Az Internet fizikája. Vattay Gábor ELTE Komplex Rendszerek Fizikája Tanszék

Átírás

1 Az Internet fizikája Vattay Gábor ELTE Komplex Rendszerek Fizikája Tanszék

2 Az Internet fizikája Vattay Gábor ELTE Komplex Rendszerek Fizikája Tanszék

3 Mik azok a komplex rendszerek? A világ sok-sok apró építıkockából áll, kvarkok, gluonok, foton, elektron, proton 300 éve kezdtük megtanulni hogyan vonzzák, taszítják és lökdösik egymást 100 éve kezdtük megérteni miért van az idınek iránya, miért haladnak a dolgok a rendbıl a rendetlenség felé 50 éve kezdjük vizsgálni, hogy ennek ellenére miért szervezıdik az anyag egyre bonyolultabb komplex szervezetekbe 3. oldal

4 Kooperáció,Evolúció elemi részek atomokba egyre bonyolultabb atomokba az atomok molekulákba egyre bonyolultabb molekulákba a molekulák kondenzált szerkezetekbe egyre bonyolultabb szerkezetekbe a sejtek élılényekbe egyre bonyolultabb élılényekbe megjelenik a beszéd és a kommunikáció az emberek társadalmakba egyre bonyolultabb társadalmakba

5 Kommunikáció!

6 A kommunikáció fejlıdése Egyre több információ, egyre távolabbra és egyre gyorsabban: Hang: gyorsan csillapodik~ 10 m Lovas futár: lassú és gyorsan elfárad Fényjelek, füstjelek Posta (lovas postakocsi) Mechanika fejlıdik, gızgép, vasút, posta Elektromosság, rézdrót, távíró, telefon Az emberiség 100 éven át jól elvan a telefonnal 6. oldal

7 Telefon központ és hálózat 1878 Puskás Tivadar 7. oldal

8 Megjelenik a számítógép ENIAC 1946

9 Neumann János

10 Szuperszámítógép központok Blue Gene, Livermore National Laboratory, USA 10. oldal

11 Mire jók a szuperszámítógépek? 11. oldal

12 Szuperszámítógép gerinchálózat oldal

13 Hogyan néz ki a hálózat? Alhálózat Számítógép Helyi hálózat 13. oldal

14 Hogyan mőködik a hálózat? Küld számítógép Alhálózat Fogadó számítógép Csomag A C router úgy dönt, hogy nem D-n, hanem E-n keresztül küldi tovább a csomagokat 14. oldal

15 Egy router 15. oldal

16 Az Internet topológiája

17 Az Internet születése Growth of the ARPANET (a) December (b) July (c) March (d) April (e) September oldal

18 18. oldal

19 Egy Internet szolgáltató hálózata

20 Sok-sok szolgáltató hálózata

21 Számítógép hálózat topológiája Telefon Internet 21. oldal

22 Fedezzük fel a hálózatot! A tracert (traceroute) paranccsal megkérdezhetjük, hogy hogyan juthatunk el a számítógépünkrıl egy másik számítógépre. Válasszunk néhány helyet és nézzük meg! Bécs Párizs New York San Diego, California 22. oldal

23 Az EU tudományos kutatási hálózata 23. oldal

24 tracert oldal

25 tracert oldal

26 tracert oldal

27 tracert oldal

28 28. oldal

29 Az Internet fizikai alapjai A sávszélesség

30 A számítógépek magasabb hangon beszélnek Kezdetben a számítógépeket is telefon vonalakkal kötötték össze A telefon drótok beszéd átvitelére készültek, a magas hangokat nem viszik át kb Hz felett A számítógépek nyelven beszélnek, aminek sebességét bit/másodperc-ben mérik 30. oldal

31 Adatátvitel a drótokon és a diszkó effektus Minél távolabbról hallgatunk egy koncertet vagy diszkót, annál inkább csak a dobolás mély, alacsony frekvenciás hangjait halljuk, mert a levegı jobban elnyeli a magas hangokat Minél hosszabb rézkábelt használunk a telefonáláshoz, annál jobban kiszőrıdnek a magas rezgések 31. oldal

32 Hány rezgésnek kell átjutnia? 32. oldal

33 A Nyquist korlát 1000 bit/s = sec enként egy 0 vagy 1 jel 1000 Hz Nyquist sávszélesség < frekvencia/2 Max Hz max bit/sec A modemek megjelenése legyızi a Nyquist korlátot 33. oldal

34 Modemek ek (a) A bináris jel (b) Amplitudó moduláció (c) Frekvencia moduláció (d) Fázis moduláció 34. oldal

35 Modemek ek 35. oldal

36 Modemek ek (a) (b) 36. oldal

37 A Shannon korlát Kb. 8 bit vihetı át egy 1 Hz-nyi sávszélesség esetén rézdrótban Kb bit vihetı át Hz között a rézdróton Claude Shannon 37. oldal

38 A Shannon korlát legyızése Hogyan lehet nekem otthon mégis szélessávú elıfizetésem (pl. ADSL) réz kábelen? Mint a diszkóban: Minél rövidebb a drót, annál kevésbé csillapodnak a magas rezgések 38. oldal

39 John Tyndall oldal

40 Száloptika 40. oldal

41 1 decibel/km = a fényjel energiája a 79%-ára esik 1 km alatt 41. oldal

42 A száloptika fıbb állomásai 1962 szilárdtest lézer 1970 kellı tisztaságú üvegszál 70-es évek eleje: az USA hadseregének kifejlesztik az optikai kábel telefont 1977 amerikai nagyvárosok között üvegkábel 1980 a Téli Olimpia (Lake Placid, New York) optikai video közvetítése 1990 a Bell Labban 2.5 Gbit/sec 7500 km erısítés nélkül db 10 Gbit/sec-es szál = 1Tbit/sec 42. oldal

43 Nielsen törvénye A sávszélesség évente 50%-kal növekszik (1998) 43. oldal

44 A gondolat sebessége

45 A jelek terjedési sebessége az Interneten Küldjünk adatokat két számítógép között és mérjük le mennyi idı alatt érnek át! A csomagok két fajta késleltetést szenvednek: várakoznak a számítógépekben és routerekben arra hogy feldolgozzák ıket közel fénysebességgel terjednek a kábelekben 45. oldal

46 Mi kell a méréshez? GPS vevı PC egy számítógép és egy speciális mérıkártya Pontosság: 10 ns Világidıben

47 Laboratóriumi mérés 10 m 78 m ELTE-Ericsson kutató laboratórium oldal

48 A csomagok átérési ideje 10 m és 78 m 48. oldal

49 A mérés eredménye 78m -10 m = 68 m=0.068 km t=0.5 µs= sec. v=0.068 km/ sec =136000km/sec különbözı kábelekben a fénysebesség fele-kétharmada közötti sebességek 49. oldal

50 Mérjük meg a terjedési sebességet otthon vagy az iskolában! A ping parancs Elküldünk egy próba csomagot egy számítógépnek A számítógép megkapja és visszaküld egy köszönetet A ping parancs leméri, hogy mennyi idı telik el a küldés és a köszönet megérkezése között = körbeutazási idı (round trip time, RTT) 50. oldal

51 ping complex.elte.hu

52 Az eredmény értelmezése körbeutazási idı = várakozási idı + fizikai haladási idı fizikai haladási idı: állandó várakozási idı: véletlenül változik attól függıen, hogy sokat vagy keveset kell-e várnunk a várakozás oka a csomagok torlódása ha sokat várunk, megkereshetjük a minimális körbeutazási idıt fizikai haladási idı 52. oldal

53 ping Budapest-Bécs-Budapest 434 km

54 ping Budapest-Párizs-Budapest2496 km

55 ping Budapest-New York-Budapest km

56 Budapest-San Diego-Budapest 20180

57 Elemezzük a mérést! kb km/s 191 ms km

58 A várakozási idı vizsgálata A várakozási idı, mint láttuk folyton változik A várakozást fıként a csomagjaink sorbanállása okozza A sorok hossza a routerekben jellemzı arra, hogy mekkora a torlódás a hálózatban A torlódást láthatóvá tehetjük, hasonlóan, mint ahogyan az orvosok a tomográffal bele tudnak nézni a testünk folyamataiba 58. oldal

59 Mérıállomásaink Európában 59. oldal

60 A hálózat egy napja

61 Köszönöm a figyelmet! Érdekl dés: vattay@elte.hu IST Future and Emerging Technologies 61. oldal