (125 µsec-enként egy keret), és ezt egy 8 bites (USA-ban 7 bites) számmá konvertálni PCM (Pulse Code Modulation) a neve Egy hangcsatorna 2*4K*8 64 Kbps sebességű (Amerikában csak 7 bit ott csak 56 Kbps) Szabványos PCM sebességek USA, Japán (CCITT, Bell System) T 1 : 1,544 Mbps 24 PCM csatorna T 2 : 6,312 Mbps T 3 : 44,736 Mbps T 4 : 274,176 Mbps Európa (CCITT) E 1 : 2,048 Mbps : 30PCM + 2 jelzés csat. E 2 : 8,848 Mbps E 3 : 34,304 Mbps E 4 : 565,148 Mbps Vadász 73 H = 4 KHz; ebből a jelzéssebesség = 8000 baud [8000 minta/sec]. Amerikában, Japánban a µ-law szerint V=255 (255 amplitudó szint) használatos: ez log 2 V = 7 Másutt az A law szerint V = 256 (256 amplitúdó szint) használatos: ez log 2 V = 8 73

74 PCM vivők A T1 vivő 24 PCM csatornát nyalábol egy csatornán 7 adat + 1 vezérlőbit, 56 Kbps; egy keret: 24 * 8 bit + 1 keretképzési bit = 193 bit; 1 keret (193 bit)/ 125 µsec: 1,544 Mbps Az E1 vivő 30 PCM+2 jelzéscsatornát nyalábol a 125 µsec-os keretbe 32*8 bites minta; 256 bit / 125 µsec: 2,048 Mbps Szabványos PCM sebességek USA, Japán (CCITT, Bell System) T 1 : 1,544 Mbps 24 PCM csatorna T 2 : 6,312 Mbps T 3 : 44,736 Mbps T 4 : 274,176 Mbps Európa (CCITT) E 1 : 2,048 Mbps : 30PCM + 2 jelzés csat. E 2 : 8,848 Mbps E 3 : 34,304 Mbps E 4 : 565,148 Mbps Vadász 74 74

75 Kódolási rendszerek Hogy lehetne kódolással az átviendő bitek számát csökkenteni? Különbségi impulzus-modulációval (differential pulse code modulation): az aktuális és a megelőző minta különbségét viszik át Delta modulációval: csak 1 bittel jelzik, hogy a jel nő, vagy csökken (lemaradhat) Prediktív kódolással (predictive encoding): előző néhány értékből extrapolálva megjósolják a következő értéket, majd az aktuális és a becsült érték különbségét továbbítják. A dekódoló is ugyanezzel a módszerrel becsül. Vadász 75 75

76 Alapfogalmak: kommunikációs módok Három mód ismert: Szimplex Csakis egy irányban továbbítják az adatokat Half duplex Mindkét irányban, de felváltva továbbítják az adatokat Protokoll kell a konverzációhoz Full duplex Szimultán mindkét irányban mehet a forgalom Vadász 76 76

77 Kapcsolási technológiák Connection Circuit Switching Message Switching Datagram Switching Virtual Circuit Switching Vadász 77 77

78 Vonalkapcsolt hálózat Vonalkapcsolás Kapcsolat felépítés (connection) a végpontok között (hátrány: ez időigényes lehet), a dedikált vonalon kommunikáció a végpontok között (előny: nincs csat. elérési késleltetés, nincs torlódás), végül kapcsolat bontás. Impulzusszerű (burst-ös) forgalom esetén nem kedvező (kihasználatlanság léphet fel). Pl. a nyilvános kapcsolt telefon hálózat ilyen. Vadász 78 78

79 Üzenetkapcsolás Üzenetkapcsolt hálózat Teljes üzenet feladása megtörténik, a csomópontok tárolják, majd továbbítják (storeand-forward) az üzenetet. Nincs korlát az üzenet méretére. Nagy késleltetés (nem interaktív, nem lehet valós idejű), bár prioritások kialakíthatók, továbbá nagy tárolókapacitás igény a csomópontokon. A torlódás kontrollálható, jól kihasználja a mediát, Vadász 79 79

80 Csomagkapcsolás Csomagkapcsolt hálózat Felülről korlátos méretű csomagokat (packets) állítanak elő az üzenetek feldarabolásával. A csomópontok között kapcsolaton (link-en) "dinamikusan osztoznak" a csomagok Korlátos tárolókapacitás igény a csomópontokon, kisebb késleltetés lehetséges (interaktív kommunikációra is alkalmas). Nagyobb lehet az átbocsájtó képesség. Átlapolt működés valószínű (hosszabb üzenet első csomagjait már feldolgozzák, mikor a többit még csak adják). Vadász 80 80

81 Virtuális vonalkapcsolás Csomagkapcsolás, de logikai útvonal alakul ki a végpontok között, a csomagok ugyanazt az útvonalat használják (ezért feladási sorrendjükben érkeznek). Hasonlít a vonalkapcsoláshoz, de az útvonal nem dedikált (más csomagok is osztoznak egyes linkeken). A logikai útvonal létesítéséhez kapcsolat felépítés kell! Szembesítve a datagram kapcsolással: ennél minden csomag függetlenül továbbítódik, sorrend "felborulhat" (rendező protokoll kell), nem kell kapcsolat felépítés. Vadász 81 81

82 Virtual Circuit Switching A virtual circuit #1 2 4 B B C Logikai kapcsolat (logical connection, virtual circuit: VC) létesül két állomás között. A csomagok a VC számmal és a sorszámukkal címkézettek A 1 3 virtual circuit #2 5 C Vadász 82 82

83 Datagram Switching A B.3 B.2 B.1 C.3 C.2 C.1 2 B.3 B.2 B.1 C.3 C.2 C.1 B.3 B.2 4 B B C Minden csomag függetlenül továbbítódik A csomagok a cél címmel és a sorszámukkal címkézettek. Sorrendjük "felborulhat". A 1 C.1 B.1 3 C.3 C.2 5 C Vadász 83 83

84 Gyors vonalkapcsolt hálózat: ISDN ISDN (Integrated Services Digital Network): integrált szolgáltatású digitális hálózat Kialakítási cél volt: integrálni a hang és a digitális átviteleket; a távbeszélőrendszert újratervezni ezért a CCITT szabványosította (nem az ISO) ben jóváhagyták, 1988-ban finomították Olyan, mint a vonalkapcsolás, csak nagyon gyorsan épít/bont... Vadász 84 84

85 Az ISDN alapgondolata A digitális bitcső (digital bit pipe), amin a bitek mindkét irányban folyhatnak Külön jelzéscsatorna a kapcsolat menedzselésére, de ha a kapcsolat felépült, tetszőleges digitális adat (telefon, fax, digitális adat, pl. kép stb.) továbbítható. A bitcső nyalábolható: időosztásos multiplexeléssel több független csatornát támogat. Vadász 85 85

86 A felépítés 2 vezeték (192 Kbps), fiber NT: Network Termination 8 vezetékes ISDN busz, 2 adás, 2 vétel, 4 táp; passzív, max 1 km ISDN központ Előfizetői végződés (NT) T U Az NT után lehet ISPBX, ami S referenciapontos eszközöket, pl. LAN-t kapcsolhat... Címezhető ISDN eszközök A címeket az NT osztja ki bekapcsoláskor. Az ISDN bitcsőhöz a "hozzáférést" is az NT intézi. A T interfészhez max 8 TE1 berendezés csatlakozhat. Vadász 86 86

87 A felépítés U ET LT REG NT1 T TE1 TE1 U,T,S,R: referenciapontok ET: Központvégződés (Exchange Termination) LT: Vonalvégződés (Line Termination) NT1: 1-es hálózatvégződés NT2: 2-es hálózatvégződés TA: Végberendezés illesztő (Terminal Adaptor) TE1: ISDN végberendezés (Terminal Equipment No1) TE2: Nem ISDN végberendezés REG: Regenerátor NT2 S TA TE1 R TE2 TA R TE2 Vadász 87 87

88 CCITT csatornatípusok A: 4 KHz-es analóg telefoncsatorna B: 64 Kbps PCM csatorna hang és adatátvitelre C: 8 v. 16 Kbps digitális csatorna D: 16 v. 64 Kbps digitális csatorna az átvivő sávon kívüli jelzések számára E: 64 Kbps digitális csatorna az átvivő sávon belüli jelzések számára H: 384 v, 1536 v Kbps digitális csatorna Szabványos kombinációk: 1) Alaphozzáférés: 2 B + 1 D 16 2) Primer hozzáférés: USA és Japan: 23 B +1 D 64 (~ T1) Európa: 30 B + 1 D 64 (~E1) 3) Hibrid: 1 A + 1 C (gyakorlatilag nem használják) Vadász 88 88

89 Gyakorlat 1. feladat Adatátviteli sebesség Mekkora jel-zaj viszony lehet egy E1 vivő 50 KHz-es sávszélességű vonalon? 2. feladat Kódolás Vázoljuk a jelváltozásokat a következő bitsorozatnál: a) bináris, b) Manchester és c) különbségi Manchester kódolásnál! Vadász 89 Az 1. feladat megoldása: 2gyak/1; Shannon tétel, 123,3 db A 2. feladat megoldás: 2gyak/2, 89

90 Gyakorlat 3. feladat Adatátviteli sebesség Milyen max jel-zaj viszonyra számíthatunk egy telefonvonal esetén, ha azt PCM csatornán továbbítjuk? 4. feladat Adatátviteli sebesség Egy adatátviteli csatorna sávszélessége 30 MHz, melyen legfeljebb 120 Mbps sebességgel kívánunk adatokat továbbítani. a) Legalább hány jelet kell tudnunk megkülönböztetni a fizikai közegen ezen max adatátviteli sebesség eléréséhez? b) Mennyi lehet a maximális jelsebesség a csatornán? c) Ezen max sebességhez milyen minimális jel-zaj viszonyt kell biztosítani? Vadász 90 A 3. f. megoldása: 2gyak/3; 48,2 db A 4. megoldása: 2gyak/4; a) V=4; b) jseb=60 baud; c) S/NdB=11,7 db; 90

91 Gyakorlat 5. feladat Adatátviteli sebesség Egy modem működési diagramjának adatpontjai a következő koordinátákkal adott: a) (1,1); (1,-1); (-1, 1); (-1, -1) b) (0, 1); (0, 2) Hány bps adatátviteli sebességet érhet el a modem ilyen paraméterekkel 1200 baud-os jelzéssebesség esetén? Milyen modulációt használ a modem? Vadász 91 91

92 Gyakorlat 6. feladat Vonal és csomagkapcsolás összehasonlítása X bit üzenet továbbítása vonalkapcsolt, ill. csomagkapcsolt hálózaton történik adott paraméterekkel. Időket keresünk, összehasonlítjuk, melyik a jobb. A paraméterek, jelölések: Vonalkapcsolt hálózat Áramkör felépítési idő Adatátviteli sebesség Ugrások száma s [sec] b [bps] k Csomagkapcsolt hálózat Ugrásonkénti késleltetés (feldolgozási idő) Csomagméret Adatátviteli sebesség d [sec] p [bit] b [bps] Kérdések: Mekkora lesz a késleltetési idő (az első bit mikor érkezik)? T k =? Mekkora lesz az adatátviteli idő? T átv =? Vadász 92 92