4.Szabványos protokollok Amikor "szabványos" protokolloktól beszélünk meg kell mondanunk, hogy a használatos protokollok egy része valóban nemzetközi szabvány, más részük ipari gyakorlatban elfogadott, és mindenki által ismert de facto- eljárás. Itt főként a LAN hálózatokban szokásos protokollokkal foglalkozunk, és kisebb teret kapnak a távközlésben használatos megoldások. 4.1. HDLC protokoll A protokoll alapja az IBM SNA-ban használt SDLC (Synchronous Data Link Control) protokoll. Ezt egészítette ki az ISO, és HDLC (High-level Data Link Control) néven szabványosította. A CCITT szintén átvette, és kissé módosítva X.25 részeként, LAP-B (Link Acces Procedura Balanced) néven szabványosította. Láthatjuk, hogy a megoldás sok későbbi szabvány alapja. Előny a karakterorientált átvitelhez képes Duplex átviteli lehetőség Vezérlő információk hibavédelme Kötelező ciklikus hibavédelem Kód és bitsorozat független átvitel Több nyugtázatlan keret lehet a vonalon Több csomópontos, időben átlapolódó kommunikáció Az adatkeret mezői tetszőlegesen bővíthetők. A kommunikációban résztvevő állomás lehet : főállomás (Primery Station) mellékállomás (Secondary Station) Ha mindkét oldalon számítógép van, akkor egyszerre realizálnak P - S állomást, amit "kombináltnak" hívnak. 99
Lehetséges elrendezések: Aszimmetrikus elrendezések Primary Secondary Secondary Primary Secondary Secondary Szimmetrikus elrendezések Primary Primary Combi Combi Secondary Secondary 4.1.ábra. HDLC állomások lehetséges elrendezései. Működésmódok: NRM (Normal Response Mode) A főállomás lekérdezi a mellékállomásokat. ARM (Asynchronous Response Mode) Tetszőleges pillanatban adhat a mellékállomás. Aszinkron szimmetrikus üzemmód ABM Asynchronous Balanced Mode Két állomás egyenrangú. A keret felépítése: 0 1 1 1 1 1 1 0 Cím Vezérlés Adat CRC 0 1 1 1 1 1 1 0 Bitek száma 8 8 8 >0 vagy =0 16 8 4.2.ábra. HDLC keret felépítése A keretet egy szinkronizáló bitsorozat nyitja és zárja. A 8 bites címmező 255 címet enged meg. A szerény címzési lehetőség mutatja, hogy elsősorban távközlési célokra tervezték. A vezérlőmező 8 bit, de 16 bit is lehet kiterjesztett üzemmódban. Az adatmező hossza tetszőleges, de gondolnunk kell arra, hogy a 16 bites ellenőrzőösszeg hatásfoka az adatmező hosszának növekedésekor romlik. A kereteket felhasználásuk szerint 3 csoportba soroljuk: információs (Information) felügyelő (Supervisory) számozatlan (Unnumbered) 100
A különböző kerettípusok a vezérlő mező alapján különböztethetők meg. Az információs keret tartalmaz egy 3 bites sorszám mezőt. Ez lehetővé teszi a csúszó ablak (lásd: 3.3) alkalmazását. Egyszerre 7 nem nyugtázott keret lehet a rendszerben. A felügyelő keretek nem tartalmaznak sorszámot, így csak 1 nyugtázatlan felügyelő keret lehet a rendszerben. A nyugtázás is számozatlan nyugta keretben történik. Mivel csak 1 felügyelő keret lehetett a vonalon, így tudjuk, hogy a nyugta mire vonatkozott. A "számozatlan" kereteket inicializálásra, állapotjelzésre használjuk. Tartalmuk nem továbbítódik a hálózati rétegnek. 4.2. IEEE 801, IEEE-802 protokollok Az IEEE (Institute of Electrical and Electronik Engineers) több szabványt is kidolgozott helyi hálózatok számára. Ezeket szoktuk IEEE801és IEEE 802 néven emlegetni. A nemzetközi szabványosítási szervezet ISO 8802 néven hivatkozik rájuk. A szabvány sok részből áll, és folyamatosan fejlődik. A munkacsoportok folyamatosan dolgoznak az új részeken, mint például a 10-40Gbit/sec sebességű hálózatok szabványosításán. A szabványok vázlatos csoportosítása: 801.D Ipari ETHERNET prokolljai és topológiája (Optikai gyűrű). 801.W Ipari ETHERNET prokolljai és topológiája (Optikai gyűrű, gyors hibafelismeréssel). 802.1 Leírja a szabványcsomag szerkezetét és meghatározza az interfaceprimitíveket 802.2 Az adatkapcsolati réteg LLC - rétegét (Logical Link Control) definiálja. 802.3 CSMA/CD alapú családot írja le, 10 Mbit/sec sebességű hálózatokra A szám utáni betű a későbbi kiterjesztésekre utal. 802. 3u 100 Mbit/sec órajelű ETHERNET 802. 3z 1Gbit/sec órajelű ETHERNET 802. 3ae 10 Gbit/sec órajelű ETHERNET 802.4 Vezérjeles sín 802.5 Vezérjeles gyűrű 101
802.6 DQDB (Distributed Queue Dual Bus) kettős sín, osztott várakozási sorral 802.7 Vivőfrekvenciás (szélessávú) LAN 802.8 Optikai szál 802.9 Isochronous LAN 802.10 Biztonsági kérdések (Security) 802.11 Vezeték nélküli LAN 802.12 Prioritásos hozzáférés 802.13-802.14 Kábel - modem 802.15 Vezeték nélküli kistávolságú hálózatok (Personal Area Network, Bluetooth ) 802.16 Nagysebességű, telepített, vezeték nélküli hálózat (Standard Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems) A leggyakoribb LAN hálózati protokoll, az Ethernet név használata eléggé következetlen az irodalomban, ami időnként zavart okoz. Sokszor Ethernet hálózatra 802.2-ként hivatkoznak (olyan protokoll, ahol az LLC alréteg megfelel az IEEE 802.2 specifikációnak). Gyakran más elven működő hálózatokat is ETHERNET-nek neveznek. Az ETHERNET eredetileg a XEROX, DEC, Intel közös fejlesztésű megoldása. Az IEEE-802.1 minden CSMA/CD módszert használó protokollt Ethernet-nek nevez, de a megnevezésben mindig szerepel az altípus megjelölése. 2007-ben fogadták el az ETHERNET hálózatok ipari felhasználását elősegítő, redundáns hálózatok létrehozására alkalmas gyűrüs topológia elveit. A protokollt az IEEE801.D Spanning Tree illetve az IEEE801.W Rapid Spanning Tree algoritmusokra építették fel. Az aktív elemek működőképességét ellenőrző mechanizmusokat az IEEE802.1p/Q fejezetben találjuk meg. A megoldás csak részben felel meg az ETHERNET hagyományosan elfogadott fogalmának. ETHERNET-nek azért nevezhetjük,mert a részhálózatok szintjén a hagyományos ETHERNET eszközök alkalmazhatók. A térben kiterjedt rendszerek egy vagy két redundáns gyűrűvel kapcsolhatók össze. A gyűrű kerülete lehet akár 10-100km is! A protokoll nem ütközéses protokoll, nem illik bele az ETHERNET filozófiába. (Részletesebben a Nagymegbízhatóságú rendszerek fejezetben). A különböző 102
CSM/CD módszert használó, Ethernet-nek nevezett 802.x protokollok nem egységesen támogatják a különböző hálózati protokollokat. Emiatt egy Ethernet hálózatban legtöbbször több kerettípust kell egyidőben használnunk. A felügyeleti szoftverek kompatibilitása a különböző kerettípusokkal meg sem becsülhető, a specifikációra kell hagyatkoznunk. Az alábbi táblázatban bemutatjuk, hogy melyik keret típus milyen felette elhelyezkedő protokollal tud együttműködni. NetWare AppleTalk AppleTalk IP OSI IPX/SPX Phase I Phase II ETHERNET_802.3 X ETHERNET_802.2 X X X ETHERNET_SNAP X X X ETHERNET_II X X X Látható, hogy egy Apple gépeket és régi NetWare szervereket nem tartalmazó hálózatban megélünk egy ETHERNET_802.2 protokollal. Az ETHERNET_802.3 keretformátumra csak akkor van szükség, ha IPX/SPX (régi Novell) protokoll is van a hálózaton. Az ETHERNET_802.3 csak az IPX/SPX protokoll számára alkalmas, mert nem tartalmazza a fejrész a 802.2-ben megkövetelt információkat. 103
4.2.1. ETHERNET_802.3 ( 802.3 Raw ) Preamble 7 byts Szinkronizáló sorozat 7* 10101010 bitsorozat Start of frame delimiter 1 byte Keretkezdet jel 1* 10101011 2 or Destination MAC address 6 byts Cél cím ( 48 bit fizikai cím, egyedi ) 2 or Source MAC address 6 byts Forrás cím Length indicator 2 byts Az adatmezőben lévő bájtok száma Data < = 1500 Az adatmező minimális hossza 46 bájt. byts Szükség estén töltőkarakterekkel növeljük a hosszt, hogy a minimumot elérje. Padding (optional) Frame Check Sequence 4 byts CRC-32 polinómmal képzett ellenőrző összeg 4.3. ábra. ETHERNET_802.3 keret formátum A szinkronizáló sorozat és a keretkezdet jel alkalmas a keretek elejének felismerésére. A cél és forráscím az Ethernet hálózati eszközök fizikai címét adja meg. Valójában 46 bit a címtartomány. Az első két bit adminisztratív célokra foglalt. 4.4.ábra. Ethernet cím szerkezete A címekben az első bit arra utal, hogy a cím egyedi, vagy csoportcím. A csoportcím lehetővé teszi, hogy több berendezésre küldjünk egyidőben kereteket. (A napi gyakorlatban csak egyedi címek fordulnak elő.) A második bit megmutatja, hogy az adott címet a címtartományokat felügyelő nemzetközi szervezet regisztrálta-e. (Célszerű regisztrált című csatolókat használni, ha nem akarunk váratlan, és nehezen fellelhető hibákat keresni a hálózatunkban.) 104
A hossz indikátor az adatmezőben lévő hasznos bájtok számát adja meg, töltő karakterek nélkül. 4.2.2. ETHERNET_802.2 A formátum tartalmazza a 802.3-ban definiált összes mezőt. Az adatmező első három bájtja fenntartott a Logical Linc Control számára Preamble 7 byts Szinkronizáló sorozat 7* 10101010 bitsorozat Start of frame delimiter 1 byte Keretkezdet jel 1* 10101011 2 or Destination MAC address 6 byts Cél cím ( 48 bit fizikai cím, egyedi ) 2 or Source MAC address 6 byts Forrás cím Length indicator 2 byts Az adatmezőben lévő bájtok száma DSAP Address 1 byte Destination Service Access Point SSAP Address 1 byte Source Service Access Point Control 1 byte Control Data < = 1497 Adatmező minimális hossza 46-3 bájt. byts Szükség estén töltőkarakterekkel növeljük a hosszt, hogy a minimumot elérje. Padding (optional) Frame Check Sequence 4 byts CRC-32 polinómmal képzett ellenőrző összeg 4.5.ábra. ETHERNET_802.2 keret A korábban még nem tárgyalt mezők: DSAP Protokoll azonosító mező. A célállomásnak küldött, az adatmezőben lévő becsomagolt protokoll típusára utal. Pédául IP protokoll esetén az érték 06h, IPX protokoll esetén E0h. SSAP Protokoll azonosító mező. A forrásgép protokoll azonosítója. Alap esetben megegyezik a DSAP mezővel, de lehet eltérő is. Pl.: egy router két oldalán eltérő protokollok lehetnek. Control A rendelkezésre álló LLC szolgáltatásokat adminisztrálja. (Kapcsolat orientált, vagy kapcsolat nélküli szolgálat, nyugtázott vagy nyugtázatlan szolgálat, stb ). 4.2.3. ETHERNET_SNAP Ethernet Sub-Network Access Protocol. 105
Preamble 7 byts Szinkronizáló sorozat 7* 10101010 bitsorozat Start of frame delimiter 1 byte Keretkezdet jel 1* 10101011 2 or Destination MAC address 6 byts Cél cím ( 48 bit fizikai cím, egyedi ) 2 or Source MAC address 6 byts Forrás cím DSAP Address 1 byte SSAP Address 1 byte SNAP mezők Control 1 byte Organization 3 byts Code Protocol Type 2 byts Length indicator 2 byts Az adatmezőben lévő bájtok száma Data < = 1492 Adatmező minimális hossza 38 bájt. byts Szükség estén töltőkarakterekkel növeljük a hosszt, hogy a minimumot elérje. Padding (optional) Frame Check Sequence 4 byts CRC-32 polinómmal képzett ellenőrző összeg 4.6.ábra. Ethernet_SNAP protokoll A DSAP, SSAP mezők tartalma mindig AA h (hex), a Control mező mindig 03 h. Ennek a három mezőnek a tartalma alapján tudja a vevő, hogy SNAP keretet vett. Organization Code 3 bájt hosszú, és a protokoll gyártójára utal. Felhasználható a protokoll típusát megadó mező tartalmának ellenőrzésére. Protocol Type 2 bájt hosszú, és az Ethernet felett futó protokoll típusát tartalmazza. (Pl.: 0800 h IP protokoll, 8137 h NetWare.) 4.2.4. ETHERNET_II Az Ethernet_II a DEC és Xerox közös fejlesztés. A megvalósításban ötvözik a logikai kapcsolat vezérlési és közegelérési (logical link control & media acces control) funkciokat. Általában az Ethernet_II protokollt szokás ETHERNET-nek nevezni A keretformátum abban különbözik a 802.3 tól, hogy a hosszmező helyén a keretben szállított protokollt azonosító mező van. 106
Preamble 7 byts Szinkronizáló sorozat 7* 10101010 bitsorozat Start of frame delimiter 1 byte Keretkezdet jel 1* 10101011 2 or Destination MAC address 6 byts Cél cím ( 48 bit fizikai cím, egyedi ) 2 or Source MAC address 6 byts Forrás cím Type 2 byts Az adatmezőben szllított protokoll típusa Data < = 1500 Az adatmező minimális hossza 46 bájt. byts Szükség estén töltőkarakterekkel növeljük a hosszt, hogy a minimumot elérje. Padding (optional) Frame Check Sequence 4 byts CRC-32 polinómmal képzett ellenőrző összeg Type 4.7.ábra. Ethernet_II keretformátum 2 bájtos mező, ami az adatmezőben szállított magasabb szintű protokollra utal. A protokoll azonosítók mindegyikében a legmagasabb helyiértékű bit 1, igy könnyen megkülönböztethető a hossz mezőtől, mert abban a legmagasabb helyiértéken csak 0 lehet. Néhány típusjelző: IP 0800h IPX 8137h ARP 0806h RARP 8035h 107
4.2.5 802.3 ütközés kezelése Egy állomás akkor kezd adásba, ha a csatornát üresnek találja. Az üresnek talált csatorna a késleltetések miatt nem garantálja, hogy más nem kezdett adásba, és nincs ütközés. A CSMA/CD nél tárgyalt elveknek megfelelően a hálózat korlátozott mérete és a minimális kerethossz együttesen garantálja, hogy a minimális hosszúságú keret is biztosan ütközést hozzon létre minden vevőn, ha a szegmensben valahol történt ütközés. Ha egy állomás ütközést érzékel abbahagyja az adást, és egy 48 bit hosszúságú zaj-löketet (noise burst) állít elő, hogy a többi állomást is figyelmeztesse az ütközésre. Ez valójában egy biztonsági lépés, hiszen e nélkül is mindenkinek érzékelni kell az ütközést. Az ütközés érzékelése után minden állomás abbahagyja az adást, és véletlenszerű várakozási idő után próbálkozik újra. A véletlenszerű várakozás itt megvalósított módját kettes exponenciális visszalépésnek (binary exponential backoff) nevezik. Az állomás 0 és 2 i -1 tartományból választ szorzót a várakozási időhöz, ahol i az ütközések sorszáma az adott versengési periódusban. Az első ütközés után i=1, tehát 0-1 tartományból választ az állomás. Tehát vagy adásba kezd, vagy 1 időrésnyit vár. Ha a következő adási kísérlet is ütközéssel jár, növeli a kitevőt 1-el. 2 2 =4, a választék 0, 1, 2, 3 A lehetőségek: adásba kezd, ha üres csatornát érzékel vár 1 időrésnyit, vár 2 időrésnyit, vár 3 időrésnyit. Láthatóan csökken az adás valószínűsége az ütközések számának emelkedésével. Az állomás 16-szor kísérli meg egymásután az adást, de a kitevőt csak 10-ig növeli. (2 10 időrésnél többet sohasem várakozik). A várakozási idő növelése egy határon túl értelmetlen, mert túlságosan nagy várakozási idő az alkalmazásoknál is idő- túllépést okoz, és azok szakítanák meg a működésüket. (A résidő 10 Mbit/sec sebességű hálózatoknál 51,2 sec, 64 bájt adási 108
ideje). Van valószínűsége annak is, hogy egyetlen állomás sem kezd adásba, és tétlen periódus keletkezik a csatornában. A CSMA/CD protokoll nem biztosít nyugtázást. Vannak javaslatok ennek a problémának a feloldására, de eddig egyiket sem fogadta el az IEEE. Az egyik lehetséges megoldás, hogy a sikeres kerettovábbítás után (nem volt ütközés) az első versengési időrést fenntartanánk a célállomásnak, hogy elküldhesse a nyugtát. A nyugtázással egy sor nehézség is járna, így inkább az a tendencia érvényesül, hogy a nyugtázást bízzuk a magasabb rétegekre, ha szükség van rá. IEE 802.3u - Fast Ethernet A protokollok, formátumok azonosak a korábbiakkal, de 100 Mbit/sec-nek megfelelő bitidővel. A bitidő 100nsecről 10 nsec-re csökken, így a legrövidebb keret időtartama: 512*10nsec = 5,12µsec Ez jelentősen csökkenti az ütközés- kezeléses technológiával megvalósítható hálózat átmérőjét. Egy ütközési szegmens átmérője maximum 200 m lehet. Adott protokoll mellett a hálózat mérete csak olyan eszközökkel növelhető, melyekben az egyes portok önálló kolliziós szegmenst hoznak létre (switch, router) (a hálózatok gyakorlati megvalósításánál látunk rá példát; xx fejezet). IEEE_802.3z - Gigabit Ethernet A bitidő csökkentése 1 nanosec-re azt jelenti, hogy a legrövidebb, 64 bájt hosszúságú keret adása nagyjából fél sec-ig tart. Ennyi lehet az ütközés érzékelés működése érdekében a hálózat maximális késleltetése: 2 = 0.5 sec. Ha az átlagos futási sebességgel számolunk (v=200m/ sec), akkor a hálózat legnagyobb átmérője : V* =0.25*200= 50 [m] Az ágak hossza 20-25 méter lehetne, ami nyilván valóan nem megfelelő. A tervezők a minimális kerethossz 512 bájtra növelése mellett döntöttek, ami lehetővé teszi a megszokott 100m hosszúságú ágak létrehozását. 109
802.3ae 10Gbit/sec sebességű ETHERNET hálózatok A 10Gbit sebességű hálózatok a legújabb fejlesztésű rendszerek. (A csavart érpáras kábelekre vonatkozó szabványt 2006. szeptemberében tették közzé.) A 10Gbit sebességű hálózatok a korábbi 802.3 szabványoktól eltérően nem a CSMA/CD közegelérési eljárást használják. Minden összeköttetés kapcsolt fullduplex. Nincs többszörös közeghozzáférés, így ütközés sincs. Ilyen vonali sebesség mellett az ütközés-kezeléses eljárások elfogadhatatlanul kicsi hálózat- méreteket, vagy túlságosan nagy kerethosszt eredményeznének. A nagy vonali sebesség az adatfeldolgozó eszközöktől is nagy teljesítményt igényel. Ma (2006) nincs pl. olyan kódoló eszköz, ami ilyen vonali sebesség mellett tudna online nyílt kulcsú titkosítást létrehozni. A nagysebességű vonalak nagysebességű kapcsolókat is igényelnek (minimálisan 40Gbit/sec!!). A nagyobb feldolgozási sebességigény meggyorsíthatja azokat a fejlesztéseket, melyek arra irányulnak, hogy a routerekben csökkentsük a feldolgozási igényt. Áttörést olyan processzorok piacra kerülése hozhat, melyek képesek portonként 28-30 millió csomag/sec sebességű feldolgozásra. A nagy félvezető gyártók többsége 2007-re képes lesz ilyen eszközök gyártására. Az INTEL (2006 decemberében) xp2800 hálózati processzora portonként 32Gbit/sec sebességet ért el, ami elegendő a technológia elterjedéséhez. A nagy adatátviteli sebesség átrendezheti az adattárolók piacát is. Megvalósíthatóvá válnak egy nagyobb hálózat számára elérhető SAN-ok (Storage Area Network), illetve városi színtű adattároló központok is. A Ten-gigabit Ethernet jelenleg a leggyorsabb szabványos Ethernet. Több változata került szabványosításra. 10GBase SR (short range). Multimode üvegkábelre van tervezve. Max szegmenshossz: 26 82 m. Az új 2000 MHz*km-es kábelekkel 300 méter is elérhető. 10GBase LR és 10GBase ER ( long range és extended range ) mono-módusú üvegkábelre van tervezve. Max. szegmenshossz 10-40 km. Egyes gyártók az áthidalható távolságot 80 km-re növelték (ER kiterjesztés). 110
10GBase SW, 10GBase LW, 10GBase EW Hasonló tulajdonságú megoldások, mint az SR, - LR, - ER, speciálisan a SONET hálózatok igényeihez illesztve. 10GBase CX4 Pillanatnyilag a legolcsóbb, de nem perspektívikus megoldás. A meghajtó áramkörök fejlesztése után szerepét valószínűen átveszi a 10GBase-T. Elsősorban a számítóközponton belüli alkalmazásokra tervezték. 4 párhuzamos TVINAX kábelt használ (4*2 koax ér). párhuzamosan. Max. szegmenshossz: 15 m. 10GBase T Cat 6 és Cat 7 csavart érpáras kábelekre van definiálva. Az áthidalható távolság 64 100 m. Maximálisan kihasználja a meglévő kábelezési rendszerekben rejlő lehetőségeket. Nagy előnye, hogy a kiterjesztett CAT-6 szabványnak megfelelő kábeleken működik. Nincs szükség a csatlakozók cseréjére, vagy hibrid patch kábelek használatára. Kiépített hálózat esetén (hagyományos CAT-6 kábelezés) csak a paraméterek mérése után lehet eldönteni, hogy az adott vezetékezés alkalmas-e a nagyobb sebességű működésre. Az érpárok kölcsönös áthallása és a külső zaj a kritikus paraméter. A csillapított jel és az áthallásból adódó zaj közel azonos tud lenni a távoli végponton. (A különbség 3-6dB). A vevőoldalon matematikai eljárások alkalmazásával lehet a jelet a zajból kiemelni. 4.2.6. IEEE-802.3 protokollok hatékonysága Általánosságban elmondható, hogy a hálózat méretének növelése is, és sávszélesség növelése is csökkenti a hatékonyságot. Ez nagyjából azt jelenti, hogy az ütközés érzékelős, ütközés kezelő protokollok nagy átviteli sebességeknél a minimális kerethossz kényszerű növelése miatt - rövid adatblokkok átvitele esetén - egyre rosszabb hatásfokkal működnek. A hálózat átmérőjének növelése szintén a minimális kerethossz növelését igényli. A megnövelt minimális keretméret rontja a hatásfokot rövid adatblokkok esetén. A hosszabb kábel megnöveli a versengési periódus idejét is. A matematikai vizsgálatok nem adnak teljesen hű képet a forgalmi 111
viszonyokról, mert a peremfeltételeink nem teljesülnek maradéktalanul, de a tendenciákat jól jelzik. Ütközés kezeléssel és csatorna figyeléssel (CSMA/CD) működő protokollokkal nagytávolságú, nagysebességű hálózatok nem hozhatók létre. A nagytávolságú és sebességű hálózatok keret felépítse hasonló is lehet mint a LAN hálózatoké, de közegelérés vezérlésére és nyugtázásra más megoldást kell keresnünk (IEEE 802.3ae, ATM, stb). 4.2.7. A hálózatot megvalósító közeg (medium) A kábelezés jellegét a szabvány szám után tüntetik fel. A jelölésből megtudhatjuk, hogy milyen közegre épül a hálózat, és mekkora lehet egy koaxiális kábellel megvalósítható szegmens maximális hossza. A koaxilás kábelre épülő LAN hálózatok ma már jórészt nem javasoltak épületkábelezési célokra. A csavart érpáras kábelre tervezett hálózatoknál a T jelölés mellett a hálózat névleges teljesítménye van megadva bit/sec értékben. (Pl.: 802.3-100BaseT- 100Mbit/sec sebességű hálózat. 802.3-10GbaseT -10Gbit/sec sebességű hálózat.) Az üvegszálas hálózatokat az F (Fibre ) jelöli. 112
802.3 protokollok 802.3 1Mbps 1Base5 10Mbps 10 Base-F 802.3j-1993 10Base5 10 Base-2 FLOIRL 10 Broad36 10 Base-T 10 Base-FL 802.3 802.3a 802.3d 802.3i 10 Base-FP 1985 1987 1990 10 Base-FB 100Mbps 100Base-T 802.3u 1995 100Base-X 100BaseT4 100Base-T2 100 Base-TX 100Base-FX 100Base-BX 1Gbps 1000Base-X 802.3z 1998 1000Base-SX 1000Base-LX 1000Base-CX 1000Base-T 802.3ab 1999 10Gbps 802.3ae 2002 10GBase-SW 10GBase-LW 10GBase-EW 10GBase-LX4 10GBaseSR 10GBase-LR 10GBase-ER Jelmagyarázat: 10GBaseCX4 Text 10GBase-T 2006 réz vezeték Text Text üvegszálas kábel ipari jelentősége csekély 4.8 ábra. IEEE-802.3 protokollok 4.2.8. Redundáns (ipari) ETHERNET Az ipari rendszerektől elvárjuk, hogy hibatűrők legyenek. Fel kell készülnünk az aktív elemek meghibásodására, és a hálózat egy részének fizikai megsemmisülésére is. Nem tartozik a ritka események közé, hogy egy földmunkagép elszakítja a kábeleinket. A rendszerek megvalósítási költsége sem elhanyagolható szempont. 113
Ezek a kérdések különösen fontossá válnak egy nagykiterjedésű üzemi területen. A kábelek fektetési költsége (Pl.: városi vizmű rendszer automatizálása) lakott környezetben a beruházás egyik kritikus pontja lehet. Az egyes csomópontok felfűzése egy gyűrűre sokat csökkenthet a kiásandó nyomvonal hosszán. A felfűzés azonban azzal a veszéllyel is jár, hogy a gyűrű megszakítása leállítja az egész rendszert. Ezért a gyűrűt hibatűrővé kell tennünk. 114
4.2.9.Vezérjeles protokollok IEEE- 802.4 vezérjeles sín A vezérjeles sín a General Motors és hasonló gyártás automatizálásban érdekelt cégek kívánságait tükrözi. A valószínűségi alapon működő protokollokkal szemben a legsúlyosabb kifogás, hogy nem számítható ki a "legrosszabb eset". A gyártás automatizálásban nagy megbízhatóságú, és garantált minimális szolgáltatást nyújtó protokollra van szükség. Ezt a tervezők szerint az IEEE-802.4 biztosítja. Az állomások egy szélessávú, 75 ohm-os koax kábelre csatlakoznak. 1 4 3 5 2 4.9. ábra. Token Bus elrendezés. Az állomások fizikai helyét nem ismeri a rendszer, a kábelen adatszórás van. Az állomások egy vezérjelet (token) adnak a következő sorszámú állomásnak. Az adásjog annál van, aki token-t birtokolja. Ma az általános gyakorlatban nincs jelentősége, csak speciális területeken alkalmazzák. Token Bus néven találjuk meg az irodalomban. Előnye, hogy a kábelen egyidőben többféle adat, kép, hang továbbítható. A csatolók viszonylag bonyolultak, és költségesek. IEEE - 802.5 szabvány: vezérjeles gyűrű 115
A gyűrű jellegű hálózatokat nagyon régóta (1972) használják. Alkalmasak mind helyi, mind nagy kiterjedésű hálózatok megvalósítására. A legszembetűnőbb előnyeik: lényegében pont-pont kapcsolatok sorozatát valósítják meg, ami nagyon jól kezelhető elrendezés a működés szinte tisztán digitális, szemben a 802.3-ban alkalmazott analóg megoldásokkal meghatározható minden állomásra a "legrosszabb esetre" vonatkozó sávszélesség az állomások egyenrangúsága, vagy definiálható prioritása könnyen megvalósítható A "Token Ring" hálózat fizikailag UTP vagy STP kábelezéssel létrehozott csillag topológia, logikailag azonban gyűrű, ahol a jelek egy irányban haladnak. A hálózat megvalósítható koax kábelekkel, vagy üvegszálasan is. Az állomások a "Multistation Access Unit"-hoz, a huzalközponthoz (MAU) csatlakoznak. A huzalközpont alkalmazásával kiküszöbölhetők a gyűrű megszakadásából adódó hibák. A kikapcsolt állomás huzalozását a MAU-ban lévő relé áthidalja. M A U Interface 4.10. ábra. Gyűrű hálózat fizikai megvalósítása A gyűrűben minden illesztőhöz érkező bit egy 1 bites pufferbe kerül, ahonnan változatlanul visszaíródik a gyűrűbe, vagy invertálódik. 116
Minden működő állomás valójában bemásolja a biteket egy regiszterbe, és figyeli, hogy a kapott bitminta nem vezérjel-e. A vezérjel (token) egy 3 bájt hosszúságú, speciális keret, aminek a második bájtjából egyetlen bit jelzi, hogy a keret adatkeret, vagy token. Ha az állomás vezérjelet vett, és van adni valója, akkor ezt az egy bitet állítja át. Ezzel az átalakítással a vezérlő-keretből adat-keret lett, amit kitölthet a saját adataival. A gyűrűből az állomás kivette a tokent, a következő állomás 1 bit késleltetéssel olyan keretet kap, ahol a jelzőbit adatkeretre utal. A már elküldött része a vezérjelnek az adatkeret első része lesz, mivel ezek a részek azonosak. A token formátuma: SDEL Priority EDEL Start Delimiter T M Priority Res. Access Control End Delimiter 4.11. ábra. Token formátuma Start Delimiter Prioriti bits Token indicator (T) 8 bit a keretkezdet jelölésére 3 bit; a keret prioritása 1 bit, 0= token 1= adat Monitor count 1 bit, a monitor állomás állítja "1"-be. Ha a monitor állomás olyan keretet talál M=1, kivonja a gyűrűből. Prioriti Reservation 3 bit, a hálózati eszközök használják, ha tárolójukban elküldendő keretek vannak. End Delimiter 8 bit a keret végének a jelölésére Az adatkeret fizikai szerkezete: 117
Start delimiter (SD) Access Control (AC) Frame Control (FC) Destination Address (DA) Source Address (SA) Routing Information 1 byte 1 byte 1 byte 6 byte 6 byte max 18 byte Data <5000 byte Frame Check sequence (FCS) 4 byte End delimiter (ED) 1 byte Frame Status (FS) 1 byte 4.12 ábra. Token Ring keret fizikai szerkezete Az eddig nem tárgyalt mezők: Frame Control Field (FC) Destination Address (DA) Source Address (SA) Routing Information Frame Chech Sequence Ending Delimiter (ED) Frame Status (FS) A rendszer működése: Az FC mező a keret típusáról és közeg eléréséről ad tájékoztatást. Cél - cím Forrás - cím Megadja a keret hosszát, és szegmensszámot a kapcsolódó gyűrűk között. 32 bites CRC 1 bájt;végjel 1 bájt; jelzi, hogy a célállomás létezik-e, bemásolta-e a keretet a saját pufferébe. Kezdetben feltételezhetjük, hogy a hálózatban egyetlen aktív állomás sincs. Az elsőnek bekapcsolt állomás figyeli a hálózatot, és várja a vezérjelet. Ha meghatározott ideig nem vesz vezérjelet, akkor átveszi a hálózatban az "Active Monitor" szerepet, és generál token-t. Ha a hálózatban ez az egyetlen gép, akkor a vevőoldalon csak a saját token-jét fogja venni. A helyes működéshez arra is szükség van, hogy a bemenetre csak akkor érkezzen vissza a token, ha az adásoldalon befejeződött a token adása. 118
A hálózatnak tehát elegendő késleltetést kell biztosítani, hogy 24 bit "elférjen" a hálózaton. A 16 Mbit/sec sebességű hálózatban 1bit ~62,5 nsec. Ha az átlagos terjedési sebességgel számolunk, akkor S= (200 m/ sec)*62,5 nsec = 12,5 méter egy bit hossza a hálózaton. A 24 bit mintegy 300 m kábelnek felel meg. Ha a hálózat fizikai hossza ennél kisebb, akkor mesterséges késleltetést, egy shift-regisztert kell beiktatnunk. A gyakorlatban mindig van egy késleltető regiszter az aktív monitor csatolójában, amit elegendő állomás vagy késleltetés esetén kikapcsolhatunk. A másodiknak bekapcsolódó állomás egy idő után tapasztalja, hogy van vezérjel a hálózaton, és ezért nem fog generálni, hanem "Standby Monitor" üzemmódban lesz. Ha az aktív monitor állomás leáll, meghibásodik, akkor a következő állomás lép elő vezérlővé(standby üzemmódból Active-re vált). A protokoll felkészült arra is, hogy ha véletlenszerűen több aktív monitor jönne létre, akkor is kiválasztódjon egy érvényes. (Az alacsonyabb hálózati azonosítóval rendelkező lesz a nyerő.) Ha egy állomás token-t vett, akkor az un. Tartási időtartam -ig (2-20 msec) adhat. Tehát több keretet is küldhet, ha van adásra kész kerete. A tartási idők összege az a maximális időtartam, amin belül egy állomás garantáltan kap egy időszeletet. A saját tartási idő és a maximális körülfordulási idő (tartási idők összege) arányából meghatározható az állomásra jutó sávszélesség a legrosszabb esetre. A tartási idő végén, vagy ha nincs több adni való kerete, az állomás egy token-t generál, amit a következő állomás vagy elfog, vagy továbbküld. Példa: A állomás küld keretet C állomásnak. 119
D D A 1. A token-re vár C A 2. A tartja a token-t és adásba kezd C B B D D A 3. C másolja a keretet C A 4. A kivonja a saját keretét, C másol C B B D Token Ring interface Repeat mode 1 bit késleltető A 5. A token-t küld a gyűrűbe C Rx Tx Transmit mode B Rx Tx 4.13. ábra. Kerettovábbítás Token Ring hálózatban. Megfigyelhetjük, hogy a keret kivonása a gyűrűből egyszerű művelet. Az állomás transmit módban van, veszi a saját keretét, miközben az adó oldalon vagy ad, vagy tétlen. A visszakapott keret utolsó bájtja informálja az állomást a körbejárt keret állapotáról, a célállomás tevékenységéről. (Bemásolta e a keretet?) Ha a küldő állomás nem veszi ki a keretet, akkor ez a feladat a monitor állomásra marad. (Kikapcsoltuk, vagy elromlott a keret elküldése óta). A monitor állomás a 120
keret első áthaladásakor az M bitet 1-be állítja. Ha a monitor állomás vételi oldalán a keretben M=1, akkor biztosan másodszor halad át, és ki kell vonni a gyűrűből. A Token Ring hálózat nagy terhelésnél közel 100 %-os hatásfokkal működik, és nem mutat túlterhelési tüneteket. Kis terhelésnél is kedvezőek a tulajdonságok, hiszen egy aktív, de nem adó állomás 1 bit késleltetést, a kikapcsolt állomások pedig Ø késleltetést okoznak. A Token Ring hálózat működése valójában még bonyolultabb, mert tartalmaz eljárásokat huzalozás ellenőrzésére, és a hibás állomások kizárására is. A Token Ring kártyák bonyolultságuk miatt jóval drágábbak, mint az ETHERNET csatolók, mert minden kártyának alkalmasnak kell az "Active Monitor" és "Standby Monitor " szerepre is. A választás általában nem teljesítmény vagy áralapú, hanem a hálózattal szemben támasztott követelmények határozzák meg. A fizikai megvalósításnál CAT5 csavart érpáras kábelekkel a szabvány maximum 300m kábelhosszt enged meg a MAU és a munkaállomás között. A legtöbb gyártó ennek ellenére javasolja az ETHERNET-nél megszokott 100m es maximum betartását. Az egységes kábelezési elvek a gyakorlatban nagyon sok bosszúságtól és költségtől kímélhetnek meg bennünket. 4.2.10. IEEE-802.11 szabvány: vezeték nélküli LAN A vezetékes és a vezeték nélküli LAN-ok között elvileg az a különbség, hogy telepített rendszerben a logikai cím meghatározza az állomás fizikai helyet is, a vezeték nélküli hálózatban nem. A vezetékes hálózatokkal való kompatibilitás miatt a Logical Linc Control alréteg gyakorlatilag változatlan. A mobilitás megvalósítása a Medium Access Control alréteg feladata. Az IEEE-802.11 két alapvető kommunikációs formát támogat: bázis állomás megoldás, ahol a bázis állomás egy kábeles hálózathoz csatlakozik, a mozgó állomások a bázis állomáshoz csatlakoznak. Ad hoc Net, ahol nincs telepített infrastruktúra, az állomások továbbítják a spontán kialakult hálózatban az adatokat. 121
A gyakorlatban ezek kombinációja hozza létre a hálózatot. A különböző elemek kapcsolatát az architektúra vázlaton láthathatjuk. 122
Az architectura: 4.14 ábra. IEEE 802.11 elemei Az ábrán szereplő elemek: AP Access Point. A szolgáltatás elérési pont BSS Basic Service Set. Szolgáltatások, melyekre valamennyi állomás képes SS Station Service. Az állomás szolgáltatásai a BSS-en túl DS Distribution System. Az alapszolgáltatásokat és a LAN szolgáltatásokat kapcsolja össze. DSS Distribution System Service. Szolgáltatások két állomás összekapcsolására. ESS Extended Service Set. Kiterjesztett szolgáltatások készlete MAC Medium Access Control. Közeg elérés vezérlése. PHY Physical layer - fizikai réteg STA Station. Eszköz, ami rendelkezik MAC réteggel a vezeték nélküli kommunikációhoz 123
A használt frekvenciasávok: ISM - Band 2.4-2.4835 GHz Industrial Scientific and Medical Band. Ipari, tudományos és orvosi célokra fenntartott sáv. Infravörös átvitel 300-428 GHz Az adatátvitel a vezetékes hálózatokhoz képest a könnyű lehallgathatóság miatt bonyolultabb kódolási és titkosítási eljárásokat használ. A vezeték nélküli hálózatok szokásos átviteli sebességei: 1 Mbit/sec 2 Mbit/sec 11 Mbit/sec 54 Mbit/sec 108 Mbit/sec A vezeték nélküli hálózatok mára sebességben és pénzügyileg is reális alternatívát jelentenek a kis távolságú vezetékes hálózatokkal szemben. Nem szabad azonban elfeledkezni arról, hogy a hatósugáron belüli állomások osztoznak a rendelkezésre álló sávszélességen. Ha sok állomást telepítünk kis területre (egy számítógépes terem), akkor drasztikus sebésségcsökkenéssel kell számolnunk. 4.2.11. IEEE 802.15. Vezeték nélküli személyi hálózatok. (Wireless Personal Area Networks) Az IEEE802.15 szabvány a kis hatósugarú rádiós rendszerek fizikai és adatkapcsolati rétegét írja le. A WPAN tipikusan a 802.3 infrastruktúra kiterjesztése. Elsősorban kényelmi szempont, hogy a kis méretű, hordozható eszközöket ( PDA, laptop) ne kelljen kábelekkel csatlakoztatni a telepített hálózathoz, vagy egymáshoz. A szabvány szerint létrehozott eszközök egy másik csoportjának az a célja az, hogy telefon minőségű hangátvitelt biztosítsanak kis távolságon belül. (Pl. rádiótelefon fülhallgató/mikrofon egység). A szabvány legelterjedtebb gyakorlati megvalósítása a 124
Bluetooth. A Bluetooth eszközök specifikációját Bluetooth Special Interest Group hangolja össze, és a licenszek is a csoport tulajdonában vannak. A Bluetooth és az IEEE specifikáció szövege nem teljesen azonos. A gyakorlat számára a Bluetoth az irányadó. A Bluetooth nem biztosít közvetlen kapcsolatot az IEEE 802.3 vagy IEEE.802.11 szerinti eszközök hálózati rétegéhez. A kapcsolatot az IEEE802 LAN attachment gateway hozza létre. A gateway kondicionálja a csomagokat a WPAN hálózaton történő átvitelre. A gateway leggyakrabban egy számítógépen belül valósul meg, ami kapcsolódik vezetékes hálózatra, és redelkezik egy 802.15-nek megfelelő eszközzel is. 4.15 ábra. IEEE802.15 és IEEE802.3 kapcsolat. A WPAN hálózat egy buborékot hoz létre a felhasználó körül, amiben az eszközök elérhetik egymást. A Bluetooth WPAN a szabad felhasználású 2.4 GHz-es ( 2400 MHz 2483.5MHz) ISM sávban működik (a szabványnak megfelelő adókat nem kell bejelenteni, nincs frekvenciahasználati díj). Egy csatorna sávszélessége 1MHz. A rádióadó teljesítménye tipikusan 1mW ( a WLAN tipikus adóteljesítménye 100mW!!). A kis teljesítmény garantálja, hogy nagyobb távolságból nem vehető a jel. A hordozható, telepes eszközöknél önmagában is fontos szempont lehet az alacsony teljesítmény. A sávban sok ipari berendezés is működik, ezért nem számíthatunk zavarmentes 125
átvitelre. Az interferencia és a fading miatti kapcsolat-megszakadások valószínűségének csökkentésére gyakori ( 1600 hop/sec ) frekvencia ugrást, és egyszerű frekvencia-modulációt alkalmaznak. Egy keret időtartama 625 mikrosec. Minden keret más frekvencián kerül adásra. Valószínű, hogy a zavaró adó nem foglalja el a teljes frekvenciasávot. Remélhetően találunk olyan frekvenciákat, melyeken a zavar elfogadhatóan kicsi, és nem foglalt. A szabad és zavarmentes időszeletekben eredményes lehet az adatátvitel. Egy csomag hossza általában megegyezik a keretével, de kiterjeszthető három, vagy öt keret hosszúságúra is. Az adatforgalom egyidőben egyirányú, 723.2 kbit/sec sebességű. Kétirányú 64kbit/sec sebességű csatorna is létrehozható két egység között, ami a hangátvitelt támogatja. A frekvenciaváltások algoritmusa országonként változhat, emiatt kompatibilitási problémák lehetnek. Praktikusan két algoritmus van használatban, melyeket országokhoz kapcsolhatunk: Európa, kivéve Franciaország és Spanyolország, USA, és a letöbb ország Japán, Franciaország, Spanyolország és néhány más ország. Az eszközök topológiailag többféle módon kapcsolódhatnak egymáshoz. A hálózat nem előre definiált struktúrát követ, hanem mindig ad-hoc jelleggel jön létre, és ha nincs szükség adatátvitelre, akkor fel is bomlik. Az eszközök alvó állapotba kerülnek. Az alvó állapotban lévő eszközt saját maga, vagy egy MASTER állomás aktiválhatja. Minden részhálózat (u.n. piconet ) tartalmaz egy MASTER állomást. Bármelyik eszköz MASTER-ré válhat. A kapcsolatokat a Master állomás vezérli. A piconet -k összekapcsolódhatnak egy multi-master hálózattá. Pont-pont Single Slave Pont-multipont Multi-Slave Szórt, Multi-Masters (Scatternet) Master Slave Master-Slave 4.16 ábra. Piconet kapcsolati sémák. 126
A Bluetooth protocol stack A Bluetooth tervezésénél törekedtek arra, hogy a meglévő alkalmazásokon ne kelljen változtatni, továbbá minél több ismert protokoll változtatás nélkül legyen használható. A hálózati réteg már teljesen független a WPAN specialitásoktól. A Bluetooth csak az OSI modell alsó két rétegére tartalmaz előírásokat. A TCP/IP modell esetén az alsó réteg (hoszt és hálózat közti) szerepét tölti be. 4.16 ábra. Bluetooth protocol stack Rövidítések, magyarázatok : OTHER (egyéb) Nem Bluetooth specifikus protokollok Object Exchange Protocol (OBEX) Point-to-Point Protocol (PPP) Wireless Application Protocol (WAP),... Bluetooth specifikus protolollok: RF COMM Seriel Cable Emulation Protocol soros kábelkapcsolat emuláció, ETSI TS 07.10 szerint SDP Service Discovery Protocol szolgáltatás felfedező protokoll L2CAP Logical Link Control and Adaptation Protocol Valamennyi specifikáció publikus, és bárki tervezhet alkalmazást a specifikációra építve. 127
Biztonság. A rendszerben az adatátvitel titkosított, de összességében nem mondható kielégítőnek a védelem. A biztonsági rések kihasználásával kikényszeríthető egy kezdeti kommunikáció, aminek során az aktuális kulcsok megszerezhetők. A viszonylag nem túl erős védelem arra alapoz, hogy a kis hatósugár miatt (10m) a támadási terület korlátozott, és felügyelhető. 4.3 Távközlési rendszerek 4.3.1. ISDN -Integrált szolgáltatású digitális hálózat Az ISDN (Integrated Services Digital Network) célja az volt, hogy a vezetékrendszerekbe fektetett beruházások megőrzése mellett hozzáigazítsa a szolgáltatásokat a digitális rendszerek igényeihez. A hagyományos telefon-rendszert nem digitális információk átvitelére tervezték. Az adat, kép, hang egyidejű és jó minőségű átvitelére nem alkalmasak. A központok közötti forgalom korábban is részben digitalizált formában zajlott, logikus volt tehát a digitális átvitel kiterjesztése a végpontokig. A kezdeteket az AT&T 1976-ban üzembe helyezett csomagkapcsolt, CCIS hálózata jelentette. Ez a hálózat szigetként működött, nem volt összekapcsolva a többi telefon hálózattal. A jelenlegi hálózat beszédátvitelnél korlátozás nélkül használható analóg hálózathoz tartozó előfizetők elérésére és viszont. A digitális alkalmazásoknál vannak korlátozások, de itt is megteremthető a kompatibilitás. Az ISDN szolgáltatásainak jó része megvalósítható analóg hálózaton is (pl.:hívószám kijelzés). Felépítéséből adódóan vannak azonban új lehetőségek is. A digitális kapcsolóközpontok előnye a gyorsabb hívási út felépítés, maximum 0,8 sec a korábbi 30 sec-el szemben. Ez lehetővé tesz olyan interaktív alkalmazásokat, melyek korábban megvalósíthatatlanok voltak. Nem kell fenntartani folyamatos kapcsolatot, ha időnként akarunk pl.:egy adatállományt szinkronizálni. A felhasználó számára az adatút felépítési idő nem érzékelhető késleltetés. Az egyik legfontosabb előnye az ISDN hálózatnak, hogy lehetővé teszi a közvetlen beválasztást. Egy előfizetői érpáron több telefonszám is élhet, melyek közvetlenül hívhatók. A független jelzés csatorna (lásd ISDN interface) lehetővé teszi, hogy a beszéd megszakítása nélkül küldjünk jelzéseket a központba (tűz, betörés, stb.). 128
A Csoport 4 üzemmódú fax egy oldalt kb. 5 másodperc alatt továbbít, a korábbi 30 35 másodperc helyett. Vannak akik megkérdőjelezik az ISDN létjogosultságát a már létező, számottevően nagyobb sebességű (ADSL) technológiák mellett. Erős versenytársnak mutatkoznak a kábeltelevíziós rendszereken működő nagysebességű adatátviteli csatornák. Az információs rendszerekben egyre kevésbé válik el a hang, kép és az adatátviteli szolgáltatás. Jelenleg az ISDN jelentősen a versenytársként megjelenő technológiáknál. Az ISDN Európában jelentős szerephez jutott, míg az USA-ban mérsékelt sikert aratott.. Az ISDN rendszerarchitektúrája Az ISDN alapkoncepciója az u.n. bitcső (digital bit pipe). A cső egyik végén betöltjük a biteket, a másik oldalon változatlan sorrendben kifolynak. Két alapvető szabványt fejlesztettek ki. Az egyik a kisebb felhasználók igényeihez igazodik, a másik nagyobb szervezeteket szolgál ki. A szolgáltató a helyszínen elhelyez egy NT1 nevű egységet (Network Termination 1). Ez egy kis MODEM méretű eszköz, melynek másik oldala a T jelű referenciaponton keresztül csatlakozik a digitális végberendezésekhez. ügyfél irodája szolgáltató T U ISDN telefon számítógép ügyfél berendezései jelző készülék NT1 ISDN központ szolgáltató berendezései 4.17. ábra.egyéni használó ISDN csatlakozása. 129
ügyfél irodája szolgáltató S ISDN telefon TE1 Modem számítógép R TE1 TA jelző készülék S NT2 ISDN PBX S T NT1 U ISDN központ szolgáltató berendezései analóg fax router LAN ügyfél berendezései 4.18. ábra. Nagy forgalmú ügyfél csatlakozása az ISDN hálózathoz. Nagyobb szervezetek részére a 2.31. ábrán látható elrendezés a megfelelő. A különbség döntően az NT2 jelű (Network Termination 2) digitális alközpont. Ez a PBX (Privat Branch exchange) nyújtja az interfészt a felhasználói berendezések számára. Referencia pontok : U hálózati -használó (UNI-User Network) Interface. A felhasználó és a központ közötti szakasz. Alapsebességű összeköttetésnél 1 érpár, primer sebességű összeköttetéskor 2 érpár. S/T az ISDN hálózat határa. Ezeken a pontokon nyújtott szolgáltatás : négyhuzalos, full-duplex 192 kbit/sec sebességű digitális BUSZ, ütközés kezeléssel. Az esetleges ütközés érzékelése után egy készülék szerzi meg a vezérlést. Egy -egy csatornát egy készülék birtokol, csak a kapcsolat lezárása után foglalhatja le más készülék. ( Egyszerre pl. két telefonkészülék lehet aktív a két B csatornán.) Az ISDN szabványú digitális készülékek illesztésére használható. NT1 1-es hálózati végződés( Network Termination 1) TE1 ISDN típusú végberendezés ( Terminal Equipment type 1). TE2 nem ISDN típusú berendezés. ( Terminal Equipment type 2) TA végberendezés illesztő (Terminal Adaptor) jelű egység az analóg eszközök számára biztosít az interfészt. R referenciapont úgy használható, mint az analóg telefon egy végpontja. Kapcsolhatunk rá analóg telefont, vagy analóg modemet is. 130
Az U referenciapont valójában a felhasználó az ISDN központ közötti kábelszakasz. Használható a hagyományos, meglévő előfizetői hurok, ha a csillapítása kisebb mint 36 db, 40 khz-en mérve. Meg kell vizsgálni továbbá az érpárok közötti áthallásokat, földhöz viszonyított asszimetriát, csoportfutási időt (40kHz-en max 80 sec). A vonali átvitelre alapsebességű rendszernél kéthuzalos, viszhangtörléses eljárást, primer sebességű csatlakozásnál 4 huzalos csatlakozást használnak általában ( Japánban és Franciaországban eltérő). A kódolás 2B1Q ( lásd 2.3.4 szakasz ). adó viszhangtörlő - hibrid kéthuzalos érpár vevő + 4.19. ábra Viszhangtörléses adó-vevő egyszerűsített szerkezete. A bitcsövön több csatorna osztozik. A szabványosított csatorna típusok: A 4 khz-es analóg telefoncsatorna B 64 kbit/sec sebességű csatorna hang és adatátvitelre (Európa) 56 kbit/sec sebességű csatorna hang és adatátvitelre (USA, Japán) C 8 vagy 16 kbit/sec sebességű digitális csatorna D 16 vagy 64 kbit/sec sebességű digitális csatorna sávon kívüli jelzési feladatokra E 64 kbit/sec sebességű digitális csatorna sávon belüli jelzésre H 384 kbit/sec, 1536 kbit/sec, 1920 kbit/sec digitális csatorna. A D csatorna a gyakorlatban túl szélesnek bizonyult a jelzések számára. A csatornában lehetővé teszi a szabvány egy p jelű 9,6 kbit/sec sebességű szinkron csatorna (X.21), egy t jelű 75 bit/sec sebességű telemetria csatorna létrehozását a jelzési alcsatornán (s) kívül. A kissebességű csatorna tűz, betörés, füst, stb. jelzésére használatos. Előnye, hogy bármilyen üzemállapotban szabad, nem kell az adatátviteli csatorna forgalmát megszakítani. A B csatornák tisztán a felhasználói adatforgalom rendelkezésére állnak. 131
A csatornák nem ötvözhetők tetszőlegesen. A szabvány 3 kombinációt fogadott el: Hibrid 1A + 1C (Európában nem használatos) Alapsebesség Primer sebesség 2B + 1D 23B + 1D (USA, Japán) 30B + 1D (Európa) A primer sebességek a telefonhálózatban használt magasabb szintű kapcsolathoz illeszkednek. A 23B+1D elrendezés az AT&T T1 csatornájához, a 30B + 1D a CCITT 2,048 Mbit/sec sebességű E1 csatornájához igazodik. Az alapsebességű kapcsolat a központ és az NT1 között 1 érpárat, a primer sebességű kapcsolat 2 érpárat igényel. Alap sebesség esetén az előfizetői szakasz teljesítménye kétszeresére, primer sebesség esetén 15 szörösére nő! Az ISDN eltérő szabványai komoly nehézséget okoznak a kontinensek közötti forgalomban. Eltérések vannak a T és S referenciapontokon az időrések értelmezésében is. Teljesen biztosak akkor lehetünk a kompatibilitásban, ha a készülékek azonos gyártótól származnak, vagy a kompatibilitás ellenőrzött. A PC-s programok egy része tartalmazza a csatolókártyák vezérlését különböző PBX-hez, ezzel biztosítva a kompatibilitást. Az ISDN alapvetően 64 kbit/sec sebességű csatornákból építkezik, ezért N-ISDN-nek (Narrow band ISDN) is nevezik, megkülönböztetésül a szélessávú ISDN-nek is nevezett ATM rendszertől. A 64 bit/sec azt jelenti, hogy 8000 db 8 bites mintát tudunk továbbítani a hálózaton. Ez megfelel a hangátvitel általános igényeinek. A 3,3 khz körüli maximális frekvencia átviteléhez legalább kétszeres mintavételi sebesség (6,6 khz) szükséges. A szűrők által igényelt többlet miatt a 8 khz-es mintavétel elfogadható (Amerikában 7 khz). A kvantálás 8 biten történik, így adódik a 64 kbit/sec ( 56kbit/sec USA, Japán) sebesség a beszédátvitel számára. ISDN felhasználói interfész A felhasználó számára a legfontosabb a T és S referenciapont. Erre csatlakozik az u.n. S BUSZ. A BUSZ 4 érpárat tartalmaz, 100 ohm-os hullámimpedanciával. 132
2 érpár szolgál adatátvitelre, 2 érpár tápfeszültséget szállít.. Az adatátvitelre szolgáló érpárokat a végpontokon 100 ohmos ellenállással le kell zárni (TR). Az NT1-nek legalább 1 készülék tápellátását kell biztosítani a központ felöl. Ez teszi lehetővé, hogy helyi áramszünet esetén legalább egy készülék használható maradjon. A kábel hossza legfeljebb 1 km lehet, és maximum 8 eszköz csatlakozhat rá. Az eszközök elrendezését a jelek futási ideje befolyásolja. Az adást a készülékek az NT irányból érkező keretekhez szinkronizálják. Az NT egy maszkhoz viszonyítja a beérkezett bitek időbeli helyzetét, és a maszkon kívüli jeleket eldobja. 1000m kábel akkora késleltetést jelent, hogy egy közeli és egy távoli berendezéshez tartozó futási idő nem marad az időkorlátokon belül. ( 1bit 5 sec, 1000m kábel késleltetése is körülbelül 5 sec ) 100-200m TR TR NT TE1 TEn (a ) Passzív busz Maximum 8 állomás 30-50m max. 1000m TR TR NT TE1 TEn (b) Kiterjesztett busz Maximumm 4 állomás, koncentrált elhelyezésben. 4.20. ábra. ISDN készülékek elrendezése a buszon. 133
Az NT közvetlenül, vagy legfeljebb 3m-es vezetékkel csatlakozhat a busz-hoz. A végberendezések általában 3m-es, de legfeljebb 10m-es vezetékkel kapcsolódnak a busz-ra. Ez okoz némi illesztetlenséget, de a telefonok, vagy más készülékek könnyű mozgathatósága a nyereség. S0 busz kódolása. bináris adat: 1 0 0 1 1 0 1 jel polaritás: 0 + - 0 0 + 0 jelalak: 4.21. ábra. Bináris jelek kódolása az S/T interfészen. A kódolás NRZ jellegű, módosított AMI kód. Érdekessége, hogy a logikai "1"-nek "0" volt felel meg. A logikai "0"-t váltakozó polaritású impulzus jelzi. Az egyenáramú középérték akkor nulla, ha a bináris kódban a nullák száma páros. A kereten belül ez egyetlen bit, a kiegyensúlyozó bit hozzáadásával beállítható, tehát az egyenáram mentesség könnyen biztosítható. ISDN keretek. F - keretszinkronbit B1 és B2 - B1és B2 csatorna bitjei L - egyenáramú kiegyenlítő bit A - aktivitás bit D - D csatorna 1 bitje S- szogálati bit (használaton kívül bináris "0") F A - keretszinkron segédbit E- echo bit M- multikeret szinkronbit ( Csak USA) 4.22.ábra Keret szerkezete az S/T interfészen. 134
Az "S" busz átviteli képessége 192 kbit/sec. A keret szerkezete 2.34 ábrán látható. A keret szerkezete kissé eltér az NT TE és a TE NT irányú kommunikációban. Mindkét irányban azonos B1 és B2 csatornák adatátvitele. A "B" csatornák minden 8 bitjéhez a "D" csatorna 1 bitje kerül átvitelre, egy keretben tehát 2 bit. Így adódik ki a 16kbit/s+64kbit/s+64kbit /s sebesség. Az adatátvitel szinkron. Az állomások (TE) a vételi oldalon nyert órajelhez szinkronizálják az adást, két szimbólumnyi eltolással. A bitszinkronizációt a végberendezések megfelelő telepítésével (2.33. ábra) oldják meg. Azt, hogy melyik állomás adhat, a "D" csatorna hozzáférési eljárása szabályozza. Látható, hogy a az NT TE irányban az NT "E" bitként visszafordítja az utoljára vett "D" biteket. Ha egy állomás már ad, akkor várhatóan lesznek "0" bitjei, amit érzékelhetünk. Egy másik állomás akkor kezdhet adásba, ha legalább 8db bináris "1"-et vett az "E" biten. Az állomás összehasonlítja a saját utoljára adott "D" bitjét a visszakapott "E" bittel, és ha eltérést tapasztal azonnal felfüggeszti az adást. Ez az eljárás biztosítja, hogy ha egyszerre kezdett adásba két állomás akkor mindkettő visszalépjen. A két állomás közül a magasabb prioritású fogja megszerezni a buszt. Magasabb prioritása annak az állomásnak van, amelyik kódjában a nullák száma magasabb. Mindig a magasabb prioritású állomás nyer, nem egyenlítődnek ki az esélyek. Erre tervezéskor oda kell figyelni! 135
4.3.2. Asynchronous Transfer Mode (ATM) hálózatok A fejlesztés célja: megfelelő módszert találni a protokollok és a feladatok összhangjára. A különböző forrásokból származó információk közös (hang, videó, adat) továbbítása egy nagysebességű hálózaton, ahol a különböző feladatok eltérő elvárásokat jelentenek a hálózat számára. A szolgáltatások jellemzésére 3 tulajdonságot jelöltek meg a tervezés során: Valós idejű szolgálat, nem valós idejű szolgálat Állandó bitsebességű szolgálat, nem állandó bitsebességű szolgálat Összeköttetés alapú vagy összeköttetés nélküli szolgálat Pl.: a hangátvitel állandó sebességű kapcsolatot (Constant Bit Rate, CBR) igényel. Egy interaktív lekérdezés, vagy tömörített vido átvitele változó sebességgel szolgálható ki megfelelően (Variable Bit Rate). A kívánt tulajdonságokat hordozza az ATM. Az ATM hálózatokat nevezik még B-ISDN-nek, vagy nagysebességű ISDN-nek is. A megvalósítás valójában csak annyiban hasonlít az ISDN-re, hogy vonalkapcsolt rendszer, és ez is egy bit-csövet szolgáltat, amin az adaptációs réteg azt továbbít és ellenőriz, amit akar. Az adaptációs réteg szerepe hasonló az OSI szállítási rétegéhez, de nem feleltethetők meg a feladatok teljes mértékben. A műszaki megvalósítás: Az adatfolyamot kis méretű "cellákban" (53 byte) továbbítjuk A cellák továbbítása asynchronous, statisztikus multiplexeléssel A cellákat "kapcsolók" irányítják a megfelelő útvonalakon. Az ATM alapvetően összeköttetés orientált rendszer. Az adattovábbítás előtt létre kell hozni az összeköttetést, és az összeköttetés az adatátvitel ideje alatt állandó marad ( a cellák állandó útvonalon haladnak, ha nem történik valami rendkívüli esemény). A protokoll nem tartalmaz nyugtázást, mert elsősorban nagytávolságú, megbízható, üvegszálas hálózatokhoz tervezték. UNI - User Network Interface NNI - Network Network Interface 4.23. ábra. ATM hálózat vázlatos felépítése. 136