2. előadás Az OSI hét rétegű modell A fizikai réteg kérdései

1. 2. előadásAz OSI hét rétegű modellA fizikai réteg kérdései

2. Az előadás kivonata • bevezetés, fogalmak • a rétegelt kommunikációt megvilágító példák • az OSI hét rétegű modellje • az egyes rétegek rövid ismertetője

3. Fontos fogalmak • rétegelt kommunikáció • protokoll • hálózati elemek • entitás • protokoll adategység

4. Alapprobléma • különböző hálózatok között • hálózati elemek között • különböző gyártók • kölönböző bonyolultságú eszközök

5. Az OSI referenciamodell, fogalmak • OSI: Open System Interconnection - Nyílt Rendszerek Összekapcsolása • Protokoll: az egyes hálózati elemek közti kommunikáció szabályai • Rétegelt kommuniációs modell (OSI referenciamodell): • a konkrét megvalósítástól független keretrendszer, információ feldolgozó/továbbító rendszerek összekapcsolására • a kommunikáció során az adat meghatározott funkciójú rétegeken keresztül halad • az egyik végpont adott rétegbeli entitás -a kommunikál a másik végpont ugyanazon rétegbeli entitásával • adott rétegbeli entitás többletszolgáltatást nyújt a fölötte lévő rétegbeli entitásnak az alatta levő réteg szolgáltatásait felhasználva

6. Az OSI referenciamodell, fogalmak • Entitás: tulajdonságaival jellemzett absztrakt objektum • Protokoll Adategység (PDU, Protocol Data Unit): • az egyes rétegekben ilyen egységekben kerül az adat feldolgozásra • az egyes rétegek feldarabolják/összefűzik a felsőbb rétegből érkező PDU -kat és további információt illesztenek hozzá

7. Rétegelt kommunikáció analógiája • entitások: igazgató, tolmács, telefon • szolgáltatások: fordítás, hangátvitel • kommunikáció az egyes rétegbeli entitások között

8. Rétegelt kommunikáció analógiája • entitások • entitások közti kommunikáció • rétegek közti szolgáltatások • PDU -k: levél, címzett boríték, UPS boríték, doboz

9. Az OSI rétegei

10. Az OSI rétegei • Síkok: szokás megkülönböztetni adat síkot és vezérlési síkot • adat sík: a felhasználói („hasznos”) adatok átvitele az OSI rétegeknek megfelelően • vezérlési sík: a kommunikációhoz szükséges vezérlési üzenetek (pl. hibajelzés, kapcsolatfelépítés-kérés, nyugta, stb.) átvitele az OSI rétegeknek megfelelően • Rétegek: a gyakorlati megvalósításokban egyes rétegek kimaradhatnak, vagy több réteg funkcióit egy rétegben valósítják meg • Alrétegek: egyes fontos funkciók megvalósítására egyes rétegek további alrétegekre oszthatók

11. Átviteli közeg • az első OSI réteg (fizikai réteg) „alatt” található • a tényleges adatátvitel hordozója, a fizikai összeköttetés • típusai: • rádiós összeköttetés (átviteli közeg a levegő) • optikai összeköttetés (átviteli közeg az üvegszál) • kábeles összeköttetés (átviteli közeg pl. koaxiális kábel, sodrott érpár, stb.)

12. Fizikai réteg • fő feladata az adatok továbbítása a fizikai csatornán • fizikai összeköttetések aktiválása, fenntartása, deaktiválása • az adatfolyam átalakítása a közegen való átvitelhez (csatornakódolás, moduláció stb.) • az adatfolyam átalakítása a fizikai közegen haladó jelekké ( rádióhullámokká, fényimpulzusokká, feszültségszintekké) • sorrendhelyes adattovábbítás • hibák jelzése az adatkapcsolati réteg felé • hibajavító kódolás

13. Adatkapcsolati réteg • adatkeretek létrehozása, a keretek határainak megjelölése és felismerése • az adatkeretek átviteli hibától mentes, sorrendhelyes továbbítása • nyugták küldése és fogadása • hiba esetén újraadás, újraadás fogadása • hibamentes átvitel a hálózati réteg felé • közeghozzáférési alréteg (MAC, Medium Access Control): • a csatornahozzáférést vezérli • logikai összeköttetés-vezérlési alréteg (LLC, Logical Link Control)

14. Hálózati réteg • hálózati szintű összeköttetések biztosítása • heterogén hálózatok összekapcsolása • hálózaton belüli útvonalválasztás (routing), forgalomirányítás • forgalomvezérlés

15. Szállítási réteg • végponttól végpontig kommunikáció biztosítása függetlenül az alsó rétegektől • végpont-végpont összeköttetések nyalábolása • vég-vég hibamentes és sorrendhelyes átvitel • hibaellenőrzés • nyugtázás és újraküldés • forgalomvezérlés

16. Viszony réteg • megjelenítési rétegbeli entitások közti párbeszéd biztosítása • viszony összeköttetések leképzése szállítási összeköttetésekre • viszony összeköttetések fenntartása a szállítási összeköttetés hibája után is • egy viszony összeköttetés több egymás utáni szállítási összeköttetést is használhat • egy szállítási összeköttetés több egymás utáni viszony kapcsolatot is szállíthat

17. Megjelenítési réteg • az alkalmazási réteg számára „érthetővé” alakítja az átvitt adatot • a két végpont közötti szintaktika egyeztetése • adattömörítés, hitelesítés, titkosítás

18. Alkalmazási réteg • nyílt rendszerek összekapcsolását érintő, a többi réteg által nem tartalmazott funkciók • a kommunikációs partnerek azonosítása • megegyezés a titkosítási eljárásban • az elfogadó szolgálatminőség meghatározása • megállapodás az adatok sértetlenségét ellenőrző eljárásban • rendszermenedzselési, alkalmazásmenedzselési és felhasználói folyamatok

19. Az átviteli csatorna és a fizikai réteg

20. Az előadás kivonata • bevezetés, fogalmak • az információ hordozói: jelek • a frekvencia fogalma, sávszélesség • moduláció fogalma, fajtái • digitális adatok átvitele, digitális modulációk • tipikus átviteli közegek • rádiós átvitel, műholdas és mobil kommunikáció • hagyományos telefónia, analóg jel digitális átvitele • ISDN

21. Legfontosabb fogalmak • jel, teljesítmény • frekvencia, sávszélesség • moduláció, moduláció fajtái • digitális átvitel • átviteli sebesség • moduláció, digitális moduláció • átviteli közeg • rádiós átvitel • cellás elv, frekvencia-újrafelhasználás • telefónia, beszédátvitel, beszéd átalakítása digitális jellé • ISDN

22. Jel, teljesítmény • a kommunikáció során az információt mindig jelek hordozzák • a jel valamilyen fizikai mennyiség időbeli változása • vezetékes kommunikáció: elektromos feszültség • rádiós kommunikáció: elektromos és mágneses térerősség • optikai kommunikáció: fényintenzitás • akusztikus kommunikáció: a levegő nyomása

23. Jel, teljesítmény • a teljesítmény a jel energiáját jellemző mennyiség • a jel teljesítménye meghatározza a kommunikáció során • maximálisan áthidalható távolságot • a kommunikáció érzékenységét a zajokkal szemben • a kommunikációhoz szükséges energiát (akkumulátorok)

24. Frekvencia • periódikus jelek frekvenciája a periódusidő reciproka • periodikus jel u(t) ha u(t)=u(t+kT) • a frekvencia: mértékegysége 1/sec=1 Hz • szinuszos jelek:

25. Frekvencia, sávszélesség • szinuszos jelek összege: pl. négy szinuszos jel, különböző amplitúdókkal, különböző frekvenciákkal spektrum jel

26. Frekvencia, sávszélesség • minden jel előállítható végtelen sok szinuszos jel összegeként jel spektrum

27. Frekvencia, sávszélesség • a jel sávszélessége: a spektrum „jelentős” része • a sávszélesség annál nagyobb, minél hirtelenebb ugrások, változások vannak a jelben spektrum

28. Frekvencia, sávszélesség • az átviteli csatornák a jeleket csillapítják • ez a csillapítás frekvenciafüggő • az átviteli csatorna sávszélessége: az a frekvenciatartomány, ahol a csatorna csillapítása nem jelentős • ha egy jel spektruma a csatorna sávszélességébe esik, akkor át lehet vinni azon a csatornán • példa: az emberi fül mint „csatorna” sávszélessége: kb. 20 Hz - 20000 Hz (20 kHz), ezért az infra- és ultrahangokat nem halljuk

29. Frekvencia, sávszélesség • azok a jelek, amelyek frekvenciában nem lapolódnak át, egy időben átvihetők ugyanazon csatornán • a frekvenciában nem átlapolódó jelek szűréssel szétválaszthatók átvihetők nem vihetők át

30. Moduláció • cél: minél több jel átvitele egy időben ugyanazon a csatornán • megoldás: moduláció • moduláció: az eredeti jel spektrumát eltolja moduláció vivőfrekvencia

31. Moduláció szűréssel bármelyik fogható Juventus Est FM Danubius vivőfrekvenciák

32. Moduláció • jel: u(t), vivőfrekvencia: f0 • a moduláció fajtái: • amplitúdó moduláció (AM): • frekvencia moduláció (FM): • fázis moduláció (PM): • a frekvencia- és fázismoduláció zavarvédettebb: a jel amplitúdója nem számít

33. Digitális átvitel • az átvinni kívánt adat bináris sorozat pl. 110011010101011 • a bináris sorozatnak valamilyen fizikai jelet kell megfeleltetni • vezetékes kommunikáció: • 1 : 1V, 0 : 0V (más értékek is elképzelhetők) alapsávú • baj: sok 1 vagy 0 egymás után • megoldás: kódolások (pl. Manchester) • optikai kommunikáció: • 1 : fényimpulzus, 0 : fényimpulzus hiánya • rádiós átvitel: digitális modulációk • lehet amplitúdó, frekvencia vagy fázis moduláció

34. Digitális átvitel • sok egyes vagy sok nulla egymás után nem detektálható • Manchester kódolás, különbségi Manchester kódolás: egy bitet nem egyszerűen a feszültség magas vagy alacsony szintje jelöl • baj: sávszélességet kb. kétszeresére növeli Manchester: bitidő közepén 1: , 0:  különbségi Manchester: bitidő közepén mindig, elején 0: van, 1: nincs

35. Digitális átvitel • a csatorna jellemzője az átviteli sebesség • egy másodperc alatt hány bitet (1 -est vagy 0 -t) lehet a csatornán átvinni • 1 bit/sec, 1024 bit/sec=1 kbps, 1024 kbps=1 Mbps • az átviteli sebesség szorosan összefügg a csatorna sávszélességével • minél negyobb az átviteli sebesség, annál nagyobb az igényelt sávszélesség • modulációval az adott átviteli sebesség kisebb sávszélességen is megvalósítható • a digitális csatorna átviteli sebességét is szokás sávszélességnek nevezni

36. Digitális átvitel • minden csatornán van zaj • a zaj teljesítménye befolyásolja az átvitel minőségét • a zaj korlátot jelent a maximális átviteli sebességre is • ha a jel teljesítménye S, a zaj teljesítménye N, a csatorna sávszélessége B, akkor elméleti korlát van a legnagyobb átviteli sebességre • Shannon (1948): átviteli sebesség < B·log2(1+S/N) bit/s

37. Digitális átvitel Digitális modulációk • ASK (Amplitude Shift Keying), amplitúdó billentyűzés: a vivő amplitúdója 0, ha az átvitt bit0 • többszintű ASK: egy időrésben n bit átvihető, ha 2n féle amplitúdót használunk, pl. A1:00, A2:01, A3:10, A4:11 • zajra nagyon érzékeny

38. Digitális átvitel Digitális modulációk • FSK (Frequency Shift Keying), frekvencia billentyűzés: a vivő frekvenciája különbözik ha 1 -est vagy 0 -t küld az adó • többszintű FSK: egy időrésben n bit átvihető, ha 2n féle frekvenciát használunk, pl. f1:00, f2:01, f3:10, f4:11

39. Digitális átvitel Digitális modulációk • PSK (Phase Shift Keying), fázis billentyűzés: a vivő fázisa hordozza az információt • többszintű PSK: n bit átvihető 2n fázisértékkel négyszintű PSK: QPSK kétszintű PSK: BPSK

40. Átviteli közegek Sodrott érpár • olcsó • közepesen védett a zavaroktól • néhány Mbps sebesség • közepes távolságig (2-4 km) • a sodrás csökkenti a zavarokat • alkalmazás: telefónia szigetelő, védő rétegek vezeték

41. Átviteli közegek Árnyékolt sodrott érpár (STP) • fémes köpeny védi az érpárokat • nagyobb zavarvédettség • nagyobb csillapítás • drágább • alkalmazás: számítógépes hálózatok Árnyékolatlan sodrott érpár (UTP) • több fajta • legolcsóbb : 4 Mbps, legdrágább : 100 Mbps • hangátvitel, számítógépes hálózatok

42. Átviteli közegek Koaxiális kábel • zavarvédett • közepesen drága • alapsávú átvitel: 10 Mbps • moduláltan: 150 mbps • alkalmazás: TV műsorszórás, számítógépes hálózatok réz vezető szigetelés árnyékolás szigetelés

43. Átviteli közegek Optikai kábel • kiváló zavarvédettség • nagy átviteli sebesség : több Gbps • az átviteli sebességet nem az optikai kábel korlátozza, hanem a csatolások, jelfeldolgozás, stb. • magas költségek (csatlakozások, adók, vevők) • optikai jelfeldolgozás nagyon drága, ezért • kapcsoláshoz, erősítéshez, elágazásoz az optikai jelet elektromos jellé kell konvertálni, majd vissza

44. Átviteli közegek Optikai kábel • felépítés: belső mag, köpeny, védőburkolat • monomódusú szál: • belső mag átmérője egyenlő az átvitt fény hullámhosszával • áthidalható távolság nagyobb (100 km) • átviteli sebesség 10 Gbps • többmódusú szál: • a magátmérő nagyobb, mint a fény hullámhossza, a fénysugarak a köpenyről visszaverődve haladnak, több hullámhosszú fénysugarak párhuzamosan • áthidalható távolság kisebb

45. Átviteli közegek Rádiós átvitel • közeg: levegő (világűr) • zajos, árnyékolások, fading, Doppler csúszás • a frekvencia drága, a kiépítés olcsó • átviteli sebesség: a felhasznált sávszélességtől, modulációtól függő (<150 Mbps)

46. Az elektromágneses spektrum

47. Átviteli közegek Földi mikrohullámú átvitel • a Föld görbülete korlátozza az áthidalható távolságot • kb. 50 km • digitális modulációval nagy sebesség elérhető (több száz Mbps)

48. Átviteli közegek Földi mikrohullámú átvitel • ionoszferikus visszaverődés: egyes frekvenciákon a rádióhullámok a légkör felső részéről (ionoszféra) visszaverődnek, az ádhidalható távolság megnő

49. Átviteli közegek Műholdas átvitel • nagy távolságok áthidalásához, illetve nagy területeken üzenetszórás (pl. műholdas televízió) • nagy sebesség (500 Mbps) • drága • az adat- és hangátvitelen, valamint műsorszóráson kívül számos távközlési jellegű szolgáltatás • navigáció • helymeghatározás (GPS) • globális vizsgálatok • térképezés

50. Átviteli közegek Műholdas átvitel • geostacionárius, vagy geoszinkron (GEO, Geostationary Earth Orbit) műholdak • az egyenlítő fölött • keringési idejük 24 óra, a Föld egy pontja felett tartózkodnak • 36000 km magasságban • három GEO műhold lefedi a Föld nagy részét • a nagy távolság miatt a késleltetés nagy: beszédkapcsolatnál már érezhető