Számítógépes Hálózatok ősz Rétegmodell, Hálózat tipusok, Fizikai réteg -- digitális kódok, önütemező kódok

Hasonló dokumentumok
Az ISO/OSI Referenciamodell. Számítógépes Hálózatok ősz OSI versus TCP/IP. Az Internet rétegei - TCP/IP-rétegek

Hálózatok Rétegei. Számítógépes Hálózatok és Internet Eszközök. TCP/IP-Rétegmodell. Az Internet rétegei - TCP/IP-rétegek

Szignálok, Adatok, Információ. Számítógépes Hálózatok Unicast, Multicast, Broadcast. Hálózatok mérete

Számítógépes Hálózatok 2008

Számítógépes Hálózatok ősz 2006

Organizáció. Számítógépes Hálózatok ősz Tartalom. Vizsga. Web-oldal

Organizáció. Számítógépes Hálózatok Gyakorlati jegy. Vizsga. Web-oldal

Szignálok, Adatok, Információ. Számítógépes Hálózatok Hálózatok mérete. Unicast, Multicast, Broadcast. Információ. Unicast (pont-pont átvitel)

Számítógépes Hálózatok 2013

Szignálok, Adatok, Információ. Számítógépes Hálózatok Hálózatok mérete. Unicast, Multicast, Broadcast. Információ. Unicast (pont-pont átvitel)

Számítógépes Hálózatok 2013

Organizáció. Számítógépes Hálózatok Vizsga. Bevezetés. Web-oldal

Számítógépes Hálózatok 2007

Számítógépes Hálózatok 2007

Számítógépes Hálózatok 2012

Organizáció. Számítógépes Hálózatok Vizsga. Gyakorlati jegy: Folyamatos számonkérés

Organizáció Számítógépes Hálózatok Bevezetés, Internet, Referenciamodellek Vizsga Gyakorlati jegy: Folyamatos számonkérés

Számítógépes Hálózatok 2012

Organizáció. Számítógépes Hálózatok Vizsga. Bevezetés. Web-oldal

Számítógépes Hálózatok 2008

Számítógép hálózatok, osztott rendszerek 2009

1: Bevezetés: Internet, rétegmodell Alapok: aszimptótika, gráfok. HálózatokII, 2007

Számítógép hálózatok

Számítógépes Hálózatok 2008

Szignálok, Adatok, Információ. Számítógépes Hálózatok Hálózatok mérete. Unicast, Multicast, Broadcast. Információ. Unicast (pont-pont átvitel)

Számítógépes Hálózatok 2010

Számítógépes Hálózatok 2011

Informatikai eszközök fizikai alapjai Lovász Béla

Organizáció. Számítógépes Hálózatok Vizsga. Gyakorlati jegy: Folyamatos számonkérés

Számítógépes Hálózatok 2011

Számítógépes hálózatok

Számítógépes Hálózatok

Számítógépes Hálózatok

3. előadás. A TCP/IP modell jelentősége

* Rendelje a PPP protokollt az TCP/IP rétegmodell megfelelő rétegéhez. Kapcsolati réteg

I+K technológiák. Digitális adatátviteli alapfogalmak Aradi Szilárd

Számítógépes Hálózatok

Csomagok dróton, üvegen, éterben. Szent István Gimnázium, Budapest Tudományos nap Papp Jenő 2014 április 4

Számítógépes hálózatok

2016/11/29 11:13 1/6 Digitális átvitel

4. Hivatkozási modellek

Hálózati ismeretek. Az együttműködés szükségessége:

Tartalom. Hálózati kapcsolatok felépítése és tesztelése. Rétegek használata az adatok továbbításának leírására. OSI modell. Az OSI modell rétegei

SzIP kompatibilis sávszélesség mérések

OSI-ISO modell. Az OSI rétegek feladatai: Adatkapcsolati réteg (data link layer) Hálózati réteg (network layer)

A 35/2016. (VIII. 31.) NFM rendelet szakmai és vizsgakövetelménye alapján.

Az adott eszköz IP címét viszont az adott hálózat üzemeltetői határozzákmeg.

Hálózati alapismeretek

Számítógépes alapismeretek

Rohonczy János: Hálózatok

Kiterjedt hálózatok. 8. Hálózatok fajtái, topológiájuk. Az Internet kialakulása 1

Szabó Richárd Számítógépes alapismeretek Első beadandó feladat

Hálózati architektúrák laborgyakorlat

XII. PÁRHUZAMOS ÉS A SOROS ADATÁTVITEL

Bevezetés. Számítógép-hálózatok. Dr. Lencse Gábor. egyetemi docens Széchenyi István Egyetem, Távközlési Tanszék

HÁLÓZATOK I. Segédlet a gyakorlati órákhoz. Készítette: Göcs László mérnöktanár KF-GAMF Informatika Tanszék tanév 1.

Lokális hálózatok. A lokális hálózat felépítése. Logikai felépítés

Az Ampère-Maxwell-féle gerjesztési törvény

Elektronika Előadás. Digitális-analóg és analóg-digitális átalakítók

Hálózatok I. A tárgy célkitűzése

Tájékoztató. Értékelés. 100% = 100 pont A VIZSGAFELADAT MEGOLDÁSÁRA JAVASOLT %-OS EREDMÉNY: EBBEN A VIZSGARÉSZBEN A VIZSGAFELADAT ARÁNYA 40%.

Györgyi Tamás. Szoba: A 131 Tanári.

V2V - Mobilitás és MANET

Számítógépes munkakörnyezet II. Szoftver

Számítógépes Hálózatok ősz Fizikai réteg Alapsáv, szélessáv, moduláció, vezetékes és vezeték nélküli átvitel

Hálózatok. Alapismeretek. A hálózatok célja, építőelemei, alapfogalmak

A 35/2016. (VIII. 31.) NFM rendelet szakmai és vizsgakövetelménye alapján.

Számítógépes Hálózatok Fizikai réteg Alapsáv, szélessáv, moduláció, vezetékes és vezeték nélküli átvitel

Ethernet/IP címzés - gyakorlat

Az Ethernet példája. Számítógépes Hálózatok Az Ethernet fizikai rétege. Ethernet Vezetékek

OFDM technológia és néhány megvalósítás Alvarion berendezésekben

20. Tétel 1.0 Internet felépítése, OSI modell, TCP/IP modell szintjenek bemutatása, protokollok Pozsonyi ; Szemenyei

A 35/2016. (VIII. 31.) NFM rendelet szakmai és vizsgakövetelménye alapján.

Hálózati alapismeretek

HÁLÓZATOK I. Készítette: Segédlet a gyakorlati órákhoz. Göcs László mérnöktanár KF-GAMF Informatika Tanszék tanév 1.

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

Hálózati réteg, Internet

Zaj- és rezgés. Törvényszerűségek

Infokommunikációs alkalmazásfejlesztő. Informatikai alkalmazásfejlesztő

SPECIÁLIS CÉLÚ HÁLÓZATI

LAN Technológiák. Osztott médium hálózatok. LAN-ok

Az Internet működésének alapjai

AST_v3\ Hivatkozási modellek

Számítógépes Hálózatok 2010

Mobil kommunikáció /A mobil hálózat/ /elektronikus oktatási segédlet/ v3.0

Korszerű technológiák. a szélessávú elérési hálózatok területén. Korsós András. műszaki igazgató. SCI-Network Távközlési és Hálózatintegrációs Rt.

Modbus kommunikáció légkondícionálókhoz

Számítógépes hálózatok: LAN, MAN, WAN

E Q U I C O M M é r é s t e c h n i k a i K f t. H B u d a p e s t, M á t y á s k i r á l y u T. : F.

A 35/2016. (VIII. 31.) NFM rendelet szakmai és vizsgakövetelménye alapján.

Tájékoztató. Használható segédeszköz: -

Az LTE. és a HSPA lehetőségei. Cser Gábor Magyar Telekom/Rádiós hozzáférés tervezési ágazat

1/13. RL osztály Hálózati alapismeretek I. gyakorlat c. tantárgy Osztályozóvizsga tematika

6.óra Hálózatok Hálózat - Egyedi számítógépek fizikai összekötésével kapott rendszer. A hálózat működését egy speciális operációs rendszer irányítja.

A CAN mint ipari kommunikációs protokoll CAN as industrial communication protocol

A PET-adatgy informatikai háttereh. Nagy Ferenc Elektronikai osztály, ATOMKI

Hibadetektáló és javító kódolások

Járműinformatika Multimédiás buszrendszerek (MOST, D2B és Bluetooth) 4. Óra

Beágyazott rendszerek vizsgakérdések

Hálózati architektúrák és Protokollok GI 8. Kocsis Gergely

Átírás:

Számítógépes Hálózatok ősz 2006 3. Rétegmodell, Hálózat tipusok, Fizikai réteg -- digitális kódok, önütemező kódok 1

Az ISO/OSI Referenciamodell 7. Felhasználói (Application) E-Mail, Terminal, Remote login 6. Prezentációs (Presentation) Az adatok rendszerfüggő prezentációja (EBCDIC/ASCII) 5. Ülés (Session) Felépítés, befejezés, újrakezdési pontok 4. Szállítói (Transport) Szegmentálás, Dugóelkerülés 3. Hálózati (Network) Routing 2. Adatkapcsolati (Biztosítási) (Data Link) Check sum, folyam-felügyelet 1. Bitatviteli (Physical) Elektronikus, mechanikus, optikai eszközök 2

Az Internet rétegei - TCP/IP-rétegek Felhasználói Application Telnet, FTP, HTTP, SMTP (E-Mail), DNS,... Szállítói Hálózati Transport Network TCP (Transmission Control Protocol) UDP (User Datagram Protocol) IP (Internet Protocol) + ICMP (Internet Control Message Protocol) + IGMP (Internet Group Management Protoccol) Kapcsolati Host-tonetwork LAN (z.b. Ethernet, Token Ring etc.) 3

OSI versus TCP/IP (Tanenbaum) 4

Hibrid Modell Mi Tanenbaum hibrid modelljét követjük Tanenbaum (Tanenbaum) 5

Szignálok, Adatok, Információ Információ Emberi interpretáció, pl. szép idő Adatok Formális prezentáció, pl. 28 Celsius, csapadékmennyiség 0cm, felhősödés 0% Szignál Adatok reprezentációja fizikai változók által, pl. áram a hőmérő szenzorban, Videoszignál a kamerából Példák szignálokra: áram, feszültség, hullámhossz, frekvencia A digitális világban a szignálok biteket reprezentálnak 6

Unicast, Multicast, Broadcast Unicast (pont-pont átvitel) pl. telefon Pontosan két résztvevő kommunikál egymással direkt Broadcast (egytől-mindekinek) pl. rádió, tv Egy adó küld szignálokat minden fogadóhoz Multicast (egytől-többnek) pl. telefonkonferencia, Video on demand Egy küldő küld fogadók egy kiválasztott halmazának 7

Broadcast hálózatok (Tanenbaum) 8

Local Area Networks (LAN) Busz Gyűrű (Tanenbaum) 9

Metropolitan Area Networks (MAN) TV-kábel alapú hálózat (Tanenbaum) 10

Wide Area Networks (WAN) LAN-ok összekapcsolása Subnet-tel (Tanenbaum) 11

Wide Area Networks Adatfolyam a WAN-ben (Tanenbaum) 12

Vezeték nélküli hálózatok Vezeték nélküli hálózatok kategóriái Rendszeren belüli pl. Bluetooth Wireless LAN (WLAN) pl. egyetemi vezeték nélküli hálózat Wireless WAN WLAN-ok vezeték nélküli hálózatba szervezése 13

Vezeték nélküli hálózatok (a) Bluetooth (b) Wireless LAN (Tanenbaum) 14

Vezeték nélküli hálózatok (a) Egyéni mobil számítógépek (b) A repülő LAN (Tanenbaum) 15

Hálózatok I -- Bitátviteli réteg 16

Bitátviteli réteg (Physical Layer) ISO-definíció A bitátviteli réteg a definiál mechanikus, elektronikus, funkcionális és procedurális tulajdonságokat egy fizikai kapcsolat felépítéséhez, fenntartásáshoz és befejezéséhez. 17

Legegyszerűbb bitátvitel Bit 1: áram bekapcsolva Bit 0: áram kikapcsolva 1. réteg Bitből feszültség bit 1: kapcsoló - + felkapcsolva bit 0: kapcsoló lekapcsolva 1. réteg Feszültségből bit feszültség: bit 1 nincs feszültség: bit 0 Fizikai kapcsolat 18

Egy b betű átvitele A b karakterhez több bit szükséges pl. a b ASCII kódja bináris számként 01100010 A feszültség változása: feszültség idő 19

Mi érkezik meg? Túlzottan rossz vétel: 1.2 1 0.8 Current 0.6 0.4 0.2 0-0.2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Mi történik itt? Time 20

Fizikai alapok Mozgó elektromosan feltöltött részecskék elektromágneses hullámokat keltenek Frekvencia f : oszcillációk száma másodpercenként mértékegység: Hertz Hullámhossz λ: távolság (méterben) két egymást követő hullámmaximum között Antenna által kelthető illetve fogható elektromágneses hullám Elektromágneses hullámok terjedési sebessége vákuumban konstans: fénysebesség c 3 10 8 m/s Összefüggés: λ f = c 21

Amplitudó ábrázolás Egy sinus-rezgés amplitudó ábrázolása A: Amplitúdó ϕ: Fáziseltolás f : Frekvencia = 1/T T: Periódus -ϕ/2πf A t T 22

Fourier sorok Egy periódikus függvény Fourier sora: Különböző sinus/cosinus-függvények összegére bontása Dirichlet feltételek egy periódikus f függvényhez: f(x) = f(x+2π) f(x) a (-π,π) intervallumban véges sok intervallumban folytonos és monoton Ha f nem folytonos x 0 -ban, akkor f(x 0 )=(f(x 0-0)+f(x 0 +0))/2 Dirichlet tétele: Ha f(x) teljesíti (-π,π)-ben a Dirichlet feltételeket, akkor léteznek olyan a 0,a 1,a 2,,b 1,b 2, Fourier-együtthatók, hogy: 23

A Fourier-együtthatók kiszámítása Az a i, b i Fourier-együtthatókat a következőképp számíthatjuk ki: k = 0,1,2, k = 1,2,3, Példa: Fűrészfoggörbe 24

Fourier sor általános periódushoz Fourier tétele T=1/f periódushoz: Minden periodikus g(t) függvény T=1/f periódussal felírható mint Az a k, b k együtthatók következőképpen állnak elő A k-adik együtthatók négyzetének összege megadja az energiát, amit azon a frekvencián felhasználunk. Szokásosan a gyökét adják meg: 25

Fourier sor felhasználása Probléma: A szignál nem periódikus Megoldás: Kepzeljük el, hogy a szignál végtelen sokszor ismétlődik, ami egy periodikus függvényt ad, melyben a periódus 8 bit hosszú Repeated waveform for bit pattern 'b' 1 Current 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 5 10 15 20 25 Time 26

Fourier sor felhasználása Fourier sor 512 együtthatóval: 1.2 1 0.8 Current 0.6 0.4 0.2 0-0.2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Time 27

A rossz vétel 5 oka 1. Általános elnyelődés 2. Frekvencia elvesztése 3. Frekvenciafüggő elnyelődés 4. Zavarás és torzulás 5. Zaj 28

1. Szignálok elnyelődése Elnyelődés α (attenuation) Az küldő energiája P 1 és a vétel energiájának P 0 hányadosa Nagy elnyelődés esetén kevés energia éri el a fogadót Az elnyelődés függ az átviteli közegtől az adó és a vevő távolságától... más faktoroktól Mértékegysége decibel Current 1 0.8 0.6 0.4 0.2 Received attenuated signal 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Time 29

2. Nem minden frekvencia halad át a közegen A szignál a magas frekvenciák elvesztése esetén 1.2 Fourier series with 128 harmonics 1.2 Fourier series with 32 harmonics 1.2 Fourier series with 8 harmonics 1 1 1 0.8 0.8 0.8 Current 0.6 0.4 Current 0.6 0.4 Current 0.6 0.4 0.2 0.2 0.2 0 0 0-0.2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Time -0.2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Time -0.2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Time 1.2 Fourier series with 4 harmonics 1.2 Fourier series with 2 harmonics Fourier series with 1 harmonic Current 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0-0.2-0.4 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Time Current 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0-0.2-0.4 0 1 2 3 4 5 6 7 8 30 Time Current 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Time

3. Frekvenciafüggő elnyelődés Példa: Az elnyelődés 2, 2.5, 3.333, 5, 10, az 1., 2., 3., Fourier-együtthatóhoz frequency-dependent attenuation Miért van ez? Current 1 0.8 0.6 0.4 0.2 Current 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0-0.2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Time 0-0.2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Time 31

4. A közeg fáziseltolást okoz és torzít Minden közegben (a vákuum kivételével) különböző frekvenciáknak különböző a terjedési sebessége ez fáziseltolódást eredményez emlékeztető: a sinusgörbét az amplitúdó a, frekvencia f, és a fázis φ határozza meg A fáziseltolódás nagysága a frekvenciától függ ez torzítást (distortion) okoz 32

Frekvencia függő elnyelődés és torzítás 1.2 1 0.8 Received signal with frequency-dependent attenuation and phase change Miért történik ez: 1.2 1 Current 0.6 0.4 0.2 0 Current 0.8 0.6 0.4 0.2 0-0.2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Time -0.2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Time 33

5. Valódi közegek zajosak Minden közeg és minden adó produkál zajt Az okok: hő, más rendszerek zavarása, szignálok, hullámok, stb A (zavarmentes) szignál véletlen változásával írják le Tipikus modellezés: Gauss normáleloszlás 34

Összefoglalás Ezzel magyarázható a fogadott szignál. 1.2 1 0.8 Current 0.6 0.4 0.2 0-0.2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Time 35

Hány mért érték szükséges? Hány mért érték szükséges ahhoz, hogy a Fourier sort a k-adik komponensig pontosan meghatározzuk? Tétel (Nyquist) Voltage Ahhoz hogy egy folytonos egy sáv által korlátos szignált, melynek maximális frekvenciája f max, rekonstruálni tudjunk, legalább 2 f max mintavételi-frekvencia szükséges. 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 Fourier series with 8 harmonics -0.2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Time 0 1 1 0 0 0 1 0 36

Szimbólumok és bitek Az adatátvitelhez bitek helyett más szimbólumokat is használhatunk Pl. 4 szimbólum: A,B,C,D, ahol A=00, B=01, C=10, D=11 Szimbólum Mértékegység: Baud Szimbólumok száma másodpercenként Adatráta Mértékegység: bit per másodperc (bit/s) Példa 2400 bit/s Modem megfelel 600 Baud-nak (16 szimbólumot használ) Symbol value 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0 1 2 3 4 Tim e 0 1 1 0 0 0 1 0 37

Nyquist mintavételezési tétele Definíció A sávszélesség H a Fourier-felbontás maximális frekvenciájának a reciproka Feltesszük: A fogadott szignál maximális frekvenciája a Fourier sorban f = 1/H (Minden magasabb frekvencia teljesen elnyelődik) A különböző szimbólumok száma V Semmilyen más zavarás, késés vagy elnyelődés nincs Nyquist tétele A maximális lehetséges szimbólumráta legfeljebb 2 H baud. A maximális lehetséges adatráta legfeljebb 2 H log 2 V bit/s. 38

Segít, ha több szimbólumot használunk? Nyquist tétele azt mondja, hogy tisztán elméletileg az adatráta növelhető a felhasznált szimbólumok számával Elemzés: Nyquist tétele csak egy elméleti felső korlátot ad az átvitelre, nem ad módszert A gyakorlatban a mérés pontosságára vannak korlátok Nyquist tétele nem veszi figyelembe a zaj problematikáját 39

Shannon tétele A zaj hatása tényleg alapvető Tekintsük az adás erősségének S és a zaj erősségének N az arányát (signal-to-noise ratio) Minél kisebb a zaj, annál jobban felismerhetők a szimbólumok Shannon tétele: A maximális lehetséges adatráta H log 2 (1+S/N) bit/s, ahol H a sávszélesség S a szignál erőssége N a zaj erőssége Vigyázat Ez egy elméleti felső korlát Létező kódolások nem érik el ezt az értéket 40

Önütemező kódolások Mikor kell szignálokat mérni? Tipikusan egy szimbólum közepén Mikor kezdődik egy szimbólum? A szimbólum hossza szokásosan előre meghatározott. A fogadónak a bit-szinten szikronizáltnak kell lenni a küldővel Pl. Frame Synchronization által 41

Szinkronizáció Mi történik, ha csak egyszerűen órát használunk a szinkronizáláshoz? Probléma Az órák másképp mennek (egyik kicsit gyorsabb, másik kicsit lassabb) Nincs két olyan (megfizethető) óra, ami szinkron marad Hiba szinkronizáció elvesztése miatt (NRZ): küldő: Fogadó (gyorabb órával) csatorna 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 42

A szinkronizáció megoldása Felügyelet nélkül nincs szinkronizáció Megoldás: explicit órajel Párhuzamos átvitelt igényel egy külön csatornán Szinkronizáltnak kell lennie az adatokkal Csak rövid átvitel esetén ésszerű Szinkronizáció kritikus időpontokban Pl. egy szimbólum vagy egy blokk kezdetén Egyébként teljesesen szabadon futnak az órák Megbízik abban, hogy az órák rövid ideig szinkron futnak Órajel a szimbólumok kódolásából 43

Önütemező kódok pl. Manchester kód (Biphase Level) 1 = magasról alacsonyra váltás az intervallum közepén 0 = alacsonyról magasra váltás az intervallum közepén Adatok Daten: 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 Manchester A szignál tartalmazza a szinkronizáláshoz szükséges információt 44

Digitális kódok Non-Return to Zero-Level (NRZ-L) 1 = magas feszültég, 0 = alacsony Non-Return to Zero-Mark (NRZ-M) 1 = váltás az intervallum elején 0 = nincs váltás Non-Return to Zero-Space (NRZ-S) 1 = nincs váltás az intervallum elején 0 = váltás az intervallum elején Return to Zero (RZ) 1 = négyszögimpulzus az interv. elején 0 = nincs négyszögimpulzus Manchester Code (Biphase Level) 1 = magasról alacsonyra váltás az intervallum közepén 0 = alacsonyról magasra váltás 45

Digitális kódok Biphase-Mark Minden intervallum elején váltás 1 = még egy váltás az intervallum közepén 0 = nincs váltás az intervallum közepén Biphase-Space Minden intervallum elején váltás 1/0 fordítva, mint a Biphase-Mark Differential Manchester-Code Minden intervallum közepén váltás 1 = nincs váltás az intervallum elején 0 = váltás az intervallum elején Delay Modulation (Miller) 1 = váltás az intervallum közepén 0 = Váltás az intervallum végén, ha 0 következik, nincs váltás, ha 1 következik Bipolar 1 = négyszögimpulzus az intervallum első felében, melynek iránya alternál (váltakozik) 0 = nincs négyszögimpulzus 46

Feladat Mely kódok önütemezők? 47