Hálózatok I. Várady Géza Műszaki Infromatika Tanszék Iroda: R203 Email: varady.geza@pmmik.pte.hu
Vezeték nélküli LAN-ok: 802.11 1997-ben a fenti problémákat kiküszöbölő szabványt mutatott be a bizottság 1Mbps és 2Mbps sebességeken tudott üzemelni, ami lassúnak bizonyult Két szabványok ~ időrendben 802.11a 54Mbps (szélesebb sávot használ) 802.11b 11Mbps (ugyanaz a sáv mint 802.11) 802.11g 54Mbps (ugyanaz a sáv mint 802.11) 802.11n 300Mbps (várható végleges szabvány 2010-ben, akár 600Mbps-en, eddigi draft alapján megy) A 802.11 mobillá teszi/tette az Internetet
Hálózatok szabványosítása Számos cég Hálózatot épít Hálózatot üzemeltet Ha mindenki másképp: Káosz Ha van szabvány Kommunikáció gépek között jobban elképzelhető Termék piaca bő, ezért Tömegtermelés, gazdaságos gyártás
Hálózatok szabványosítása Szabvány két-féle: de facto ( tényleges ): maguktól alakulnak ki, sokan követik. Pl.: PC-ken az IBM PC-k másolatait értjük (pedig volt több féle PC is) de jure ( törvényes ): hivatalos szabványok, valamely szabványosítási szervezettől. Szabv. szervezetek Államközi szerződés útján létrejött Önkéntesen létrejött
Hálózatok szabványosítása Telefontársaságok - USA 1500 magán-telefontársaság működik Nagyközönség részére szolgáltatnak: közszolgáltatók (common carriers) Díjszabás (tariff) Nemzetközi: Federal Commu. Comission Államközi: Államközi közszolg. bizottság
Hálózatok szabványosítása Telefontársaságok USÁn kívül (monopoliumok) távközlési hálózat (1 db) kormányzati szerv (PTT: Post, Telegraph &Telephone) Fejlődés nem ez az irány, hanem a szabadpiac
Hálózatok szabványosítása Világméretű kompatibilitás szükséges Más-más ország lakói kapcsolatba kerülhetnek Régi igény. 1865: Nemzetközi Távközlési Egyesülés (Intern. Telecommu. Union ITU) elődje ITU feladat: nemzetközi távközlés szabványosítása Három fő ágazat Rádiókommunikáció (ITU-R) Távközlési szabványosítás (ITU-T) Fejlesztési ágazat (ITU-D) ITU-R: rádiófrekvenciák kiosztása világszerte
Hálózatok szabványosítása ITU-T: távbeszélőrendszerek, adatátviteli rendszerek. CCITT (ITU-T régi, francia neve: Comité Consultatif International Télégraphique at Téléphonique) ITU-T tagok négy osztálya: Nemzeti kormányok Területi tagok Társult tagok Szabályozó testületek
Hálózatok szabványosítása ITU-T 200 kormány tagja USA-t a külügyminisztériuma képviseli (mivel itt nincs távközlési felügyelőség (PTT) 500 területi tag (AT&T, Vodafon, WorldCom, Cisco, Nokia, Nortel,Compaq,Sun,Toshiba,Intel,Motorola, TI,AOL TW, Sony,Samsung,Boing, stb..) Társult tagok kis vállalatok akik egy tanulmányi csoport munkájában érdekeltek (14 Tan.Csop. Van) Szabályozó testületek pedig a távközlési piacot felügyelik (Pl. FCC Szövetségi Kommun. Biz.)
Hálózatok szabványosítása ITU-T feladata Műszaki javaslatok tétele az adatkommunikáció interfészeire (pl.: csatlakozó tüskéinek elhelyezkedése, jelentése) ITU-T ajánlásokat ad, nem muszáj elfogadni, de aki eltér a szabványtól, általában magát hozza nehéz helyzetbe
Hálózatok szabványosítása Nemzetközi szabványosítás International Standards Organization ISO 1946-ban alakult, 89 tagállam szabványügyi szervezete alkotja (Pl.: ANSI USA; BSI Nagybrit.; AFNOR Franciao; DIN Németo; MSZT [Magyar Szabványügyi Testület] Magyarország Tagok egyenlő jogú szavazók Ajánlásokat ad, nem kell elfogadni (de érdemes) 200 Műszaki Bizottságból áll (Technical Committee TC), ezek bizonyos szakterületekkel foglalkoznak, pl. TC1 csavarokkal és csavaranyákkal. TC1 szabványosítja a csavarok menetemelkedését. TC97 szakterülete a számítástechnika és információfeldolgozás.
Hálózatok szabványosítása Nemzetközi szabványosítás ISO A legtöbb munkát önkéntesek végzik munkacsoportokban (többnyaire cégek megbízásából, valamilyen új technológia bevezetésének előkészítésén Távközlési szabványokban ITU-T és ISO együttműködik
Hálózatok szabványosítása Nemzetközi szabványosítás menete ISO 1. Valamely tagország nemzetközi szabványosításra ajánl valamit 2. Munkacsoport alakul rá, kidolgoz egy bizottsági javaslatot (committee draft CD) 3. Körbeadják a tagszervezeteknek, azok 6 hónapon belül véleményezik 4. Ha többség egyetért, nemzetközi szabványtervezetet (Draft International Standard DIS) készítenek, melyet újra körbeadnak 5. Ez alapján elkészítik a nemzetközi szabványt (International Standard IS), melyet jóváhagynak és kiadnak. Az egész folyamat akár évekig is húzódhat. Sok esetben a Draft-ot már élesben használják a való életben
Hálózatok szabványosítása Országos Szabványügyi és Technológiai Intézet (National Institute of Standards and Technology NIST) USA Kereskedelmi Minisztérium hivatala Kormány beszerzéseihez ad kötelező szabványokat (kivéve katonaság) Villamos- és Elektronikai Mérnökök Intézete (Institute of Electrical and Electronics Engineers IEEE [ ájtriplí ] Szabványosítás fontos szereplője Folyóirat kiadás, konferenciaszervezés mellett villamosmérnöki és informatikai szabványokat dolgoz ki. Pl. 802-es sorozatot
Hálózatok szabványosítása Fontosak: * Befagyasztott: Megszűnt:
Internet szabványosítás Internetes szakemberek az anarchiát preferálják Néha azonban egyetértésre van szükség: Internet architektúra Testület (Internet Architecture Board - IAB) Feladat: Internet kutatóit egy irányba löködni 10 tagja munkacsoportokat vezet, új szabvány szüksége esetén ők tárgyalják át. A kommunikáció alapja egy jelentéssorozat: RFC (Request For Comments- megjegyzések bekérése). Online megtekinthetőek itt: www.ietf.org/rfc.
Internet szabványosítás 1989-re az Internet hatalmas, eddigi szabványosítás nem működik IAB alá két alcsoport alakul Internet Research Task Force (IRTF) Hosszú távú kutatások Internet Engineering Task Force (IETF) Rövid távú mérnöki kutatások Szabvány elképzelést RFC-ben alaposan el kell magyarázni, hogy szabványtervezet (Proposed Standard) legyen.
Internet szabványosítás A szabványtervezetet 4 hónap tesztelés (2 helyen) után lehet előszabványnak (Draft Standard) kikiáltani. Ha az IAB jónak látja, Internetszabványnak (Internet Standard) léptetheti elő.
Mértékegységek Legfontosabb SI előtagok
Decimális, bináris megkülönböztetés Mértékegységek
A FIZIKAI RÉTEG Adatátvitel elméleti alapjai Információ továbbítás vezetéken: valamely fizikai jellemzőt kell változtatni Feszültség Áramerősség A változást egy egyváltozós fv.-el leírhatjuk f(t) és innentől matematikai eszközökkel elemezhetjük a történéseket
Fourier-analízis A FIZIKAI RÉTEG 19.sz. eleje Jean-Baptiste Joseph Fourier: Bármely T periódusidővel rendelkező, periodikus g(t) függvény előállítható szinuszos és koszinuszos tagok (ált. végtelen) összegeként: g( t) 1 2 c n 1 a n sin(2 nft) n 1 cos(2 nft) Ahol f=1/t az alapfrekvencia, a n és b n pedig az n-edik harmonikus (tag) szinuszos ill. koszinuszos amplitúdója. b n
A FIZIKAI RÉTEG Az előbbi felbontást Fourier-sornak hívjuk A T periódusidő és az amplitúdók (a n,b n ) ismeretében az eredeti függvény időbeli alakja visszaállítható Időkorlátos adatjel (valódi jelek mind ilyenek) jelalakja időben ismétlődő (0 és T között ugyanaz a jelalak mint T és 2T között) ez alapján elég a 0 T tartományt vizsgálni (nem kell a mínusz végtelen, plusz végtelen között, ami nagy könnyebbség)
A FIZIKAI RÉTEG (a) eredeti jel, és a Fourier felbontás első pár harmonikus amplitúdójának négyzetes középértéke ( 2 2 ) a Ezen értékek arányosak az adott frekvencián továbbított energiával n b n
A FIZIKAI RÉTEG A Fourier-sor egyes tagjai az átviteli közegben más mértékben csillapodnak, így a jelalak torzul Van egy 0 és f c frekvenciatartomány ahol kevésbé (sávszélesség) és ez fölötti frekvenciákon nagyon (határ: vágási frek.) Azokból a Fourier komponensekből, amik a sávszélességen belül vannak kell a jelet visszaállítanunk
A FIZIKAI RÉTEG Ha a sávszélesség kicsi, a visszaállított jel kevésbé hasonlít az eredetire Ha sávszélesség nagyobb, több komponens torzul kevésbé, így a jelet jobban tudjuk közelíteni
A FIZIKAI RÉTEG Ha adatsebesség b b/s, akkor 8 bit egyenkénti átküldéséhez 8/b másodperc kell, azaz az első harmonikus frekvenciája b/8 Hz A beszédminőségű vonalak szokványos vágási frekvenciája 3000 Hz felett van b b/s (bps) átviteli sebesség mellett ez azt jelenti, hogy a legmagasabb átvitt harmonikus 3000/(b/8), azaz 24000/b
A FIZIKAI RÉTEG Adatátviteli sebesség és harmonikusok közti kapcsolat (fix sávszélesség mellett a sebesség korlátos, nagy sebesség kevés harmonikus miatt, zaj nélküli csatornán is!) b/s
A FIZIKAI RÉTEG Csatorna maximális adatátviteli sebessége Harry Nyquist, 1924 Tökéletes csatorna átviteli kapacitása is véges (véges sávszélességű, zajmentes csatorna) Claude Shannon, 1948 Kiterjeszti Nyquist munkáját zajos csatornákra is Nyquist: H sávszélességű aluláteresztő szűrőn átbocsájtott jelből vett másodpercenként 2H mintából a jelet vissza tudjuk állítani (kevesebből nem, több fölösleges)
A FIZIKAI RÉTEG Nyquist: ha a jelnek V különböző diszkrét szintje van, akkor Nyquist tétel így szól: Maximális adatsebesség = 2H log 2 V [b/s] Pl.: zajmentes 3kHz sávszélességű csatornán bináris (kétszintű) jelek esetén a maximális adatsebesség 2*(3000)*log 2 2=2*3000*1=6000 [b/s] Véletlen zajos csatornákon a helyzet csak romlik. A termikus zaj pedig minden csatornán jelen van. A zaj mennyiségére a jel és zaj viszonyt szokták megadni (signal-to-noise ratio). Jel: S, zaj: N. Jel/zaj viszony: S/N. Általában nem ezt adják meg, hanem a 10log 10 S/N mennyiséget: decibel [db].
Decibel példák: A FIZIKAI RÉTEG S/N viszony 10 (jel 10 : zaj 1) 10 db S/N viszony 100 (jel 100 : zaj 1) 20 db S/N viszony 1000 (jel 1000 : zaj 1) 30 db Shannon maximális adatátviteli összefüggése zajos csatornára, ahol sávszélesség H, jel/zaj viszony pedig S/N: Max. adatsebesség = Hlog 2 (1+S/N) [b/s] Pl.: 3000 Hz sávszél, 30dB jel/zaj viszonyú csatornán (tipikusan távbeszélő rendszer): Max.adatsebesség= =3000log 2 (1+1000)=~3000*10=30000 [b/s] (ez felső korlát, elérni valóságban szinte soha nem lehet)
Vezetékes átviteli közegek Fizikai réteg célja a bitfolyam szállítása gépek között. A tényleges összeköttetés valamilyen fizikai közegen át vezet. Ez többféle lehet: Vezetékes (réz, optika), Vezeték nélküli (levegő rádió,lézer)
Vezetékes átviteli közegek Mágneses hordozó Szalag vagy lemez, akár DVD (nem mágneses..) hordozón fizikailag viszünk át adatot: Nagyon nagy sávszélesség. Pl.: Ultrium kazetta 200GBos. Ebből egy 60cmx60cmx60cm-es dobozban 1000 db fér el. Ezt 24 órán belül nagy távolságokra juttathatjuk el postán/futárral. Ez az átvitel 1000x200GB / 24*60*60 sec, azaz 200000GB/86400sec, azaz 2,31GB/s (18,5Gbps 18,5 Gigabites vonal ) Az ár szintén verhetetlen, a hálózaton való átvitel töredéke Ez szuper, de mi a baj vele?
Vezetékes átviteli közegek Mágneses hordozó Átvitel hatalmas, de a késleltetés is (24 óra?) Legtöbbször on-line kapcsolatra van szükség (max. ms-es késleltetésekkel) Sodrott érpár Két, tipikusan 1mm vastag szigetelt rézvezeték Spirál szerűen sodorva vannak, mert így a vezetékekre ható zajok kioltják egymást (ha egyenesen mennek, nem oltják, hanem antennaként viselkednek)
Vezetékes átviteli közegek Sodrott érpár Leggyakrabban távbeszélő rendszerekben használják Több kilométeren erősítés nélkül alkalmazható Ha több érpár megy egy helyről, gyakran kötegekbe fogják és védőburkolattal látják el Analóg és digitális jelek továbbítására egyaránt alkalmas Sávszélesség a fizikai vastagságtól és áthidalt hossztól függ
Vezetékes átviteli közegek Sodrott érpár Pár kilométeren pár Mb/s sebességet lehet elérni Mivel olcsó és megfelel a teljesítményük, még pár évig valószínűleg maradnak használatban Számítógép-hálózatok szempontjából pár ilyen kábel érdekes: Cat3, hármas kategóriájú sodort érpár 1988-ig Cat5, ötös kategóriájú sodort érpár (nagyobb sűrűségű a sodrás, így nagyobb távolságokat lehet áthidalni, kevesebb az áthallás) Cat6, Cat7, hatos és hetes kategóriájú kábelek, ezek a jelen és jövő csavart érpárai
Vezetékes átviteli közegek Sodrott érpár (a) Cat3 (b) Cat5 Category Type Spectral B/W Length LAN Applications Notes Cat3 UTP 16 MHz 100m 10Base-T, 4Mbps főleg telefonvonalaknál Cat4 UTP 20 MHz 100m 16Mbps ritkán látni Cat5 UTP 100MHz 100m 100Base-Tx,ATM, CDDI LAN-okhoz általános Cat5e UTP 100MHz 100m 1000Base-T LAN-okhoz általános Cat6 UTP 250MHz 100m feltörekvő Cat7 ScTP 600MHz 100m
Vezetékes átviteli közegek Sodrott érpár UTP (Unshielded Twisted Pair) árnyékolatlan STP (Shielded Twisted Pair) Árnyékolt (IBM védjegy) ScTP (Screened Twisted Pair) Árnyékolt (ugyanaz, nem IBM) Ez sokszor azt takarja, hogy a párok belül nem árnyékoltak, csak az egész kívül, míg STP-nél a párok is. (http://www.conniq.com/networking_media2.htm)
Vezetékes átviteli közegek Koaxiális kábel ( koax ) Jobb árnyékolással rendelkezik Nagyobb távolságokra jó, nagyobb sebességek mellett Két fajta (történelmi ok az eltérés) 50 ohm digitális átvitel 75 ohm analóg átvitelre Felépítés: tömör rézhuzal, szigetelő, sűrű háló, műanyag Mai kábelek sávszélessége 1GHz KábelTV, nagyvárosi hálózatok
Vezetékes átviteli közegek Koax felépítése