Csomagok dróton, üvegen, éterben Szent István Gimnázium, Budapest Tudományos nap Papp Jenő 2014 április 4
Az Internet, a legnagyobb csomagalapú hálózat
Az Internet, a legnagyobb csomagalapú hálózat
Csomag alapú átvitel
Mi az a jel? Távközlés=érzékeink meghosszabbítása (egyelőre fül, szem) A hang és a kép nehezen vihető át hangként és képként Absztrakció szükséges: az információt jelként szükséges átvinni
Milyen az ideális jelhordozó? Igazodnunk kell Teremtőnk szabályaihoz (=fizika) Gyors terjedésű Minél olcsóbb közegben terjedjen Minél kisebb energiával minél messzebb legyen átvihető Egyszerűen oda- és visszaalakítható Jól manipulálható és feldolgozható Az eddigi nyertes az elektromágneses hullám (fény, áram)
Az elektromágneses spektrum
Villamos jelek Villamos jel: elektromágneses hullámok pórázon vezetve Közel fénysebességű átvitel Átviteli közeg: fémek, egyéb villamos vezetőanyagok, csőtápvonal (nem olcsó) Elektromágnesesen zavarható (vezetők induktív/kapacitív jellege) Jól feldolgozható és manipulálható
Elektromágneses hullámok Rádió- és mikrohullámok, infravörös-, látható- és UV-fény, röntgensugarak Légüres térben 300 000 km/s Rádió- és mikrohullámok a semmiben terjednek a legolcsóbb közeg A fény az optikai kábelekben (üveg) vezethető zavarvédetten Ha feldolgozni, manipulálni akarjuk, akkor többnyire villamossággá kell alakítani
Az információ logikai kiállítása (reprezentációja) Analóg: a jel valamilyen fizikai tulajdonsága közvetlenül hordozza az információt (pl. villamos feszültség amplitúdó) Digitális (számjegyes): a jel valamilyen kódolás közvetítésével hordozza az információt
Analóg jel példa: hang vill. feszültség megfeleltetés A levegőt közvetlenül a jellel rezgetjük
Az Internet, a legnagyobb csomagalapú hálózat
Kommunikáció zajos szobában Kétféle alapjelet alkalmazunk (Ti-Tá).Nem bitek ezek véletlenül????? Morse (festőművész) már 1791-ben kitalálta a biteket!
Digitális átvitel bináris megjelenítéssel Dec Bin 0 0000 2 0010 4 0100 6 0110 7 0111 8 1000 8 1000 Amit végül át kell vinni: 0000 0010 0100 0110 0111 1000 1000 0111. Mostantól mindössze kétféle szimbólumot kell átvinnünk!!!
Technikai problémák Mintavételezés gyakorisága (alias jelek, Harry Nyquist-kritérium) MV gyorsasága: szukcesszív approximáció (szép kifejezés) Bitek átvitele valós fizikai közegen (mi lesz a négyszögjelből?) Kódolások, modulációk szükségesek Optikai átvitel
Mi a sávszélesség? Az átviteli közegre jellemző átviteli képesség Az a frekvenciaszélesség, amelyen a jel 3dB-nél kisebb csillapítást szenved Mértékegysége Hz (1/s) (NEM pedig bit/s!!!!)
Miért fontos a sávszélesség? Fourier-sor: periodikus függvények (jelek) szintézise sin és cos alapfüggvényekből (nem numerikus, hanem függvénysor) Az összegfüggvénnyel tetszőleges pontossággal közelíthetjük a célfüggvényt Spektrum: az összetevő függvények frekvenciatartománya Minél szögletesebb, dinamikusabb a jel, annál nagyobb a spektruma Minél nagyobb a spektrum, annál nagyobb sávszélesség szükséges az átvitelhez A gyakorlatban a meglevő közeghez kell igazítanunk a jelet (modulációt), és nem fordítva
A Fourier transzformáció négyszögjelre f(t) = sin(t) + sin(3t)/3 + sin(5t)/5 + sin(7t)/7 + sin(9t)/9 +... + sin(n t)/n
Multiplexing
Time Division Multiplexing ( TDM, Időosztásos MUX)
A csomagalapú hálózatok előnye
A csomagalapú hálózatok evolúciója X.25/LAPB (hőskor, zajos, analóg telefonvonalakon) Frame Relay Xerox XNS AppleTalk Banyan ViNes Novell IPX/SPX DecNet A győztes: TCP/IP
Kommunikáció Ethernet médián
Ethernet kapcsolóberendezések switch-ek
Mit csinál egy switch? MAC Address Port 0011.010F.82A2 18 0031.B467.8922 3 0031.A112.19D5 24
IP csomag Általában max 1500 bytes hosszú fejléccel együtt
IP csomag fejléc
IP Etherneten
IP összetettebb hálózatban
IPv4 címzés 32-bites cím, 232 Pontokkal elválasztott decimális számokként ábrázoljuk, 4 oktetként Egy IP hálózatban egyedi kell, hogy legyen 192.168.100.26 192. 168. 100. 26 11000000. 10101000. 01100100. 00011010
Címkiosztás egy egyszerű hálózatban A routerek nem tudnak egyes címeket nyilvántartani, mert túl sok Egy-egy összefüggő tartomány legyen egy IP hálózat Bevezetjük a hálózati maszk fogalmát
Alhálózati maszkok cím maszk 192.168.100.26 255.255.255.0 cím: 11000000. 10101000. 01100100. 00011010 mask: 11111111. 1111 1111. 1111 1111. 00000000 Hálózat azonosító. H-on belüli hostok (címek)
A 192.168.100.0/24 címszalag IP cím Utsó oktet binárisan (host field) 192.168.100.0 00000000 HÁLÓZATCÍM 192.168.100.1 00000001 Host cím 192.168.100.2 00000010 Host cím 192.168.100.3 00000011 Host cím 192.168.100.4 00000100 Host cím 192.168.100.5 00000101 Host cím 192.168.100.6 00000110 Host cím...... 192.168.100.253 11111101 Host cím Funkció 192.168.100.254 11111110 Kijárat a hálózatból (default GW) 192.168.100.255 11111111 SUBNET BROADCAST CÍM
Mit csinál egy router? Network prefix Interface Next Hop 192.168.250.0/30 S0-192.168.200.0/24 S0 192.168.250.2 192.168.100.0/24 Eth0 - Network prefix Interface Next Hop 192.168.250.0/30 S0-192.168.100.0/24 S0 192.168.250.1 192.168.200.0/24 Eth0 -
A teszthálózat