Irány nyító és kommunikáci ciós rendszerek III. Előad adás s 10
Hálózati alapismeretek A számítógép-hálózat zat egy olyan speciális rendszer, amely a számítógépek egymás s közötti k kommunikáci cióját t biztosítja. tja. A számítógép-hálózat zat lehet fix (kábelalap belalapú, állandó) ) vagy ideiglenes (mint példp ldául a modemen vagy vezeték k nélkn lküli li hálózaton keresztüli kapcsolat). Történet 1940 szeptemberében ben George Stibitz telexgépet használt arra, hogy a K Model nevű gépével kapcsolatos problémákkal összefüggő utasításokat sokat küldjk ldjön n a New Hampshire-ből l a New Yorkban üzemelő Complex Number Calculator nevű gépéhez, illetve az eredményeket hasonló módon küldte k vissza. Paul Baran 1968-ban tett javaslatot egy olyan hálózati h rendszerre, amelyben adatcsomagokat, ún. datagramokat tovább bbítottak. Ez a rendszer lett az alapja a csomagkapcsolt számítógépes hálózatoknak. h 1969-ben 4 amerikai egyetem kialakította a gépeik g összekapcsolásával azarpanet hálózatot, amely még m g 50kbit/s hurok használat latával működött.
Hálózati technológi giák: Adatszórásos sos Az adatszórásos sos hálózatokh (Broadcasting)) egyetlen kommunikáci ciós csatornával rendelkeznek, amelyet a hálózatra h csatlakozó összes gép g közösen használ. Ez a gyakorlatban azt jelenti, ha a gazdagép (host) egy rövid r üzenetet küld, k akkor azt a hálózat h összes gépe g megkapja. Minden gép g p a rár tartózó üzeneteket dolgozza fel, a többit t eldobja. Távoli-távoli A voli-távoli hálózatokh (Remote-to-remote network) ) sok olyan kapcsolatból állnak, amelyek géppg ppárokat kötnek k össze. Ez azt jelenti, hogy egy üzenet tovább bbítása egy, esetleg több t csomóponton keresztül történik, és s lehetséges, hogy egynél l több t lehetséges úton is eljuthat egy üzenet a céljc ljához. Ezekben a hálózatokban h az útvonal optimális megválaszt lasztása sa alapvető fontosságú. Pont-pont A pont-pont hálózatokh (Peer-to-peer network): A kommunikáci ció a két k fél l között k közvetlenk zvetlenül l zajlik.
Hálózatok méret m szerinti osztályoz lyozása Processzorok közötti távolság 1 m 10 m 100 m 1 km 10 km 100 km 1 000 km 10 000 km Processzorok elhelyezkedése ugyanazon Asztalon Szobában Épületben Egyetemen, üzemben Városban Országban Földrészen Bolygón Példa PAN LAN LAN LAN MAN WAN WAN GAN
Hálózati topológi giák A hálózathoz h tartozó elemek közötti k kapcsolat elrendezését határozza meg.
A hálózatok h modellje A bonyolult hálózati h struktúrák k leírásához az IEEE (Institute( for Electrical and Electronic Engineers) kidolgozta az Open System Interconnection,, röviden r OSI 7 modellt. Ez a modell 7 réteget tartalmaz. 7.réteg : Alkalmazási rétegr (application layer) Ez a réteg r a végfelhasznv gfelhasználót t ( kommunikáci ciós s partnereket, szoftvereket) reprezentálja. A legismertebb alkalmazási réteg r szintű protokollok az SMTP(e-mail), HTTP, FTP, Telnet. 6.réteg : Megjelenítési rétegr (presentation layer) Feladata az adatok egységes ges kezelése se. Az átviendő informáci ció szintaktikájával foglalkozik. Adattömörítés,, kódolk dolás és kriptográfia is feladata. (pl. karakterkódol dolás)
5.réteg : Viszonylati rétegr (session layer) A végfelhasználói i alkalmazások közötti k dialógus menedzselésére alkalmas mechanizmust valósít t meg. Feladata a párbeszp rbeszéd d szervezése se és s a szinkronizáci ció (pl. két k t nem közvetlenül összekötött tt pont közötti k kapcsolat: TCP). 4.réteg : Száll llítási réteg r (transport layer) Alapvető feladata az, hogy adatokat fogadjon a session rétegtől, tovább bbítsa a hálózati h rétegnek r és s biztosítsa, tsa, hogy minden informáci ció hibátlanul megérkezzen a címzett c pontra. (pl.: UDP, TCP) 3.réteg : Hálózati H réteg r (network layer) Biztosítja tja a változv ltozó hosszúságú adatsorozatoknak a küldk ldőtől l a címzetthez való tovább bbításához szüks kséges funkciókat kat és eljárásokat úgy, hogy az adatok tovább bbítása a szolgáltat ltatási minőség g függvf ggvényében akár r egy vagy több t hálózaton h keresztül is törtt rténhet. (pl.: IP)
2.réteg : Adatkapcsolati rétegr (data link layer) Biztosítja tja azokat a funkciókat kat és s eljárásokat, amelyek lehetővé teszik az adatok átvitelét t két k t hálózati h elem között. k Jelzi, illetve lehetőség g szerint korrigálja a fizikai szinten törtt rtént hibákat is. A használt egyszerű címzési séma s fizikai szintű,, azaz a használt címek c fizikai címek c (MAC cím) c amelyeket a gyárt rtó fixen állított be hálózati h kártya k szinten. (pl.: Ethernet) 1.réteg : Fizikai rétegr (physical layer): A fizikai réteg r határozza meg minden, az eszközökkel kkel kapcsolatos fizikai és s elektromos specifikáci ciót, beleértve az érintkezők k kiosztása, sa, a használatos feszülts ltségszintek, moduláci ciós s eljárások és s a kábel k specifikáci ciók. A szinten hubok, repeaterek és s hálózati h adapterek számítanak a kezelt berendezések közé. k (pl.: 10BASE-T, 100BASE-TX)
Példa az OSI modellre OSI réteg Fizikai réteg Adatkapcsolati réteg Hálózati réteg Szállítási réteg Viszonylati réteg Megjelenési réteg Alkalmazási réteg Példa 100BASE-TX Ethernet IP TCP TCP viszonylat UTF-8 stb. HTTP Megvalósító Hálózati kártya Hálózati kártya Op. rendszer Op. rendszer Op. rendszer Böngésző Böngésző
Hálózati protokoll A protokoll határozza meg az adattranszfer szabályait lyait. Azonosítja a kapcsolt állomást, indikálja az üzenet célba c érkezését, rendelkezik az esetleges átviteli hibák k kezelésének módjáról és s definiálja az adatvédelmi delmi rendszert. A legfontosabb hálózati h és s száll llítási protokollok az IP (Internet Protocol),, valamint a TCP (Transmission( Control Protocol) és az UDP (User( Datagram Protocol)
Internet Protocol Az internet egyik alapvető szabványa. Ezen protokoll segíts tségével kommunikálnak egymással az internetre kötötttt csomópontok (számítógépek, hálózati eszközök k stb.). Az IP a klasszikus OSI besorolás s alapján n a 3., a hálózati h rétegben helyezkedik el. Csomagkapcsolt hálózatot h valósít meg, azaz nem építi fel a kapcsolatot a forrás és s a cél c l között, k hanem minden egyes csomagot külön k n irány nyít t (routol( routol). Hibadetektálást és s hibajavítást nem végez, v ezeket a funkciókat kat főleg a száll llítási rétegben r elhelyezkedő protokollokra bízza b (péld ldául TCP). Ennek a kialakításnak az oka az, hogy az egyszerűségre gre törekedtek. t Így a hibajavítás s terhe főképp f a forrás és s a cél c l számítógépekn peknél l jelentkezik, és s nem terheli feleslegesen az egyébk bként is leterhelt hálózati h útirányválasztó csomópontokat (router( router).
IP címc Az IP-ben a forrás- és célállomásokat címekkel (IP-címek mek) azonosítja tja, amelyek 32 biten ábrázolt egész számok mok; azonban ezt hagyományosan négy darab 8 bites (teh( tehát 0 és 255 közé eső), ponttal elválasztott lasztott számmal írjuk le a könnyebb olvashatóság miatt (pl: 192.168.42.1). A címek felépítése hierarchikus: : a szám bal oldala (a legnagyobb helyiért rtékű bitek felől indulva) ) a legfelső szintet jelenti, és jobbra haladva az ez alatti szinteket kapjuk meg.
User Datagram Protocol Az UDP egy kicsi, egyszerű, üzenet-központú száll llítási protokoll. Az UDP egy nagyon egyszerű interfészt biztosít t a hálózati h réteg és s a felsőbb rétegek r (viszonylati és s alkalmazási réteg) r között.
Az UDP tulajdonságai Az UDP protokoll használata esetén n nem alakul ki viszonylat a forrás s a cél c l között, k a csomagokat előkész szítés s nélkn lkül l adják k fel a kommunikáci ció során. Ezért az UDP-t a kapcsolatnélk lküli li protokollok közék sorolják. Az UDP nem garantálja a felsőbb rétegek számára az üzenet megérkez rkezését és s sorrendjét, tovább bbá a küldk ldő nem kap informáci ciót t az általa elküld ldött üzenet státusz tuszáról. Az adatcsomagok a tovább bbítás s során n elveszhetnek. A protokoll használata esetén n a sorrendet és s a megbízhat zhatóságot a felsőbb rétegeknek r kell biztosítaniuk. taniuk. Kis mérete m és egyszerűsége ge miatt gyors és s hatékony, ezért időkritikus alkalmazásokban (pl.: IP alapú hangátvitel) jól j l használhat lható.
Transmission Control Protocol A TCP a legelterjedtebb IP alapú száll llítási protokoll. A TCP-vel együtt fejlesztették k az Internet Protokollt is. A TCP megbízhat zható adatátvitelt tvitelt biztosít t a protokollt használó alkalmazási rétegnek. r A TCP az adatküld ldés s előtt létrehoz l egy kapcsolatot (TCP socket) a kommunikáló felek között, k így a viszonylati réteget r is biztosítja. tja. A teljes kommunikáci ciós s folyamat három h fázisbf zisból áll: - kapcsolat létrehozl trehozása, - adatátvitel, tvitel, - kapcsolat lezárása.
A TCP tulajdonságai - Rendezett adatátvitel: tvitel: Amennyiben a csomagok nem az eredeti sorrendben érkeznek meg a fogadó félhez, úgy a TCP automatikusan sorbarendezi azokat. - Elveszett csomagok újraküldése: Bármely adatcsomagot, amelyre a küldk ldő fél l nem kap nyugtát, t, a TCP automatikusan újraküldi. - Duplán n küldk ldött csomagok eldobása: Amennyiben ugyanazon adatcsomag többszt bbször r kerül l elküld ldésre, a felesleges csomagokat a protokoll eldobja. - Forgalomvezérl rlés: A TCP forgalomvezérl rlési protokollja gondoskodik arról, hogy amennyiben a küldk ldő túl l gyorsan küldi k az adatokat, fogadó fél l akkor is megbízhat zhatóan an képes k legyen azokat fogadni és s feldolgozni. Így kiküsz szöböli a sebességk gkülönbséget a kommunikáló felek között, k ezért az nem vezet adatvesztéshez. shez.
Adatátviteli tviteli technológi giák Vezetékes technológi giák: - Ethernet : Jól J l definiált hálózati h elemek adatcseréjét t végziv max.. 10 Mbps sebességgel. Protokollja az IEEE 802.3. szabvány szerinti. - Fast Ethernet : Emelt sebességű átvitel (10-100 100 Mbps) ) az IEEE 802.3u.. szabvány szerint. A multimédia igény hozta létre. l - Gigabit Ethernet : Nagysebességű átvitel (1 Gbps) ) az IEEE 802.3z z szabvány szerinti gerinchálózatokhoz. Az Ethernet szabványok az OSI modell fizikai és s adatkapcsolati rétegeit írják k le.
10 Gigabit Ethernet : A jelenleg létezl tező leggyorsabb hálózati h rendszer az IEEE 802.3ae protokoll szerint. A fizikai kapcsolatot optikai kábel k biztosítja. tja. Név IEEE szabvány Sebesség Media Típus Maximum távolság Ethernet 802.3 10 Mbps 10Base-T 100 meter Fast Ethernet/ 100Base-T 802.3u 100 Mbps 100Base-TX 100Base-FX 100 meter 2000 meter Gigabit Ethernet/ GigE 802.3z 1000 Mbps 1000Base-T 1000Base-SX 1000Base-LX 100 meter 275/550 meter 550/5000 meter 10 Gigabit Ethernet 802.3ae 10 Gbps 10GBase-SR 10GBase-LX4 10GBase-LR/ER 10GBase- SW/LW/EW 300 meter 300m MMF/ 10km SMF 10km/40km 300m/10km/40km
Vezeték k nélkn lküli li technológi giák: - Bluetooth : Jellemző hatótáv v 10 m, maximum 100m. Adatátviteli tviteli sebesség: 1.2 verzió esetén max.. 723 kb/s, 2.0 verzió esetén max.. 3Mb/s. 2,45 GHz-es frekvenciát t használ. - ZigBee : ISM frekvencia (Európában 868 MHz). Jellemző hatótáv v 10 m, maximum 75m. Adatátviteli tviteli sebesség: 20kb/s az európai frekvencián. n. Nagyon alacsony fogyasztás, s, kis méret, m gyors felébredési idő. - IEEE 802.11 : a legelterjedtebb vezeték k nélkn lküli li adatátviteli tviteli protokollokat tartalmazza. Magában foglalja a rövid r távút infravörös s adatátvitelt, tvitelt, valamint a különbk nböző WiFi hálózati protokollokat. - Mobiltelefon hálózath : Beszédh dhíváson túl t l adatátvitelre tvitelre is alkalmas. Több T generáci ció működik párhuzamosan. p TöbbfT bbféle különböző sebességű adatátviteli tviteli technológi giát t alkalmaz (pl.: CSD, GPRS, EDGE, UMTS, HSDPA)
Wi-Fi hálózatok felépítése
Wi-Fi hálózatok fajtái Szabvány Sebesség Biztonság 802.11 802.11a 802.11b/Wi-Fi 1/2 Mbps a 2.4 GHz sávban 54 Mbps az 5 GHz sávban 11 Mbps a 2.4 GHz sávban WEP és WPA WEP és WPA WEP és WPA 802.11g/Wi-Fi 54 Mbps a 2.4 GHz sávban WEP és WPA 802.11n 108 Mbps a 5 GHz sávban WEP és WPA
Wi-Fi hálózatok titkosítása sa - WEP (Wired Equivalent Privacy): Jól J l beáll llított eszközök használata mellett is feltörhet rhető.. Ingyenes szoftverek segíts tségével néhány n ny millió titkosított tott csomag analizálása után néhány ny másodperc m alatt kitalálhat lható a jelszó. - WPA (Wi-Fi Protected Access): Sokkal erősebb, mint a WEP! Hosszú és összetett jelszóval kell használni, hogy hatékony legyen. - WPA2 (Wi-Fi Protected Access): Egyre több t eszköz támogatja. Jelenleg feltörhetetlen.
Járművek közötti k hálózatok h (VANET)
VANET-ek jellemzői Autonóm m végberendezv gberendezések: A MANET-ekben minden mozgó végberendezés egy autonóm m csomópont, amely hostként (végpont) és routerként (útválasztó)) is funkciónál. Azaz minden végberendezv gberendezés s alapvetően en végpontkv gpontként működik, m azonban szüks kség g esetén n ellát router funkciókat kat is. Megosztott irány nyítás: A hálózatkezelés és s irány nyítás s el van osztva a végberendezések között. k A hálózathoz h tartozó csomópontoknak együtt kell működniük, és s ha szüks kséges átjátszó, állomásként kell funkcionálniuk, hogy elássanak egyaránt biztonsági és útválasztási si feladatokat. Multihop routing: Több közbensk zbenső csomópont segíts tségével, távolabbi t célpontokhoz is képes k eljuttatni az informáci ciót. Változó hálózati topológia: Mozgó csomópontok esetén n a hálózati h topológia hirtelen és s véletlenszerv letlenszerűen en megváltozhat, aminek következtk vetkeztében az egyes terminálok összekapcsolhatósága időben változik. v A csomópontoknak folyamatosan változó adatútvonalakat tvonalakat kell kialakítaniuk egymás s között, k a mozgásuk függvényében. Ingadozó hálózati kapacitás: A vezeték k nélkn lküli li kapcsolatok magas bithiba arányai VANET-ekben még g nagyobbak lehetnek. A csatorna, amelyen keresztül l a berendezések kommunikálnak eleve jóval j zajosabbak, valamint nagyobb a csillapítás, s, interferencia, és s kisebb a sávszs vszélesség, mint a vezetékes hálózatokban. h Ráadásul a mobil ad hoc hálózatokban h sok esetben az adatutak erősen heterogén hálózatokon keresztül l jönnek j létre, l ami további zajszint-növeked vekedést eredményez. Valósz színűségi Quality of Service (QoS( QoS) ) paraméterek: Ideális hálózatokban h garantálhat lhatóak ak a QoS előírások a hálózati h kapcsolatok teljes időtartama alatt. Sajnos ez nem lehetséges az időben változv ltozó hálózati környezetben, k mivel a kapcsolatok véletlenszerv letlenszerűen en megszakadhatnak, a felhasználok lok mozgása miatt. Egyszerű eszközök: k: A legtöbb esetben a VANET-ek csomópontjai olyan mobil eszközök, k, amelyek aránylag kis processzorteljesítm tménnyel, kevés s memóri riával, és korlátos energiaforrással rendelkeznek. Ezek az eszközök k optimalizált lt algoritmusokat és s módszereket m igényelnek a számítási si és s kommunikáci ciós feladatokhoz.
VANET-ek alkalmazási lehetőségei Közlekedésbiztonságot javító alkalmazások Ráfutásos balesetet megelőző alkalmazás Ütközésdetektáló alkalmazás Veszélyes útszakaszra figyelmeztető alkalmazás Közlekedés s hatékonys konyságát t növeln velő alkalmazások Fejlett útvonaltervező és s navigáci ciós s alkalmazás Intelligens kereszteződés Besorolást st segítő alkalmazás Oszlopban haladó járművek Informáci ciós s szolgáltat ltatások Internetelérés Hasznos helyek jelzése (Point( of Interest) Távdiagnosztika Díjfizetés
Vége az előad adásnak! Köszönöm m a figyelmet