Távközlési informatika I.

Átírás

1 Dr. Beinschróth József Távközlési informatika I. 4.rész ÓE-KVK Budapest, 2017.

2 Tartalom Hálózati architektúrák: szabványgyűjtemények A fizikai réteg: bitek továbbítása Az adatkapcsolati réteg: kapcsolatvezérlés és közeghozzáférés Példák az adatkapcsolati rétegre épülő technológiákra A hálózati réteg 1: funkciók és protokollok A hálózati réteg 2: Útvonalválasztás Példa hálózati rétegre épülő technológiára A szállítási réteg Az alkalmazási réteg Kriptográfia IPSec, VPN, határfelületi védelem QOS és multimédia Kiegészítő fejezetek 2

3 A fejezet tartalma Vezetékes LAN-ok Vezeték nélküli LAN-ok Bluetooth PLC, BPL (Power Line Communication, Broadband over Power Lines) DOCSIS SOHO 3

4 A LAN (Local Area Network) architektúra a modell első két rétegét fedi le A LAN széles körben elterjedt technológia A modell első két rétegét fedi le, a LAN architektúrákban az adatkapcsolati rétegnek meghatározó szerepe van. LLC (Logical Link Control) Logikai kapcsolatvezérlés Adatkapcsolati réteg MAC (Media Access Control) Ethernet (CSMA/CD) Token Bus TokenRing Fizikai réteg Fizikai réteg Alapsávú koax Szélessávú koax Sodrott érpár Optikai kábel 4 Vezetékes LAN-ok

5 A LAN épületen belül vagy egymás közelében levő épületekben valósul meg (1) Viszonylag kis távolságon belül elhelyezett intelligens eszközök: fizikai kiterjedés korlátos: max. néhány km, az átviteli idő előre ismert (mikro-, nanoszekundum nagyságrendű késleltetés). Tipikusan épületen, egymás közelében levő épületeken, vállalaton, intézményen, telephelyen belül valósul meg. Az adatátvitel egy erre a célra létrehozott kommunikációs csatornán valósul meg (nem vesz igénybe kapcsolt vagy bérelt távbeszélő ill. adathálózatokat). Tipikusan magánhálózat egyetlen tulajdonos és adminisztráció kezelésében működik. Cél: a számítógépek, nyomtatók és egyéb közös források megosztása, üzenetküldés. Tipikusan többszörös hozzáférés. 5 Vezetékes LAN-ok

6 A LAN épületen belül vagy egymás közelében levő épületekben valósul meg (2) Az állomások a fizikai közeget közösen használják. (Multiple Access) A LAN-ok alapvetően a közeghozzáférés vezérlés (Media Access Control) megoldásában térnek el. Különféle topológiák léteznek Mbps adatátviteli sebesség, az átviteli idő korlátos. A hálózati forgalom vezérlése az egyenrangú kommunikáció elvére épül (nincs kitüntetett berendezés). Fizikai közegek: koax (régi), UTP, optikai szál 6 Vezetékes LAN-ok

7 A LAN többféle elemből épül fel Számítástechnikai eszközök (szerverek, munkaállomások, nyomtatók stb.) Hálózati kártya Hálózati elemek Aktív elemek (repeater, router, HUB, switch ) Passzív elemek (kábelrendszer, csatlakozók, kábelrendezők ) 7 Vezetékes LAN-ok

8 A LAN-ok számos előnyt nyújtanak (1) Osztott adathozzáférés. Egy felhasználó hozzáférhet olyan állományhoz, amely egy másik gépen tárolódik, ill. fájlokat tárolhat egy másik gépen. Probléma: azonos időben történő hozzáférés. Egyéb hálózati erőforrások (tipikusan nyomtatók) több felhasználó általi használata. Az eszközök kihasználtsága növekszik (nem szükséges minden felhasználó számára nyomtató, a drága nyomtatókhoz mindenki hozzáférhet). Üzenetek továbbítása a felhasználók között. 8 Vezetékes LAN-ok

9 A LAN-ok számos előnyt nyújtanak (2) , üzenetküldési parancsok. Licence kezelés optimalizálása. Csak a konkurens userek számának megfelelő licence szükséges. Üzemeltetés optimalizálása. Tetszőleges gépről elérhető konfigurációs adatbázisok (pl. user adatbázis), távoli hozzáférések. A hibatűrés, a megbízhatóság növekedése. Redundanciák alkalmazásával elérhető, hogy egy eszköz hibája nem jelenti egy szolgáltatás kiesését (nyomató, szerver ). Ezek csak lehetőségek: nem a LAN szintjén valósulnak meg. 9 Vezetékes LAN-ok

10 A LAN-okra számos szabvány vonatkozik - IEEE 10 Vezetékes LAN-ok

11 A LAN-okra számos szabvány vonatkozik IEEE 802 szabványok High level Interface 802.1p General Registration Protocol 802.1q Virtual Bridged LANs Logical Link Control Carrier Sense Multipple Access/ Collition Detect (CSMA/CD) 802.3u Fast Ethernet Token-Passing Bus Token-Passing Ring Metropolitan Area Networks Broadband Technical Advisory Group Fiber Optic Technical Advisory Group 802.9a IsoENET Integrated Voice and Data Networks Network Security ( Wireless LANs) 11 Vezetékes LAN-ok

12 Speciális LAN virtual LAN (vlan) v=virtual Az egyes állomások nincsenek egymás közelében, tipikusan az interneten keresztül vannak összekapcsolva, de úgy viselkednek, mintha egy LAN-on lennének. (Pl. PPTP kapcsolat) Az állomások logikailag vannak egy csoportba (vlan) szervezve. (LAN estén a közösen használt fizikai közeg kapcsolta össze az állomásokat.) A vlan egy broadcast domain-nek tekinthető. A logikai csoportosítás alapja lehet: MAC cím, IP cím, protokoll típus, port szám, stb. 12 Vezetékes LAN-ok

13 A LAN-ok egyaránt lehetnek csillag, gyűrű és bus topológiájúak Strukturált kábelezés: látszólag csillag topológia 13 Vezetékes LAN-ok

14 Többféle LAN technológia létezik Ethernet IEEE Token Passing Az Ethernet és az IEEE nem ugyanaz. Az Ethernet a XEROX terméke, amely gyakorlatilag az IEEE megvalósítása (apróbb különbségektől eltekintve). 14 Vezetékes LAN-ok

15 Az Ethernet technológiát elterjedten használják Ethernet Token Passing IEEE Éter: az elektromágneses hullámok terjedéséhez szükséges hipotetikus közeg. A leginkább elterjedt, domináns LAN megvalósítás (1970-es évek óta létezik). Megbízható, költség optimális, rugalmas, minimális karbantartást igényel. A TCP/IP-hez jól illeszkedik. Népszerűségének okai Kompatibilisek a különböző sebességű keretek. Nyílt szabvány. Egyszerű, olcsón megvalósítható. Jól illeszkedik az adathálózatok igényeihez. 15 Vezetékes LAN-ok

16 Az Ethernet folyamatosan fejlődik, kompatibilitását a régi változatokkal megőrzi Ethernet Token Passing IEEE Folyamatosan fejlődik, kompatibilitását a régi változatokkal megőrzi. Fejlesztése a Xerox-ban indult. DIX Ethernet szabvány (Digital, Intel, Xerox): 10 Mbps. Az IEEE a DIX Ethernetből jött létre. Változatai (adatátviteli sebességek): Klasszikus Ethernet (10Mbps 1980.; IEEE ). Fast Ethernet (100Mbps; IEEE 802.3u ). Gigabit Ethernet (1000Mbps; IEEE ab, z 1998.). 10 Gigabit Ethernet (10Gbps IEEE ak, ae ). Ethernet SNAP (SubNetwork Access Protocol) a hiányosságainak kiküszöbölése kompatibilis. 16 Vezetékes LAN-ok

17 Számos Ethernet változat létezik Ethernet Token Passing IEEE Típus Megnevezés Kábel Max. hossz. Csomópont / szegmens Hagyományos Ethernet Fast Ethernet Gigabit Ethernet 10 Gigabit Ethernet Megjegyzés 10Base5 Vastag koax 500m 100 Eredeti 10Base2 Vékony koax 185m 30 10BaseT Sodrott érpár 100m 1024 Költség optimális 10BaseF Optikai kábel 2000m 1024 Épületek között 100BaseT4 Sodrott érpár 100m 100 Cat3 UTP 100BaseTX Sodrott érpár 100m 100 Cat5 UTP 100BaseFX Fényvezető 2000m 2000 Pont-pont szál 1000BaseSX Fényvezető 550m szál 1000BaseLX Fényvezető 5000m szál 1000BaseCX 2 pár STP 25m 1000BaseT 4 pár UTP 100m Cat5 UTP 10GBaseCX4 10GBaseT 10GBase-LRM 17 Vezetékes LAN-ok

18 10Base5: klasszikus megoldás Ethernet Token Passing IEEE Base5: Az eredeti Ethernet elrendezés (vastag Ethernet (802.3) kábelátmérő: 0,5 ) 18 Vezetékes LAN-ok

19 10Base5: távolság max. 500m-ig Ethernet Token Passing IEEE Elnevezés, szabvány Topológia Kábel, csatlakozó Kódolás Vastag Ethernet 10 Mbps, alapsávi átvitel, max. 500 m IEEE Busz Az adó-vevő egység külön készülék: transzciever Koax, vastag, merev, 0,5, lezárás: 50 Ohm vámpír csatlakozó, 2,5 m-enként, leágazás nem engedélyezett Manchester Bitidő: 100ns Végpontok Megjegyzés Max. 100 A kábelen a csatlakozók elhelyezéséhez jelzések vannak Túlhaladott megoldás 19 Vezetékes LAN-ok

20 10Base5: a számítógépek transceiveren keresztül kapcsolódnak a hálózatra Ethernet Token Passing IEEE Vezetékes LAN-ok

21 10Base2: a számítógépek T csatlakozókon keresztül kapcsolódnak a hálózatra (1) Ethernet Token Passing IEEE Vezetékes LAN-ok

22 10Base2: a számítógépek T csatlakozókon keresztül kapcsolódnak a hálózatra (2) Ethernet Token Passing IEEE Vezetékes LAN-ok

23 10Base2: távolság cc. 200m-ig Ethernet Token Passing IEEE Elnevezés, szabvány Topológia Kábel, csatlakozó Kódolás Végpontok Megjegyzés Vékony Ethernet 10 Mbps, alapsávi átvitel, max. 185 m IEEE 802.3a Busz Az adó-vevő egység nem külön készülék: a csatolókártya tartalmazza Koax, vékony 0,25, lezárás: 50 Ohm Leágazások T csatlakozókkal Manchester Bitidő:100ns Max. 30 Működés közben, kiesés nélkül nem csatlakoztatható új végpont Könnyen kezelhető, hajlékony kábel, de a szakadásokra érzékeny Túlhaladott megoldás 23 Vezetékes LAN-ok

24 10Base2: a kábelrendszer elemei Ethernet Token Passing IEEE Vékony koaxiális kábel BNC csatlakozóval Vékony koaxiális kábel BNC T elosztó csatlakozóval BNC lezáró elem 24 Vezetékes LAN-ok

25 10BaseT: látszólag csillag topológiájú Ethernet Token Passing IEEE UTP kábelek SWITCH/HUB (Logikai buszt valósít meg) 25 Vezetékes LAN-ok

26 10BaseT: UTP kábelt használ Ethernet Token Passing IEEE Elnevezés, szabvány Topológia Kábel, csatlakozó Kódolás Végpontok Megjegyzés 10BaseT: 10 Mbps, alapsávi átvitel, T=Twisted Max. 100m IEEE 802.3i Csillag/Busz Az adó-vevő egység nem külön készülék: a csatolókártya tartalmazza Cat3 UTP 4x2 érpáras patch kábelek (egyenes és cross link), bekötés: TIA/EIA-T568A, illetve T568B RJ-45 csatlakozó, csak 4 ér használt Manchester Bitidő:100ns Max Működés közben, kiesés nélkül is csatlakoztatható új végpont Túlhaladott megoldás 26 Vezetékes LAN-ok

27 10Base-T: a csatlakozók bekötését szabvány tartalmazza (1) Ethernet Token Passing IEEE RJ-45 bekötés (TIA/EIA T568A) Tű Érpár Ér Szín fehér/zöld zöld fehér/narancs kék fehér/kék narancs fehér/barna barna 27 Vezetékes LAN-ok

28 10Base-T: a csatlakozók bekötését szabvány tartalmazza (2) Ethernet Token Passing IEEE RJ-45 bekötés (TIA/EIA T568B) Tű Érpár Ér Szín fehér/narancs narancs fehér/zöld kék fehér/kék zöld fehér/barna barna 28 Vezetékes LAN-ok

29 10Base-T: a kétféle bekötés eltérő funkciójú kábelt eredményez Ethernet Token Passing IEEE A 10Base-T hubok (elosztók) és switchek (kapcsolók) az adást az 1 és 2 tüskén, a vételt pedig a 3 és 6 tüskén végzik, a végpontok pedig fordítva, az adást a 3 és 6 tüskén, a vételt pedig az 1 és 2 tüskén. Ebből adódik, hogy amikor egy végpontot kell egy elosztóhoz, kapcsolóhoz, vagy patch panelhez csatlakoztatni, akkor az egyenes kábelt, vagyis a T568A bekötést kell alkalmazni. Amennyiben két végpontot, vagy egy elosztót/kapcsolót és egy másik elosztót/kapcsolót kell összekötni egymással, akkor pedig a crosslink (keresztbekötött) kábelt, vagyis a T568B bekötést kell alkalmazni. 29 Vezetékes LAN-ok

30 10BaseF: Ethernet optikai szálon (802.3i) Ethernet Token Passing IEEE Elnevezés, szabvány Topológia Kábel, csatlakozó Kódolás 10 Mbps, alapsávi átvitel, F=Fibre Max. 2000m IEEE 802.3j Csillag Az adó-vevő (optikai feldolgozó egység) nem külön készülék: a csatolókártya tartalmazza Optikai kábel Optikai csatlakozók NRZ, NRZI Bitidő:100ns Végpontok Max Megjegyzés Tipikusan épületek közötti használat 30 Vezetékes LAN-ok

31 10Base-F: Speciális optikai csatlakozók Ethernet Token Passing IEEE Vezetékes LAN-ok

32 100BaseTX: Fast Ethernet 2 sodrott érpáron Ethernet Token Passing IEEE Elnevezés, szabvány Topológia Kábel, csatlakozó Kódolás 100 Mbps, alapsávi átvitel, T=Twisted, DupleX Max. 100m IEEE 802.3u Csillag/Busz Az adó-vevő egység nem külön készülék: a csatolókártya tartalmazza Cat5 UTP RJ-45 csatlakozó 4B5B Bitidő: 10ns Végpontok Megjegyzés Működés közben, kiesés nélkül is csatlakoztatható új végpont A 10BaseT-hez képest az a különbség, hogy a bitidő tizedre csökkent Duplex: egy-egy érpár mindkét irányba 32 Vezetékes LAN-ok

33 100BaseTX: CAT5-ös UTP kábelt használ Ethernet Token Passing IEEE Vezetékes LAN-ok

34 100BaseT2: Fast Ethernet 4 sodrott érpáron (duál duplex átvitel Ethernet Token Passing IEEE Elnevezés, szabvány Topológia Kábel, csatlakozó Kódolás Végpontok Megjegyzés 100 Mbps, alapsávi átvitel, T=Twisted Max. 200m IEEE 802.3y Csillag/Busz Az adó-vevő egység nem külön készülék: a csatolókártya tartalmazza Cat3 UTP RJ-45 csatlakozó PAM5: ötszintű impulzus-amplitúdó moduláció ötszintű jelek DSP (Digital Signal Processing) alkalmazás; Bitidő: 10ns Max Működés közben, kiesés nélkül is csatlakoztatható új végpont Duál duplex: mindkét érpáron kétirányú forgalom A 100Base-TX gyors elterjedése után jelent meg, ezért nem is került kereskedelmi forgalomba. 34 Vezetékes LAN-ok

35 100BaseT4: Fast Ethernet 4 sodrott érpáron Ethernet Token Passing IEEE Elnevezés, szabvány Topológia Kábel, csatlakozó Kódolás Végpontok Megjegyzés 100 Mbps, alapsávi átvitel, T=Twisted Max. 100m IEEE 802.3u Csillag/Busz Az adó-vevő egység nem külön készülék: a csatolókártya tartalmazza Cat3 UTP RJ-45 csatlakozó 4 sodrott érpár 8B6T Bitidő: 10ns Max. 100 Működés közben, kiesés nélkül is csatlakoztatható új végpont A fast Ethernet korai változata, elterjedten használt Mindkét irányba egy-egy dedikált érpár, a másik kettő dinamikusan van valamelyik irányhoz rendelve 35 Vezetékes LAN-ok

36 100BaseFX: Fast Ethernet optikai szálon Ethernet Token Passing IEEE Elnevezés, szabvány Topológia Kábel, csatlakozó Kódolás Végpontok Megjegyzés 100 Mbps, alapsávi átvitel, F=Fibre Max. 400m (félduplex üzemmód); 2000m (duplex) IEEE 802.3u Csillag Az adó-vevő egység nem külön készülék: a csatolókártya tartalmazza Optikai kábel Optikai csatlakozók 8B6T, NRZI Bitidő: 10ns Max Működés közben, kiesés nélkül is csatlakoztatható új végpont Nem kompatibilis a 10BaseF-fel 36 Vezetékes LAN-ok

37 100Base-FX: Optikai kábelre épül Ethernet Token Passing IEEE Vezetékes LAN-ok

38 1000Base-CX: Gigabit Ethernet sodrott érpáron (STP) Ethernet Token Passing IEEE Elnevezés, szabvány Topológia Kábel, csatlakozó Kódolás 1 Gbps, alapsávi átvitel, CX=Shilelded Balanced Copper Max. 25m IEEE 802.3z Csillag 2 pár STP DE9 vagy 8P8C (8Position8Contact, az RJ45-höz hasonló) 8B10B Bitidő: 1ns Végpontok n.a. Megjegyzés A 25m miatt a gyakorlati felhasználhatóság korlátozott 38 Vezetékes LAN-ok

39 1000Base-CX: Speciális csatlakozók Ethernet Token Passing IEEE DE9 8P8C 39 Vezetékes LAN-ok

40 1000BaseLX: Gigabit Ethernet optikai szálon Elnevezés, szabvány Ethernet Token Passing 1 Gbps, alapsávi átvitel, LX=Long wavelength optical Max. 550m-5km (az alkalmazott kábeltől függően) IEEE 802.3z IEEE Topológia Csillag Kábel, csatlakozó Optikai kábel Optikai csatlakozók Kódolás 8B10B Bitidő: 1ns Végpontok Általában gerinchálózati alkalmazások esetén használják Megjegyzés Több változata van, pl. a 1000BaseLX10 10km nm hullámhossz 40 Vezetékes LAN-ok

41 1000BaseSX: Gigabit Ethernet optikai szálon Ethernet Token Passing IEEE Elnevezés, szabvány Topológia 1 Gbps, alapsávi átvitel, SX=Short wavelength optical Max. 220m-550m (az alkalmazott kábeltől függően) IEEE 802.3z Csillag Kábel, csatlakozó Optikai kábel Optikai csatlakozók Kódolás 8B10B Bitidő: 1ns Végpontok Általában gerinchálózati alkalmazások esetén használják Megjegyzés Több változata van, pl. a 1000BaseLX10 10km nm hullámhossz 41 Vezetékes LAN-ok

42 1000BaseT: Gigabit Ethernet sodrott érpáron (UTP) Ethernet Token Passing IEEE Elnevezés, szabvány Topológia 1 Gbps, alapsávi átvitel, T=Twisted Max. 100m IEEE 802.3ab Csillag Kábel, csatlakozó Kódolás Végpontok Megjegyzés 4 pár UTP Cat5 PAM5: ötszintű impulzus-amplitúdó moduláció 5 szintű jelek DSP (Digital Signal Processing) alkalmazás Bitidő: 1ns n.a. Hybrid áramkörök alkalmazásával minden érpáron kétirányú forgalom Változat 1000Base-TX: CAT6 kábel 42 Vezetékes LAN-ok

43 1000BaseT: Gigabit Ethernet sodrott érpáron (UTP) Ethernet Token Passing IEEE Elnevezés, szabvány Topológia 1 Gbps, alapsávi átvitel, T=Twisted Max. 100m IEEE 802.3ab Csillag Kábel, csatlakozó Kódolás Végpontok Megjegyzés 4 pár UTP Cat5 PAM5: ötszintű impulzus-amplitúdó moduláció - 5 szintű jelek DSP (Digital Signal Processing) alkalmazás Bitidő: 1ns n.a. Hybrid áramkörök alkalmazásával minden érpáron kétirányú forgalom Változat 1000Base-TX: CAT6 kábel 43 Vezetékes LAN-ok

44 10Gigabit Ethernet: Az Ethernet technológia kiterjesztése WAN-okra Ethernet Token Passing IEEE ae Távolság: Több 10km (Változattól függően akár 80km) elérhető Jellemzően optikai kábel (850, 1310, ill. 1550nm hullámhossz) Duplex, nincs szükség a CSMA/CD-re Kódolás:8B10B ill. 64B/66B Változatok 10GBaseSR (65m) 10GBaseSW (65m) 10GBaseLR (10000m) 10GBaseLW (10000m) 10GBaseER (40000m ill m) 10GBaseEW (40000m ill m) 10GBaseLX4 (300m ill m) 44 Vezetékes LAN-ok

45 10Broad36: szélessávú Ethernet Ethernet Token Passing IEEE Broad: szélessávú 802.3b Kábeltelevíziós jelek továbbítására használják. 75 ohmos CATV kábelen 3600 m távolságig továbbíthatók a jelek. A gyakorlatban nem terjedt el Túlhaladott 45 Vezetékes LAN-ok

46 Az Ethernet keretformátum gyakorlatilag minden változatban azonos (1) Ethernet Token Passing IEEE Ethernet keretformátum - MAC réteg Preamble 8 byte Destination Address 6 byte Source Address 6 byte Type 2 byte Data byte Frame Check Sequence 4 byte A keretidő az egyes változatoknál a tizedére csökkent 46 Vezetékes LAN-ok

47 Az Ethernet keretformátum gyakorlatilag minden változatban azonos (2) Ethernet Token Passing IEEE Mező Preamble Source/Destination Address Type Data Frame Check Sum (FCS): Jelentés Ethernet: (64 bit) 6 byte-os cím A beágyazott protokoll típusát kódolja byte, a MAC keret SDU-ja, a 46 a minimum, ez a minimális keretmérethez szükséges Hibafelismerésre szolgál Az Ethernet SNAP keretformátuma is hasonló. 47 Vezetékes LAN-ok

48 Az Ethernet keretformátum gyakorlatilag minden változatban azonos (3) Ethernet Token Passing IEEE Gyártók Azonosítók 3Com Cabletron NEC NeXT Novell Western Digital Xerox Xircom C D C F B C AA C7 48 Vezetékes LAN-ok

49 Az IEEE keretformátum majdnem teljesen megegyezik az Ethernet keretformátummal (1) Ethernet Token Passing IEEE IEEE keretformátum - MAC réteg IEEE keretformátum Preamble 7 byte Start of Frame Delimiter 1 byte Destinati- on address 2/6 byte Address 2/6 byte Length 2 byte Data byte Check Sequence 4 byte A keretidő az egyes változatoknál a tizedére csökkent 49 Vezetékes LAN-ok

50 Az IEEE keretformátum majdnem teljesen megegyezik az Ethernet keretformátummal (1) Ethernet Token Passing IEEE byte-os Address mező 6 byte-os Address mező (Ethernet és IEEE 802.3) I/G* 1 bit Address 15 bit I/G* 1 bit U/L 1 bit Address 46 bit I/G: Individual/Group U/L: Uniform/Local I/G bit: 0 egyedi cím 1 csoport cím U/L bit: 0 egységes címzési rendszer 1 helyi (egyedi) címzési rendszer 50 Vezetékes LAN-ok

51 Az IEEE keretformátum majdnem teljesen megegyezik az Ethernet keretformátummal (3) Ethernet Token Passing IEEE Mező Jelentés Preamble (56 bit) Start of Frame Delimiter: 802.3: Source/Destination Address 6 byte-os cím és U/L=0 esetén a maradék 46 bitből 24 bit (3 byte) a gyártót azonosítja, a további 22 biten pedig a gyártó különbözteti meg az egyes kártyákat. Length (802.3): A Data mező hossza byte-okban (max. 1500) A beágyazott protokoll (a kódok 1500-nál mindig nagyobbak) Data: byte, a MAC keret SDU-ja, a 46 a minimum, ez a minimális keretmérethez kell. Frame Check Sum (FCS): A hibafelismerésre szolgál 51 Vezetékes LAN-ok

52 Az Ethernet keret különböző beágyazott protokollokat hordozhat Ethernet Token Passing IEEE Beágyazott protokoll X Address Resolution Protocol AppleTalk 80-9B AppleTalk ARM 80-F3 DEC LAT IBM SNA 80-DC IP Netware IPX/SPX SNMP 81-4C X.25 Layer Hexa kód Type értelmezés esetén (Ethernet) a protokoll kódok 1500-nál (Hex 05-DC) mindig nagyobbak. 52 Vezetékes LAN-ok

53 Az Ethernetben a közös média biztonsági problémát jelenthet Ethernet Token Passing IEEE Az adatok átvitele során minden, a közös átviteli médiára csatlakoztatott Etherneteszköz képes elolvasni az éppen küldés alatt álló keret tartalmát, azonban a célállomás címe után már csak az az eszköz folytatja a keret fogadását, amelynek címe egyezik a megjelölttel. Ez alól kivételt képez a tisztán 1-esekből álló ún. broadcast cím aminek észlelése estén a csomagot az állomásnak feltétel nélkül fogadnia kell. (A broadcast cím használható a minden a hálózatra csatlakoztatott eszköz egyidejű "megszólítására".) A legtöbb ma használatos kártya ismer egy speciális, ún. promiscuous átvitel módot, amikor is nem csak a részére szánt, hanem az összes többi állomás felé küldött csomagot fogadja és továbbítja a felsőbb rétegek felé. Ez lehetőség komoly biztonsági rést teremthet a hálózaton, hiszen kihasználásával bármelyik a közös médiumra csatolt eszköz azonnal képes válik bármely két másik eszköz közti kommunikáció lehallgatására. 53 Vezetékes LAN-ok

54 Többféle Ethernet vonali kódolás létezik Ethernet Token Passing IEEE Hagyományos Ethernet Manchester kódolás +0,85V, -0,85V Fast Ethernet 8B/6T, 4B/5B redundáns kódolások, az alkalmazott kábeltől függően 8B/6T: 8 bit leképezve 6db 3 jelszinten kódolt jelre, 3 adatvezeték van), 4B/5B: 5 bites csoportok, de csak 16 bitkombináció használt Gigabit Ethernet 8B/10B fényvezető szál esetén 5 szintű jelek alkalmazása rétvezeték esetén 54 Vezetékes LAN-ok

55 Alkalmaznak speciális kódokat is Ethernet Token Passing IEEE A Fast Ethernet MAC keret formátuma megegyezik a 10Mbps-os Ethernet keretformátummal azzal a kiegészítéssel, hogy még a keret elejére bekerül az SSD a végére pedig az ESD mező. 4bites szimbólumokból lesznek 5 bites szimbólumok. Start of Stream Delimiter (SSD): J és K szimbólumok a 4B/5B kódolású jelből End of Stream Delimiter (ESD): T és R szimbólumok a 4B/5B kódolású jelből 55 Vezetékes LAN-ok

56 Az Ethernet topológia lehet bus, csillag vagy kevert Ethernet Token Passing IEEE Vezetékes LAN-ok

57 Mit mutat az oszcilloszkóp? Ethernet Token Passing IEEE Vezetékes LAN-ok

58 Az Ethernet szabványok kidolgozása folyamatosan történik (1) Ethernet Token Passing IEEE Szabvány Bevezetés Leírás Kísérleti szabadalom Ethernet II (DIX v2.0) 2.94Mb/s koax kábelen busz topológiával Mb/s vastag koax felett. Típus mezőt definiál. A TCP/IP protokolcsaládban minden közeg felett használható ez a keretformátum IEEE BASE5 10Mb/s vastag koax felett; Ez a formátum hasonló a DIX formátumhoz kivétel az, hogy a típus mező helyett hossz-mezőt használ. Az adatmezőben a protokollok azonosítását az LLC mező végzi a BASE2 10Mb/s vékony koax felett b BROAD c Mbps repeater d 1987 FOIRL (Fiber-Optic Ismétlők közötti kapcsolatra) e BASE5 vagy StarLAN i BASE-T 10Mb/s csavart érpár felett j BASE-F 10Mbps üvegszál felett u BASE-TX, 100BASE-T4,és 100BASE-FX Fast Ethernet: 100Mb/s (automatikus egyeztetéssel). 58 Vezetékes LAN-ok

59 Az Ethernet szabványok kidolgozása folyamatosan történik (2) Szabvány Bevezeté Leírás s 802.3x 1997 Full-duplex és folyamatvezérlés; DIX keretezés. Többé már nem kell megkülönböztetni a DIX/802.3 keretezést y BASE-T2 100Mb/s alacsony megbízhatóságú csavart érpár felett z BASE-X Gigabit Ethernet üvegszál felett (1Gb/s) Az alap szabvány átdolgozása az előző hibák korrigálása ac 1998 A maximális keret méret kiterjesztése 1522 bytes-ra (A Q címkézéshez). A Q cimke tartalmazza a 802.1Q virtuális LAN (VLAN) információkat és a 802.1p prioritás információt ab BASE-T Gigabit Ethernet csavart érpár felett (1Gbps) ad 2000 Párhuzamos kapcsolat - kapcsolat aggregáció Az alap szabványok ellenőzése a szükséges változtatások bevezetése ae GBASE-SR, 10GBASE-LR, 10GBASE-ER, 10GBASE-SW, 10GBASE-LW, és 10GBASE-EW 10Gb/s Ethernet üvegszál felett af 2003 Power over Ethernet (Ethernet 230-as hálózat felett) ah 2004 Ethernet in the first mile 802.3ak GBASE-CX4 10Gbps Ethernet iker axiális kábelen (twinax cable) Az alapszabvány módosítása. Ethernet Token Passing IEEE Vezetékes LAN-ok

60 Az Ethernet szabványok kidolgozása folyamatosan történik (3) Ethernet Token Passing IEEE Szabvány 802.3an 802.3ap 802.3aq 802.3ar 802.3as Bevezetés Leírás 10GBASE-T 10Gbps Ethernet árnyékolatlan csavart érpárú kábel felett (UTP). Backplane Ethernet (1Gb/s és 10Gb/s nyomtatott áramköri lap felett). 10GBASE-LRM 10Gbps Ethernet multimódusú kábel felett. Torlódás vezérlés. Keret kiterjesztés. Jákó András: Gigabit Ethetnet, 10 Gigabit Ethernet 60 Vezetékes LAN-ok

61 Vezérjel-továbbítás: Token Passing Ethernet Token Passing IEEE Ajánlás: IEEE (802.4) Token: bizonyosság, zseton, jel.. Token Ring, Token Bus (vezérjel-továbbítás) Vezérjel-továbbítás: egy jel (token üzenetküldési jog) halad a gyűrű mentén állomásról állomásra. A tokennek két állapota van, szabad ill. foglalt. Ha egy állomás foglalt tokent kap, akkor ezzel együtt egy üzenetet is kap. Eldönti, hogy neki szól-e, ha igen akkor elolvassa és továbbítja, ha nem, akkor csak továbbítja. Ha egy állomás szabad tokent kap és van üzenete, akkor foglaltra állítja a tokent és vele együtt a gyűrűbe teszi az üzenetét (akár több keretet is egy meghatározott időzítésen belül), ha nincs üzenete, akkor a szabad állapotú tokent továbbítja. Az állomás a vezérjelet legfeljebb a vezérjel tartási ideig birtokolhatja (token holding time), ez alatt akár több keretet is küldhet. Az üzenetet a gyűrűből az veszi ki, aki beletette, ezután szabadra állítja a tokent és továbbítja. Bizonyos időn így belül minden állomás kap lehetőséget üzenetküldésre. 4, 16, 100, 1000Mbps sebességek Az Ethernetnél kevésbé elterjedt, túlhaladott, didaktikai szempontból érdekes 61 Vezetékes LAN-ok

62 Logikai topológia: gyűrű Ethernet Token Passing IEEE Fizikai és logikai gyűrű topológia esetén: Token Ring Fizikai busz és logikai gyűrű esetén: Token Bus, azonban gyakran erre az esetre is használják a Token Ring elnevezést 62 Vezetékes LAN-ok

63 A kivételek kezelése bonyolult Ethernet Token Passing IEEE A vezérjel feldolgozása és felügyelete meglehetősen bonyolult. Felépülés Állomás ki/beléptetés Versenyhelyzet feloldás több állomás egyidejű gyűrűbe léptetése esetén Gyűrűszakadás Elveszett token Árván maradt keret Felügyelet: A monitor állomás feladata. Ha meghibásodik, az állomások új monitor állomást választanak. A monitor állomás vizsgálja a keretformátumokat, CRC-t stb. 63 Vezetékes LAN-ok

64 Fizikai gyűrűre épülő Token Passing: Token Ring Ethernet Token Passing IEEE Topológia Fizikai gyűrű. Minden állomás veszi és regenerálja a bináris jelsorozatot minden állomás repeater. Fizikai réteg Koax (75 Ohm), 1 vagy kétkábeles (irányonként egy kábel) változtok. Differential Manchester kódolás (+/- 3,5-4,5V) Alkalmazott szabálysértések (fizikai rétegbeli kódolás sértés) a Differential Manchester kódolásban. (J és K típusok) 64 Vezetékes LAN-ok

65 A J és K szimbólumok a keretek határolását végzik Ethernet Token Passing IEEE J K J K A J és K szimbólumok nem szabályos Differential Manchester kódok, keret szinkronizálásra használják őket. (Starting Delimiter, Ending Delimiter) Ez a keretezés egyik változata: a fizikai rétegbeli szabálysértés, ezért nevezik a szimbólumokat J-nek ill. K-nak. 65 Vezetékes LAN-ok

66 A gyűrű inicializálása Ethernet Token Passing IEEE Amikor bekapcsolják az első állomást, az észleli, hogy nincs forgalom. Ezért egy Claim token keretet küld el. (követelés) Mivel nem észlel más, vezérjelért versengő társat, ezért létrehoz egy vezérjelet, valamint egy gyűrűt, amelynek egy tagja lesz, ez az állomás. Rendszeres időközönként kéri új állomások belépési ajánlatát. 66 Vezetékes LAN-ok

67 A token keret Ethernet Token Passing IEEE Többféle keret lehetséges. Token keret (ha nincs forgalom, ez kering a gyűrűben) Starting delimiter (8bit) Access Control (8bit) Ending delimiter (8bit) P P P T M R R R 67 Vezetékes LAN-ok

68 A token keret mezői (1) Ethernet Token Passing IEEE Starting Delimiter Meghatározása az alkalmazott Differential Manchester kódolás szabályainak adott módon történő megsértésével történik. Starting Delimiter kódolása: JK0JK000 Ending Delimiter Meghatározása az alkalmazott Differential Manchester kódolás szabályainak adott módon történő megsértésével történik. Ending Delimiter kódolása: JK1JK1IE I bit jelentése: Intermediate Frame Bit (I): 0 utolsó keret; 1 közbenső keret E bit jelentése: Error Bit (E): Az adó a keretet E=0-val indítja. A gyűrűben minden állomás ellenőrzi a keretet (formátum, CRC stb.), ha hibát észlel E=1-et ír be. 68 Vezetékes LAN-ok

69 A token keret mezői (2) Ethernet Token Passing IEEE Access Control (Innen derül ki pl., hogy szabad token vagy foglalt, adatot továbbító token.) T: Token bit 0: Token keret; 1: Adat keret (A keretek azonosan kezdődnek.) M: Monitor bit (Minden ringben van egy monitor állomás. Ez kezeli a vezérjel vesztést, a gyűrűszakadást, a meghibásodott kereteket stb.) A keretet küldő állomás M=0-val indít, amikor megérkezik a monitor állomáshoz az M=1-be állítja. (Ha pl. a monitor állomáshoz M=1-gyel érkezik keret azt törli, árva keretnek tételezi fel.) 69 Vezetékes LAN-ok

70 A token keret mezői (2) Ethernet Token Passing IEEE Access Control (Innen derül ki pl., hogy szabad token vagy foglalt, adatot továbbító token.) P:Prioritások kezelése Ha egy állomás egy p prioritású keretet kíván küldeni, akkor addig kell várnia, míg olyan keretet nem kap, amelynek a prioritása kisebb vagy egyenlő p-vel. Keret lefoglalás: az állomás beállíthatja, hogy milyen prioritású keretet kíván küldeni Prioritási osztályok vannak. Egy-egy állomás saját döntése szerint, a saját státusza alapján határozza meg a prioritását (pl. real time alkalmazásokhoz) PPP: Priority mező 0,1,2,3 : Normál felhasználói prioritások 4: Bridge 5,6: Reserved Station management RRR: Reservation RRR: Reservation a token foglalására Token foglalásra az állomás elhelyezi aktuális prioritás értékét az RRR mezőbe. Ha nincs magasabb prioritású kérelem megkapja a tokent. (Még akkor is, ha vannak alacsonyabb prioritású igénylők is.) 70 Vezetékes LAN-ok

71 Az adat keret Ethernet Token Passing IEEE Starting Delimiter (8bit) Access Control (8bit) Frame Control (8bit) Destinaton Address (48bit) Source Address (48bit) Information (változó, nincs felső korlát) CRC (32bit) Ending Delimiter (8bit) Frame Státusz (8bit) P P P T M R R R 71 Vezetékes LAN-ok

72 Az adat keret mezői (1) Ethernet Token Passing IEEE Frame Control mező (FFZZZZZZ bitek) FF bitek: 00: MAC keret; 01: LLC keret ZZZZZZ bitek: FF=00 esetén a normál adatot ill. a különböző vezérlési funkciót megvalósító kereteket kódolják. Pl. Inicializálás Állomás ki/beléptetés Stb. Frame Status mező (a keret végén): Formátuma: ACrrACrr (A 4-4 bit tartalma ugyanaz) A keretet küldő állomást informálja a keret státuszáról miután a keret a gyűrűben egy körülfordulás után visszaérkezett. rr : Reserved A: Address Recognized Bit: Címfelismerés megtörtént C: Frame Copied bit: keretet a vevő vette A=0, C=0: A célállomás nem létezik vagy nincs bekapcsolva. A=1, C=0: A célállomás létezik de nem fogadta a keretet. A=1, C=1: A célállomás létezik és fogadta a keretet. 72 Vezetékes LAN-ok

73 Az adat keret mezői (2) Ethernet Token Passing IEEE Information Az Info mező hossza: 4Mbps implementációnál max. 4,5kbyte; 16Mbps implementációnál max. 18kbyte Source/Destination Address: 6 byte CRC További keretek is vannak, pl. abort token keret (elveszett a token) 73 Vezetékes LAN-ok

74 Mekkora egy bit hossza a gyűrűben? Hogyan viszonyul egymáshoz a gyűrű és a keret hossza? Ethernet Token Passing IEEE Pl. 16mbps, 2000m 1 bit időtartama: 1/16X(10exp6)=0,0625us 1 keret minimális ideje: t min =10,5us (min. 21 byte*8bit adatkeret ha 0 hosszúságú az info mező) Jel körbeérkezésének ideje: 2000/2X(10exp8)=10exp(-5) (s) =10us A legkisebb adat keret kb. olyan hosszú, mint a gyűrű! (Ennél csak hosszabb keretek vannak.) Kb. 160 bit fér rá a gyűrűre! 74 Vezetékes LAN-ok

75 Többféle vezeték nélküli hálózat létezik Rendszerhálózatok (system interconnection), testfelületi hálózatok a számítógép egyes részeit köti össze, pl. Bluetooth egér, billentyűzet, printer kábeleket helyettesít, mester-szolga elrendezés Vezeték nélküli helyi hálózatok (wireless LANs, WLAN), antennák a gépekben, melyek a hozzáférési ponttal (access point) állnak kapcsolatban, kiváltják a vezetékes LANokat, IEEE Vezeték nélküli WAN-ok, kis sebességű hálózatok Mobiltelefon hálózathoz kiépített rádiós hálózat 1. generáció: analóg, csak hangot 2. generáció: digitális, csak hangot; 2.5 generáció, képes adattovábbításra is, de csak a hang helyén 3. generáció: hangot és adatokat egyaránt képes továbbítani Nagysebességű hálózat: IEEE helyi többpontos elosztási szolgáltatás,nagysebességű hálózat internet hozzáféréshez, ami kikerüli a telefon rendszert (Többnyire minden vezeték nélküli hálózat valahol kapcsolódik a vezetékeshez) 75 Vezeték nélküli LAN-ok

76 Milyen általános jellemzői vannak a WLAN-oknak? (1) Hordozható eszközök: igény a vezeték nélküli, mobil kapcsolatra (dinamikus, egyszerűen skálázható, olcsó, gyorsan kiépíthető, mozgási lehetőséget biztosító infrastruktúra). Szabványos, mindenki számára bárhol könnyen hozzáférhető vezeték nélküli számítógépes hálózati rendszer. Vezeték nélküli kapcsolódás a LAN-hoz : WLAN (Wireless LAN). A vezetékes LAN-okkal interoperábilis megvalósítás. (A WLAN-nak lehetnek vezetékes részei is, tipikusan vezetékes hálózatokkal integráltak.) A kapcsolat elektromágneses esetleg infravörös: A fizikai közegen az átvitel elektromágneses vagy infravörös hullámok formájában történik. Távolságok: szabad téren cc. 300m, épületen belül cc. 30 m. 76 Vezeték nélküli LAN-ok

77 Milyen általános jellemzői vannak a WLAN-oknak? (2) Mozgás közben is használható (v<8km/h) Épületen belüli LAN-ok részeként: hivatalok, kórházak, áruházak, hotelek, egyetemi campus, műemlék-épületek Közeli épületek közötti kapcsolat, pl. utca felett Nyilvános hozzáférésű csatlakozási lehetőségek: Hot Spotok Ideiglenes hálózat internet elérésre: kiállításokon, konferenciákon SOHO Small Office Home Office (kisvállalati iroda, otthoni iroda) Nem engedélyköteles frekvenciasávokon valósul meg. (Mindenütt szabadon igénybe vehetők a világon, ami rendkívüli lehetőséget teremtett egy szabványos, mindenki számára bárhol könnyen hozzáférhető vezeték nélküli számítógépes hálózati rendszer létrehozására. Ugyanakkor szabályozatlanok.) (100mW- 1W) 2.4 GHz sáv - ISM (Industrial, Scintific and Medical ), ipari, tudományos és orvosi alkalmazás. 2, GHz, 14 előre kijelölt vivőfrekvencia. (Földrajzi régiók szerint különbözhet.) (cc 80MHz) 5 GHz sáv UNII (Unlicenced National Information Infrastructure) GHz, 12 előre kijelölt vivőfrekvencia. (Földrajzi régiók szerint különbözhet.) (cc 100MHz) 77 Vezeték nélküli LAN-ok

78 A WLAN-ok fő problémája Problémák A vezeték nélküli kapcsolat a külső jelek ellen védtelen, zajos és megbízhatatlan. A közeg jóval kevésbé megbízható mint a vezetett hullámú összeköttetés esetében, időfüggő, aszimmetrikus terjedési tulajdonságok jellemzik. A vezeték nélküli hálózatok egymást is zavarhatják. (más rendszerek, mikrohullámú sütő, Bluetooth) Security probléma: illegális rácsatlakozás, lehallgathatóság A vezetékmentes hálózat nem ér véget a cég bejáratánál! 78 Vezeték nélküli LAN-ok

79 WLAN-okat elterjedten használnak (1) WLAN keresése 79 Vezeték nélküli LAN-ok

80 WLAN-okat elterjedten használnak (2) 80 Vezeték nélküli LAN-ok

81 A WLAN-ok többféle jellemzővel rendelkeznek (1) 81 Vezeték nélküli LAN-ok

82 A WLAN-ok többféle jellemzővel rendelkeznek (2) 82 Vezeték nélküli LAN-ok

83 WLAN-ok cellás felépítésűek (1) Trencsánszky Imre: Intelligens antennarendszerek alkalmazása WiFi környezetben alkalmazasa_wifi_kornyezetben 83 Vezeték nélküli LAN-ok

84 WLAN-ok cellás felépítésűek (3) A WLAN-ok egyes elemei a egymás számára zavaró jeleket képeznek, így fokozzák a csatorna zajosságát. 84 Vezeték nélküli LAN-ok

85 WLAN-ok cellás felépítésűek (2) A GSM-hez hasonlóan cellás felépítésű. Az egyes cellák a BSS-ek (Basic Service Set). A BSS-ek halmaza alkotja az ESS-t (Extended Service Set). A BSS-ek közötti kommunikáció a DS-en (Distribution System) történik (DS: pl. egy Ethernet LAN). Szimplex (félduplex) összeköttetések BSS változatok Egyenrangú állomások szövevényes hálózata (eseti hálózat, IBSS Independent BSS, adhoc mód.) Csillag topológiájú, ahol az állomások közötti átvitel egy kitüntetett állomás közreműködésével és vezérlésével történik (infrastruktúra mód). A vezérlő állomás az AP (Access Point). 85 Vezeték nélküli LAN-ok

86 A WLAN szabványok az OSI hálózati architektúra első két rétegét fedik le OSI LAN WLAN LLC Logikai kapcsolatvezérlés Adatkapcsolati réteg MAC (Media Access Control) CSMA/CA változatok (DCF) ill. lekérdezéses eljárások (PCF) (döntés a csatornakiosztásról) Fizikai réteg Fizikai réteg a b g Infra FHSS DSSS OFDM HR- DSSS OFDM 86 Vezeték nélküli LAN-ok

87 Példa: IEEE architektúra Physical Media Dependent (PMD) alréteg: Az elektromágneses jelátvitel egyedi sajátosságait tartalmazza. Physical Layer Convergence Procedure (PLCP) alréteg: A fizikai réteg keretek és MAC keretek egymásba ágyazása, szegmentálás. LLC alréteg MAC alréteg Fizikai réteg Az egyes rétegek adategységei Rétegek 87 Vezeték nélküli LAN-ok

88 Számos WLAN-okra vonatkozó szabvány létezik (1) Szabvány Megjelenés éve Vivő frekvencia (GHZ) Sebesség (Mbps) Átviteli eljárás Átviteli távolság (m) Megjegyzés IEEE IEEE a IEEE b ,4 1 ill. 2 Infra, FHSS, DSSS 300 Elterjedt néven WiFi Wireless Fidelity alap változat OFDM 200 Előnye a nagyobb sávszélesség, viszont jellemzően csak pont-pont kapcsolatokra használják és az ehhez használható eszközök általában drágábbak. Különösen fontos az optikai rálátás a két pont között ,4 5,5 ill. 11 HR- DSSS 100 Hatótávolsága a terepviszonyoktól függően széles skálán mozoghat, lényegesen kisebb mint a a, esetén. Pont-multipont kapcsolatoknál 1km-es sugarú körön belülre szokás tervezni 88 Vezeték nélküli LAN-ok

89 Számos WLAN-okra vonatkozó szabvány létezik (2) Szabvány IEEE g IEEE n IEEE ac Megjelenés éve Vivő frekvencia (GHZ) Sebesség (Mbps) Átviteli eljárás Átviteli távolság (m) Megjegyzés ,4 54 OFDM 200 A b -vel sok tekintetben megegyezik, a routerek többsége mindkettőt támogatja. Előnye a nagyobb sávszélesség, hátránya pedig hogy a távolság növekedésével lényegesen romlik a hatásfoka és érzékenyebb az interferenciára ,4 ill. 5 Max 600 (150/ csatorna) Max 2600 OFDM db 40 MHz sebességű csatornát használ (4 antenna), így összesen elméletileg max. 600mbps adatátviteli sebesség érhető el. Több kimenet/bemenet (MIMO) 350 Beam Forming Muli-User MIMO 4db 80MHz-es csatorna 89 Vezeték nélküli LAN-ok

90 Számos WLAN-okra vonatkozó szabvány létezik (3) Szabvány Megjelenés éve Vivő frekvencia (GHZ) Sebesség (Mbps) Átviteli eljárás Átviteli távolság (m) Megjegyzés IEEE y ,7 54 OFDM 50 Nagyobb adóteljesítmény. Kültéren 5000 m hatótávolság. Az USA-ban használják. Home RF ,4 1,6 FHSS 130 A WIFI-vel konkuráló megoldás, de már az őt felügyelő szakmai szervezet feloszlott (2003). Home RF+ 2,4 10 FHSS 15 Bluetooth ,4 1 FHSS G/ Hyper LAN/ OFDM 100 ETSI. A WIFI-vel konkuráló megoldás. 90 Vezeték nélküli LAN-ok

91 Átviteli eljárásként létezik infravörös átvitel, de nem terjedt el széleskörűen Infravörös fényt alkalmaz az átvitelre Az infra átvitel miatt közvetlen rálátás szükséges. Az infra jel nem halad át az objektumokon (pl. falak) Az infra jel napfényre érzékeny Alkalmazott hullámhossz: 0,85, 0, 95 µ. Alapsávi jelátvitel Az eljárás általánosan használt (TV távirányító, cordless telefon stb.) 1Mbps esetén 4 bitenként 16 bites kódszavak képződnek (1 az n-ből, Gray kód) 2Mbps esetén 2 bitenként 4 bites kódszavak (1 az n-ből, Gray kód) 91 Vezeték nélküli LAN-ok

92 IrDA: infravörös fény felhasználása vivőként IrDA (Infrared Data Association) (Az IEEE egyik opciója, de jelentősége csökken.) Kistávolságú adatátvitelben használatos (szgép-nyomtató, mobitelefon-számítógép). Egyszerű, olcsó, távirányítókban régóta használják. Hatótávolság max. 1m. Átviteli sebesség max. 16Mbps. Szilárd testeken nem képes áthatolni csak helyiségen belül használható, látószög kb. 30. Lehallgathatósága problematikus. Használatához nincs szükség frekvenciaengedélyre. Nem terjedt el széleskörűen 92 Vezeték nélküli LAN-ok

93 A WLAN-ban alkalmazott átviteli eljárások többsége a szórt spektrum eljárásra épül (1) A szórt spektrumú rádióhírközlés olyan szélessávú rádiófrekvenciás átviteli eljárás, amit eredetileg katonai célokra fejlesztettek ki nagy megbízhatóságú, védett kommunikációs rendszerekhez. A jelek átvitelére speciális kódolással sokkal szélesebb frekvenciasávot használnak fel, mint a szokásos átviteli eljárásoknál. Ennek következtében a hasznos jel alig emelkedik ki a háttérzajból, tehát nehezen fedezhető fel. Ugyanakkor a kódolási minta ismeretében a hasznos jelek nagy biztonsággal visszanyerhetők Fontos erősen redundáns kódolási eljárást választani, hogy a kódolt jel zajszerű legyen. A gyakorlatban három megoldás terjedt el széleskörűen FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum). OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) A WLAN fejlesztések során felismerésre került, hogy a szórt spektrumú eljárások felhasználhatók. 93 Vezeték nélküli LAN-ok

94 A WLAN-ban alkalmazott átviteli eljárások változatai FHSS DSSS OFDM 94 Vezeték nélküli LAN-ok

95 Az FHSS átviteli eljárás (1) A frekvenciaugratás (Frequency-Hopping Spread Spectrum FHSS) a spektrum kiterjesztési eljárások egyik fajtája a rádiótechnikában. FHSS OFDM DSSS A spektrum-kiterjesztéses adásmódok az információátvitelhez a Shannon-formula által meghatározott minimálisan szükséges sávszélességnél jóval nagyobb frekvenciasávban működnek, ami azonban nem haszontalan, mert eközben csökken az egységnyi frekvenciasávra eső terhelés. Ez a direkt szekvenciális adásmódnál az egységnyi frekvenciasávra eső teljesítményszint csökkenésében nyilvánul meg, a frekvenciaugratásnál pedig az adott adási frekvenciasávban való tartózkodás ideje csökken drasztikusan. Az elemi frekvenciaugrások frekvenciatartománybeli sorrendjét az adás szekvenciájának hívjuk. A frekvenciaugratásos rádiók lelke ez a sorrendgenerátor, amely annál jobb, minél hosszabb a kódismétlődések közti idő. A korszerű viszonyok között ez az idő már millió években mérhető, tehát matematikailag bizonyított, hogy végtelen hosszú idejű megfigyelés után sem mondható meg, hogy hol lesz a következő jel. 95 Vezeték nélküli LAN-ok

96 Az FHSS átviteli eljárás (2) FHSS Egy pszeudorandom generátor által meghatározott frekvencián adunk, majd a következő időpontban egy másik frekvencián folytatjuk. OFDM Amennyiben a vevő is ugyanezzel a paraméterű pszeudorandom generátorral rendelkezik, akkor ugyanerre a frekvenciára fog a vevőoldal is váltani, tehát a vevő középfrekvenciás része egy folyamatos spektrumot fog "látni". Belátható, hogy az egységnyi frekvenciára jutó átlagenergia a folyamatos vándorlás miatt ebben az esetben is a folyamatosan vehető zajszint alatti értékű lehet. DSSS A felhasználható frekvenciasávot 79 db 1 MHz sávszélességű csatornára osztja. A vivő az egyes csatornák között ugrál egy álvéletlen sorozatnak megfelelően. Egy ugrás alatti időtartamban a jel keskenysávú jelként értelmezhető. 96 Vezeték nélküli LAN-ok

97 Példa csatornák közötti ugrásokra A továbbításra szánt adatsorozat FHSS OFDM DSSS d u 1.csat. f 2 h 1 a a 2 n 1 g 2.csat. 2 4 j r u a j z 3 j 3.csat. 4 a h g 1 b l csat. g n 1 n d f c c o 6 5.csat. f 0 n m f i f v j n 6.csat. 5 l h d h 0 c b w i 7.csat. h i 7 v r n h j d 5 8.csat. t b q 0 o n o f v h 9.csat. v r s b d n 1 5 x 9 10.csat n i l d 5 i 9 g 3 u Kód: az ugrások sorrendje 97 Vezeték nélküli LAN-ok

98 Az FHSS átviteli eljárás (2) Az egyes csatornákban eltöltött idő (dwell time) rögzített, korlátos (max. 400ms). FHSS OFDM DSSS Az adó és a vevő ugyanazt az álvéletlen generálási eljárást és kezdőértéket használják, így egymással végig szinkronban maradnak. Megvalósítható, hogy két, vagy több FHSS-el működő hálózat ugyanazt a csatornát használja, mégpedig úgy, hogy a frekvenciaugratás ütemét és sorrendjét nem szinkronizálják. Az FHSS ésszerű spektrumfelhasználást biztosít a szabályozatlan ISM sávban. Biztonság: Az átvitel lehallgatása problematikus. A rádiós interferenciára (útkülönbség) nem túlzottan érzékeny, így épületek közötti kapcsolat kiépítésénél használható. 98 Vezeték nélküli LAN-ok

99 A DSSS átviteli eljárás (1) DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) közvetlen sorozatú szórt spektrum FHSS OFDM DSSS A szórt spektrumú jelet nem állandó frekvenciaugrások segítségével, hanem a moduláló jel (átküldendő adat) szétszórásával állítják elő. Egy bitet egyszerre több csatornán továbbítanak. Redundancia! Minden átvinni kívánt bitet egy redundáns bitmintával (chipek) helyettesítenek. A bitminta egyes bitjeit különböző frekvenciákon továbbítják. Minél hosszabb ez a bitminta, annál nagyobb a valószínűsége, hogy az átviteli torzulások ellenére az eredeti jel helyreállítható. (A chipek a bitnél jóval rövidebbek.) Az adat szétszórása egy 11 chip-ből álló kód, ún. chip-kód segítségével történik, oly módon, hogy a küldendő adatbitek mindegyikét XOR kapcsolatba hozzuk a 11 bites chipkóddal. A chip kód egy álvéletlen sorozat amely biztosítja, hogy az eredő jel spektruma a lehető legegyenletesebb legyen. A chip bitjeit különböző frekvenciákon (csatornákon) továbbítják. A chipekre vonatkozó adatátviteli sebesség az eredeti adatátviteli sebességnél jóval nagyobb. 99 Vezeték nélküli LAN-ok

100 A DSSS átviteli eljárás (2) FHSS OFDM DSSS A chip-kódot a vevő is ismeri. Modulációs eljárás: PM Lehallgatása problematikus: Illetéktelen megfigyelő számára a DSSS jel szélessávú kisenergiájú zaj. Probléma: Alacsony adatátviteli sebesség(1 ill. 2 Mbps) 100 Vezeték nélküli LAN-ok

101 A DSSS kódolás megvalósítása FHSS OFDM DSSS 101 Vezeték nélküli LAN-ok

102 Példa a DSSS átviteli eljárásra FHSS OFDM DSSS A továbbítandó adat legyen 9. (Binárisan: 1001) A bináris 1 kódja: A bináris 0 kódja: A továbbítandó kód: csat 0 11.csat 0 11.csat 1 1.csat 1.csat 1.csat 1.csat 11.csat 102 Vezeték nélküli LAN-ok

103 A DSSS spektrum FHSS OFDM DSSS 103 Vezeték nélküli LAN-ok

104 A DSSS spektrum: az eredeti jel spektrumánál szélesebb sávú Eredeti, DSSS eljárás nélküli jel FHSS OFDM DSSS Az ábra jól demonstrálja a Shannon tételt A teljesítmények azonosak görbe alatti terület 104 Vezeték nélküli LAN-ok

105 Az adó és a vevő ugyanazt a chip kódot használja FHSS OFDM DSSS A jelfolyamnál sokkal gyorsabb (pl. 11-szeres) pszeudorandom generátorral előállított zagyválókóddal össze XOR-oljuk a bináris adatfolyamunkat, és az így kapott "zajt" visszük át a csatornán. A vevőoldalon ugyanilyen paraméterű pszeudorandom generátorral vissza XOR-olva a vett "zajt", megkapjuk a bitfolyamunkat. Közben a rádiófrekvenciás jel energiája ebben az esetünkben 11-szer szélesebb spektrumban lett szétkenve. 105 Vezeték nélküli LAN-ok

106 A HR-DSSS eljárás a DSSS továbbfejlesztése FHSS OFDM HR-DSSS (High Rate - Direct Sequence Spread Spectrum nagy sebességű közvetlen sorozatú szórt spektrum DSSS A DSSS-sel kompatibilis A DSSS továbbfejlesztése nagyobb adatátviteli sebesség érdekében (11Mbps). 11millió chip/s ) Többféle adatátviteli sebességet támogat, az adatátviteli sebesség menet közben dinamikusan változtatható (az aktuális terhelés és zajviszonyok figyelembe vételével). 106 Vezeték nélküli LAN-ok

107 Az OFDM eljárás (1) OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) ortogonális frekvenciaosztásos nyalábolás) FHSS OFDM DSSS Alapgondolat: egy nagy adatátviteli sebességű adatfolyam több kisebb adatátviteli sebességű adatfolyamra osztható. Ezek alvivőinek modulációja egyedi, a többitől független, és azokkal egy időben történik. (párhuzamos továbbítás) Az egyes csatornákban a bitidő az eredetihez képest nő, az adatátviteli sebesség csökken, így az átvitel ellenállóbb a rádiós interferenciával és egyéb zajokkal szemben. A jelet felosztják és több keskeny frekvenciasávon viszik át (szubvivők egymástól 300kHz-re). A gyakorlatban vivőt használnak. Az átvitel egyidejűleg több frekvenciasávon történik (pl. 48 adatátvitelre, 4 a vevők fázis szinkronizációjára). 107 Vezeték nélküli LAN-ok

108 Az OFDM eljárás (2) FHSS OFDM DSSS A szubvivők egymással kölcsönösen ortogonálisak: összetoljuk az alvivőket ill. a szubvivők közép-frekvenciáján a többi jel 0 értéket vesz fel. (Két függvény ortogonális ha a skaláris szorzatuk nulla. Magasabb adatátviteli sebesség ( pl. 54Mbps). Modulációs eljárás: PSK, QAM (BPSK - Binary Phase Shift Keying), QPSK 64QAM 108 Vezeték nélküli LAN-ok

109 Az OFDM eljárás (3) FHSS OFDM DSSS Az ortogonális, frekvencia osztásos multiplex (OFDM) jel spektruma 109 Vezeték nélküli LAN-ok

110 Az OFDM eljárás (4) FHSS OFDM DSSS V adatátviteli sebesség csatorna: 1 2.csatorna: 0 3.csatorna: 1 4.csatorna: 1 5.csatorna: 0 Csatornánként V/8 adatátviteli sebesség, összesen V adatátviteli sebesség 6.csatorna: 1 7.csatorna: 1 8.csatorna: 1 t 110 Vezeték nélküli LAN-ok

111 Az OFDM eljárás során alkalmazott modulációk és sebességek FHSS OFDM DSSS Modulációs eljárás Sebesség (Mbps) BPSK 6 BPSK 9 QPSK 12 QPSK 18 16QAM 24 16QAM 36 16QAM 48 16QAM Vezeték nélküli LAN-ok

112 Példa OFDM spektrumra: g (1) FHSS OFDM DSSS A csatornák egymást átfedhetik, 22 MHz szélesek. A vivők 5 MHz-nyire esnek egymástól, így egy, a frekvenciatartomány közepén elhelyezkedő csatorna legfeljebb 8 másikkal interferálhat. Nem ezt a szabályosságot követi a 14. csatorna elhelyezése. Nem minden csatornát használnak az összes földrajzi régióban. 112 Vezeték nélküli LAN-ok

113 Példa OFDM spektrumra: g (2) FHSS OFDM DSSS 113 Vezeték nélküli LAN-ok

114 Közeghozzáférés: A WLAN rádiós kapcsolat esetén speciális problémák lépnek fel (1) A WLAN állomások egy csatornán félduplex kommunikációra képesek, azaz adás közben nem tudják figyelni a fizikai közeget, hogy történt-e ütközés. (Rádiós kapcsolat esetén, ha adó adás közben hallgatja is a csatornát, akkor az adás erőssége az összes többi jelet elnyomja, így a forgalom nem detektálható.) További probléma a rejtett terminál és a látható terminál problémája. (Alkalmazható-e a CSMA/CD eljárás?) 114 Vezeték nélküli LAN-ok

115 Közeghozzáférés: A WLAN rádiós kapcsolat esetén speciális problémák lépnek fel (2) A rejtett és a látható terminál problémája E Az egyes állomásokat körülvevő körök az állomások hatósugarai. 115 Vezeték nélküli LAN-ok

116 Közeghozzáférés: A WLAN rádiós kapcsolat esetén speciális problémák lépnek fel (3) Rejtett terminál A szeretne B-nek adni, de nem hallja, hogy B-nek C üzenetet küld, emiatt nem tudhatja, hogy B foglalt. (A adni kezd, emiatt B-nél ütközés lesz, de legalábbis fölöslegesen zavarta a csatornát, B úgysem képes vételre.) Látható terminál B szeretne C-nek adni, de mivel A éppen üzenetet küld (egy negyedik állomásnak), B ezt detektálva foglaltnak tekinti a csatornát, pedig C képes lenne a vételre. (B nem kezd adásba, pedig megtehetné, és C képes lenne vételre. Elhalasztott lehetőség: pazaroljuk a csatornakapacitást.) 116 Vezeték nélküli LAN-ok

117 WLAN közeghozzáférési eljárás változatok Mindezek miatt a CSMA/CD közeghozzáférési eljárás emiatt nem alkalmazható, más közeghozzáférési eljárásra van szükség. PCF DCF Egy BSS-ben DCF és PCF egyidejűleg működhet. 117 Vezeték nélküli LAN-ok

118 PCF: Központi állomás szükséges PCF DCF PCF (Point Coordination Function pont koordinációs funkció) - Centralizált ütközésmentes közeghozzáférés vezérlés Minden tevékenységet bázisállomás segítségével vezérel, csak infrastruktúra módban használható. A bázisállomás sorra lekérdezi a az állomásokat: van-e elküldendő keretük? Ütközés nem történhet. Az Access Pointot minden állomásnak látnia kell. Az Access Point egy ún. polling (lekérdezési) listával rendelkezik. Az állomások erre kérésük alapján kerülnek fel. Az Access Point a kommunikációban többi állomásnál magasabb prioritással rendelkezik. 118 Vezeték nélküli LAN-ok

119 A központi állomás lekérdezi a többi állomást PCF DCF Az Access Point ún. Polling Request üzenetekkel megszólítja az egyes állomásokat, hogy küldjék el adataikat (beacon frame jelzőfény keret). A jelzőfény keret tartalmazza a kommunikáció konkrét paramétereit (pl. óraszinkronizáció, ugrási sorozatok és tartózkodási idő az FHSS számára, stb. ill. utasítást adhat az állomásnak, hogy pl. menjen stand-by állapotba és maradjon ebben az állapotban, míg pl. a felhasználó fel nem ébreszti.) A jelzőfény keret szólítja fel az új állomásokat a polling listára való feliratkozásra. A lekérdezett állomásnak gyakorlatilag azonnal válaszolnia kell. A stand-by állapotban levő állomásoknak küldött kereteket az Access Point átmenetileg tárolja. Megvalósítása opcionális. 119 Vezeték nélküli LAN-ok

120 DCF esetén nincs központi állomás PCF DCF DCF (Distributed Coordination Function elosztott koordinációs funkció). Nem alkalmaz központi vezérlést, az állomások versengenek az adásidőért. CSMA/CA (Carrier Sense Multipple Access/Collision Avoidance - vivőérzékeléses többszörös hozzáférés ütközés elkerüléssel) eljárás változata. Nem az azonos időben történő adások vannak kiküszöbölve, hanem nyugtázások vannak bevezetve. (Azonos időben történő adások előfordulhatnak, de egymást nem teszik kölcsönösen tönkre, de csak az egyik kerül ténylegesen vételre.) Megvalósítása kötelező. Használható ad-hoc és infrastruktúra módban. 120 Vezeték nélküli LAN-ok

121 DCF esetén a CSMA/CA egy változata használt PCF DCF Az állomás adási szándék esetén belehallgat a csatornába és amíg az foglalt, addig nem kezdi el az adást. A csatorna szabaddá válása után nem kezdi el az adást azonnal, hanem egy ideig vár. ( A várakozási idő állomás és szituációfüggő, több összetevője van, függ pl. attól, hogy sikeres vagy sikertelen adatküldési próbálkozásai voltak ill. függ az állomás által generált véletlen számtól.) Az eljárás lényege, hogy egy normál átvitel befejezése után minden állomás generál egy Contention Window időtartamot (CW). A CW a résidő és egy generált véletlen szám szorzata. Minden sikeresen vett keret esetén, a vevő állomás küld egy nyugtát, ezzel igazolja a keret hibátlan vételét. 121 Vezeték nélküli LAN-ok

122 Opcionális: MACAW PCF DCF Opcionális lehetőség (MACA Multiple Access with Collision Avoidance többszörös hozzáférés ütközéselkerüléssel; MACAW MACA for Wireless vezeték nélküli MACA) (időintervallum előzetes lefoglalás) A MACAW kezeli a rejtett és a látható állomás problémáját. Az adatkeretek leadása előtt a küldő állomás elküldhet egy RTS (Request To Send) keretet, amelyre a fogadó állomás egy CTS (Clear To Send) kerettel válaszol. Az RTS és a CTS keretek is tartalmazzák az információt, hogy a következő adatkeret és az utána következő ACK keret leadása mennyi időt fog igénybe venni. Azok az állomások, akik a küldő állomáshoz vannak közel, de rejtettek a fogadó állomás számára, az RTS keretből, azok az állomások, akik a fogadó állomáshoz vannak közel, a CTS keretből fogják tudni, hogy mennyi ideig nem szabad a csatornában forgalmazni. 122 Vezeték nélküli LAN-ok

123 MACAW adat keret PCF DCF Három különböző keretosztály létezik: adat, vezérlő és menedzsment keret. (A vezérlő és menedzsmentkeret hasonlít az adatkeretre, de bizonyos mezők értelemszerűen kimaradnak. Preamble (1Byte) Frame control (2Byte) Időtartam (2Byte) Address1 (6Byte) Address2 (6Byte) Address3 (6Byte) Sorszám (2Byte) Address4 (6Byte) Adat ( Byte) CRC (4Byte) Verzió (2bit) Típus (2bit) Altípus (4bit) DS-hez (1bit) DS-től (1bit) Újraküldés (1bit) MF (1bit) Telj. Gazd (1bit) További (1bit) W(EP) (1bit) (O)rder (1bit) 123 Vezeték nélküli LAN-ok

124 MACAW adat keret mezői (1) PCF DCF Mező név Méret Értelmezés Preamble (sebessége mindig 1 Mbps) Több változat A keret kezdete, de a fizikai réteghez tartozó információt is továbbít. (A szinkronizáció, a keret további részei bitsebességének megadása, a MAC adatbitjei számának megadása, a modulációs eljárásra vonatkozó információk Frame control 2 Byte Lásd: következő táblázat Időtartam 2 Byte A keret és a hozzá tartozó ACK mennyi ideig fogja lefoglalni a csatornát 1-4. cím 4X6 Byte A 802. formátumnak megfelelő címek, forrás és célcímek ill. a cellát elhagyó (pl. Ethernet vagy másik wireless hálózatba átlépő) forgalomhoz szükséges címek Sorszám 2 Byte A keretek sorszámozása Adat változó Az átvinni kívánt adat (Max Byte) CRC 4 Byte Ellenőrző összeg 124 Vezeték nélküli LAN-ok

125 MACAW adat keret mezői (2) PCF DCF Mező név Méret Értelmezés (Frame Control) Protokoll v. 2 bit Protokollok azonosítása különböző változatok megkülönböztetésére Típus 2 bit Adat, vezérlés, menedzsment keret megkülönböztetése Altípus 4 bit Sokféle altípus létezik: pl. RTS, CTS, ACK, DATA DS-hez 1 bit A keret a DS (cellák közötti elosztó rendszer) felé tart (Pl. az Ethernet felé) DS-től 1 bit A keret a DS (cellák közötti elosztó rendszer) felöl érkezik (Pl. az Ethernet felöl) Újraküldés 1 bit (Retry) Egy előzőleg már elküldött keret újraküldése MF 1 bit (More Fragment) További részek (fragmentek) következnek Telj. gazd. 1 bit Az állomás stand-by állapotának kezelése (Pwr) További 1 bit (More) Az adónak további keretei vannak W (EP) 1 bit Wired Equivalent Privacy vezetékessel egyenértékű biztonság titkosítási algoritmusával titkosított O(rder) 1 bit A kapott kereteket szigorúan sorrendben kell feldolgozni 125 Vezeték nélküli LAN-ok

126 Példa access pontok elhelyezkedésére 126 Vezeték nélküli LAN-ok

127 A WLAN-ok jelentős problémája a security A vezeték nélküli hálózatok broadcast alapúak. Ebből az is következik, hogy nagyon könnyen lehallgathatók. Megoldások (hogyan akadályozzuk/nehezítjük a lehallgatást): Menedzselt access point Csak a szükséges teljesítmény Titkosítás Wired Equivalent Privacy, WEP: gyenge Wi-Fi Protected Access, WPA: közepes Wi-Fi Protected Access 2, WPA2: elfogadható 127 Vezeték nélküli LAN-ok

128 A Bluetooth teljes rendszert ír le a fizikaitól az alkalmazási rétegig (1) Szórt hálózat 128 Bluetooth

129 A Bluetooth teljes rendszert ír le a fizikaitól az alkalmazási rétegig (2) 129 Bluetooth

130 A Bluetooth az IEEE re épül, amely a fizikai és az adatkapcsolati réteget írja le A Bluetooth Special Interest Group fejlesztette (IBM, Intel, Nokia, Toshiba), teljes rendszert ír le a fizikaitól az alkalmazási rétegig. Rétegszerkezete nem teljesen követi az ismert modelleket (OSI, TCP/IP, IEEE 802 ). A fizikai és MAC réteget többé-kevésbé a fizikai rádió, az alapsáv ill. az L2CAP fedi le. Az IEEE nem az összes réteget, csak a fizikai és adatkapcsolati rétegeit szabványosítja. Alacsony fogyasztású eszközök kommunikációjával foglakozik Rövid távolságokra (kb.: 10 méter) lett kifejlesztve. com/bluetooth/sig/). ISM frekvenciatartományban működik, átviteli sebesség max. 1Mbps. Pont-pont, pont-multipont összeköttetést biztosít. Tipikusan számítógép és kézi eszközök között használják (pl. számítógép- mobiltelefon, mobiltelefon-headset). 130 Bluetooth

131 A Bluetooth pikohálózat A Bluetooth alapegysége a pikohálózat, amelyben maximum 8 eszköz van (1 master és 7 slave). A slave-ek igen egyszerű, olcsó eszközök, a pikohálózatok egymással összeköthetők. A pikohálózatban a 8 aktív eszközön túl lehet még max. 255 lehet még várakozó eszköz. (Ebben az állapotban (parked) az eszköz a master aktiváló jelére vár.) A pikohálózat egy központosított TDM rendszer, amelyben a master dönti el, hogy melyik eszköz melyik időrésben kommunikálhat. A pikohálózatban a kommunikáció mindig a master és egy slave között folyhat, a slave-ek egymással közvetlenül nem kommunikálnak. Egy időrésben az FHSS eljárás alkalmazott, a pszeudo-random ugrássororozatot a master határozza meg. Egy készülék több pikohálózatban is részt vehet időmultiplexeléssel, így egy pikohálózat mastere egy másik pikohálózatban slave szerepet is betölthet. Szórt hálózat kialakítható. 131 Bluetooth

132 A Bluetooth szórt hálózat 132 Bluetooth

133 A Bluetooth rétegszerkezete nem teljesen követi a hagyományos modelleket Alkalmazások/profilok Egyéb RFcomm Telefónia Szolgálat felfedezés LLC Hang Logikai kapcsolatvezérlés adaptációs protokollja (Logical Link Control Adaptation Protocol) (L2CAP) Kapcsolatmenedzser Alapsáv Vezérlés Alkalmazási réteg Közbülső réteg Adatkapcsolati réteg Fizikai rádió Fizikai réteg 133 Bluetooth

134 A Bluetooth rétegek funkciói 134 Réteg Fizikai rádió Alapsávi réteg Kapcsolatmenedzser, Logikai kapcsolatvezérlés adaptációs protokollja Hang és vezérlési protokoll LLC RFcomm Telefónia Szolgálatfelfedezés Alkalmazások/Profilok Bluetooth Funkció Többé-kevésbé megfelel a fizikai rétegnek, kialakításnak célja főképpen a költségek optimalizálása volt. Az időrések vezérlése és keretekbe szervezése. Az eszközök közötti logikai csatornák kiépítése, hitelesítés, minőség biztosítása. Az LLC réteghez hasonlóan elrejti az átvitel részleteit a felsőbb rétegek elől. (L2CAP - Logical Link Control Adaptation Protocol). A hanggal ill. a vezérléssel foglakoznak, az alkalmazások ezeket az L2CAP-tól függetlenül érhetik el. A többi 802-es hálózattal való együttműködés érdekében. Radio Frequency communication- a PC billentyűzettel, egérrel, modemmel való összeköttetését tesz lehetővé vezeték nélkül. Real-time protokoll beszédátvitelre. A hálózaton található szolgálatok felfedezése. Minden alkalmazáshoz tartozik egy saját protokoll készlet. Az egyes eszközök (slave-ek) csak az adott alkalmazáshoz szükséges protokollelemeket ismerik.

135 A Bluetooth alkalmazástól független rétegei (802.15) L2CAP Alapsáv Fizikai rádió 135 Bluetooth

136 Fizikai rádió - FHSS L2CAP Alapsáv Fizikai rádió 79 db 1 MHz-es csatorna a 2,4 GHz-es ISM sávban. FHSS másodpercenként 1600 ugrás, 625µs tartózkodási idővel. A és a Bluetooth rádiók zavarhatják egymást! 136 Bluetooth

137 Alapsáv - keretek kezelése L2CAP Alapsáv Fizikai rádió A bitfolyamot keretekbe rendezi, a master 625 µs-os időréseket határoz meg. A keretek hossza 1, 3 vagy 5 időrés lehet. A keretek átvitelére szolgáló logikai csatornák lehetnek nem garantált minőségűek (a keretek elveszhetnek, emiatt újraküldések lehetnek szükségesek) ill. real time használatra szolgálók. 137 Bluetooth

138 L2CAP Logikai csatornák kezelése Control Adaptation Protocol L2CAP Alapsáv Fizikai rádió (Logikai kapcsolatvezérlés adaptációs protokollja) Multiplexálás/demultiplexálás (több csomagforrás esetén). Szolgáltatásminőségi igények kezelése (pl. adatmező maximális méretének meghatározása.) 138 Bluetooth

139 Bluetooth keret : A fejrész egymás után 3-szor kerül továbbításra Többféle keret lehetséges Hozzáférési kód Fejrész Adatmező Cím Típus F A S CRC 139 Bluetooth

140 Fejrész Bluetooth keret mezői Mező Hossz (bit) Értelmezés Hozzáférési kód 72 A master azonosítása (több master adáskörzetében tartózkodhat a slave). Fejrész 54 MAC alrétegnek megfelelő mezők Adatmező Max időréses keret: 2744 bit, 1 időréses keret (240 bit) Cím 3 A 8 aktív eszköz címzéséhez Típus 4 A keret típusa (pl. lekérdezés, real time adat továbbító stb.) F(low) 1 Forgalomvezérlés: a slave állítja be, ha puffere megtelt és nem tud több adatot fogadni. A(ck) 1 Nyugta S(equence) 1 Sorszám: A keret sorszámozása az újraadás felismerése céljából. CRC 8 Ellenőrző összeg 140 Bluetooth

141 Bluetooth elterjedt technológia 141 Bluetooth

142 Adatátvitel villamosenergia hálózaton (1) Gyakorlatilag mindenütt rendelkezésre áll Adatátvitel az erősáramú tápvezetéken Rendkívül zajos Szokásos elnevezések: Power Line Communication (PLC) Broadband over Power Lines (BPL) Változatok: Otthoni hálózat Hozzáférés az internethez 142 PLC, BPL

143 Adatátvitel villamosenergia hálózaton (2) Szabvány HomePlug AV 1.1 Auto MDI / X HomePlug AV 1.1 HomePlug AV 1.0 HomePlug AV 1.0 Sebesség* 200 Mbps 200 Mbps 200 Mbps 200 Mbps Frekvencia 2-30 MHz 2-30 MHz 2-30 MHz 2-30 MHz Közeghozzáférési eljárás CSMA/CA CSMA/CA CSMA/CA CSMA/CA Titkosítási eljárás 128-bit AES 128-bit AES 128-bit AES 128-bit AES Kódolási eljárás OFDM OFDM OFDM OFDM Hatótávolság 300m 300m 300m 300m Példa konkrét termékre Sharp HN-VA100U *Újabb trendek: 500Mbps, 1Gbps Devolo dlan 200 AVsmart+ Belkin Powerline AV+ Sunvalleyus 200Mbps Telbisz Ferenc: Új szélessávú kommunikációs közeg: az erősáramú tápvezeték ozeg_az_erosaramu_tapvezetek 143 PLC, BPL

144 DOCSIS: Data Over Cable Service Interface Specifications A Data Over Cable Service Interface Specification (DOCSIS) egy telekommunikációs szabvány, mely a már létező kábel TV hálózatokon történő, nagy sebességű adatátvitelt teszi lehetővé. ACableLabs dolgozta ki és fejleszti folyamatosan. Kábel TV hálózatra optimalizált adatátviteli ajánlás (CableLab, Cisco, Intel, Motorola, Broadcom ) Analóg kábel TV hálózat kétirányúsítását követően többszintű digitális modulációkkal alakítható ki a használatos csatorna. Az OSI rétegstruktúra szerinti L1 és L2-t valósítja meg (Fizikai és adatkapcsolati réteg) Főként ütközésmentes protokoll, kulcsfontosságú az időzítés Kiindulás: A kábeltelevízió hálózatnak építőelemektől függően közel 1 GHz a felső határfrekvenciája Külön fel és letöltési sáv van (US: 5-65 MHz, DS: MHz) újabb változatokon megnövelve. 144 DOCSIS

145 A kábel TV spektrum és a DOCSIS EuroDocsis 8 MHz széles csatornákat használ DS irányban (USA: 6MHz) FDMA, de egy-egy csatornán belül TDMA valósul meg. US és DS irányban teljesen eltérő működés valósul meg. DS irányban hasznos adatok (és az US irány számára vezérlő üzenetek) haladnak. A DS irányban haladó vezérlő üzenetekben van kijelölve, hogy mely kábelmodem mikor szólalhat meg. Az újonnan csatlakozó eszközök számára broadcast (ütközéses) idő szelet biztosított A CMTS (központi elem fejállomás) folyamatos üzenetekkel vezérli a kábelmodemek adási szintjét, a kábel késleltetéséből adódó idő eltolódást (time offset) 145 DOCSIS

146 DOCSIS evolúció DOCSIS (CableLa b) Megj. éve ITU-T Szabvány J.112 (DOC-SYS 1.1) Moduláció DS:64QAM, 256QAM US:QPSK, 16QAM J122 DS:64QAM, 256QAM US: 32QAM, 64QAM, 128QAM Sebességek (elméleti) DS: 42,88Mbps (57,2Mbps- EuroDocsis) US:10,24Mbps DS: 42,88Mbps (57,2Mbps- EuroDocsis) US:30,72Mbps Fő jellemzők Első megjelenés, best effort adattovábbítás (1.1: QOS, VoIP támogatás) Megnövelt átviteli sebesség és zajtűrés US irányban DS:64QAM, 256QAM US: 64QAM DS:>480Mbps US:>120Mbps QAM DS:>10Gbps US:>1Gbps A felülről kompatibilitás elve érvényes A hasznos adatátviteli sebességek mindig kisebbek az elméletinél. (Channel-bonding csatorna összefogás) IPv6 támogatás, megnövelt biztonság (AES) Kibővített spektrum (200MHz US, 1.2 GHz DS) OFDM 146 DOCSIS

147 DOCSIS architektúra (1) Szolgáltató Kábel Előfizető WAN CMTS: Cable Modem Termination System HFC CM: Cable Modem Fejállomás Hybrid Fiber Coaxial CPE: Customer Premises Equipment CMTS - Network Side Interface Egy hálózatban legalább egy CMTS és sok CM van, így a feltöltés problematikus letöltéskor nem lehetnek ütközések. CMI: Customer Premises Equipment Interface 147 DOCSIS

148 DOCSIS architektúra (2) 148 DOCSIS

149 DOCSIS protokoll stack LLC LLC LLC DOCSYS MAC MAC DOCSYS PHY Ethernet Cable interface Customer interface 149 DOCSIS

150 A feltöltés folyamata (1) A feltöltési csatornát időben miniszeletekre osztják (mini-slot) Minden felfelé haladó adategység egy vagy több mini-slotban haladhat. (A minislot-ok hossza hálózatonként más és más. Mini-slot: 62,5µs byte hasznos információt tartalmazhat, US irányban van rá szükség A CM (kábelmodem) időkeretet kér a CMTS-től (mini-slot) A mini-slotokat a CMTS engedélyezi (MAP- Mini-slot Allocation Packet) A fejállomás rendszeresen bejelenti mikor új minislotcsoport kezdődik Mini-slot meghatározott időnként kérhető A kábelen való terjedés miatt nem egyszerre hallják meg a CM-ek, de minden CM ki tudja számítani mikor volt az első mini-slot kezdete. Minden CM-hez hozzá van rendelve egy speciális mini-slot melyben sávszélességet igényelhet, de több CM is van ugyanazon a minislot-on, emiatt ütközések lehetségesek. 150 DOCSIS

151 A feltöltés folyamata (2) Nyugta/ ütközés Ha a CMTS elfogadta a kérést, a nyugtában megmondja mely mini-slot-okat jelölte ki a CM számára. Ütközés: a CM véletlen ideig vár, újabb ütközés után az idő duplázódik. Adatfeltöltés A CM ezután a kijelölt mini-slotokban elküldi az adategységet, és ha további adategységeket akar átvinni, a fejléc egyik mezőjében igényelhet további mini-slotokat. A modem megméri milyen távol van a fejállomás Távolságbecslés (ranging). A CM (Cable Modem) megméri a fejegységtől való távolságát. A CTMS bejelentéseit a terjedési idő különbségei miatt a CMek nem egyszerre hallják, kiszámolják, hogy mikor történt a bejelentés (Mikor volt az első mini-slot tényleges kezdete). Ehhez a CMTS időnként speciális időszeletet alkalmaz: megadja a rendszer paramétereit és várja az új CM-ek bejelentkezését. Bejelentkezés: speciális adategység, a CM méri, hogy mennyi idő múlva kap választ. 151 DOCSIS

152 A feltöltés folyamata (3) 152 DOCSIS Réselt ALOHA

153 A letöltés folyamata (1) DS irányban nincsenek ütközések A letöltési csatornákat a rendszer másképpen kezeli, mint a feltöltési csatornákat. Ennek egyik oka, hogy csak egy küldő van (CMTS), így nem alakulhat ki versenyhelyzet és nincs szükség mini-slotokra, amelyek tulajdonképpen csak a statisztikus időosztásos multiplexelést valósítják meg. A másik ok az, hogy a lefelé haladó forgalom általában sokkal nagyobb a felfelé haladónál, ezért lefelé 204 bájtos rögzített méretű adategységeket használnak. A letöltés broadcast módon folyik: a csatorna az összes adategységet tartalmazza 153 DOCSIS

154 A letöltés folyamata (2) 154 DOCSIS

155 Logikai csatornák a feltöltés és letöltés során USA 155 DOCSIS

156 Hozzáférési eljárások TDMA Time Division Multiple Access Időosztás, az időrések a CM-ek kérésére dinamikusan vannak kiosztva S-CDMA Synchronous Code Division Multiple Access Ugyanabban a csatornában, ugyanabban az időrésben egyidejű adások: Az adatok az alkalmazott ortogonális kódolás miatt lesznek szétválaszthatók. (Matematikai és DSP eljárások alkalmazásával.) 156 DOCSIS

157 Kábelmodem Major Gábor: Az átviteli sebesség növelésének lehetőségei a Docsis 3.0 szabványon hetosegei_a_docsis_3.0_szabvanyon 157 DOCSYS