550 likes | 753 Views
2. Fizikai Réteg. Dr. Bilicki Vilmos Szoftverfejlesztés Tanszék. Összefoglaló. OSI modell Fizikai réteg Elméleti alapok Közegek/képességek/sajátosságok Szabványosítási szervezetek. 13-02-09. Számítógép Hálózatok. 2. OSI Modell. Számítógép Hálózatok. Fizikai réteg. Bitek továbbítása
E N D
2. Fizikai Réteg Dr. Bilicki Vilmos Szoftverfejlesztés Tanszék
Összefoglaló • OSI modell • Fizikai réteg • Elméleti alapok • Közegek/képességek/sajátosságok • Szabványosítási szervezetek 13-02-09 Számítógép Hálózatok 2
OSI Modell Számítógép Hálózatok
Fizikai réteg • Bitek továbbítása • Fizikai jellemzőkkel foglalkozik: • Feszültség szintek • Érintkezők száma • Jel kondicionálás • Pl.: 13-02-09 Számítógép Hálózatok 4
Adatkapcsolati Réteg • A fizikai közeg elfedése • Hibamentes átvitel • Keretek kezelése: • Keret határok • Címzés • Nyugtázás • … • Forgalomszabályzás 13-02-09 Számítógép Hálózatok 5
Hálózati Réteg • Nagy, skálázható, robosztus hálózat kialakítása • Útvonalak kiválasztása 13-02-09 Számítógép Hálózatok 6
Szállítási Réteg • Adatfolyam kezelése, darabolása • Dedikált összeköttetések biztosítása • Forgalomszabályozása 13-02-09 Számítógép Hálózatok 7
Viszony Réteg • Viszonyok kialakítása • Szinkronizáció • Tranzakciók 13-02-09 Számítógép Hálózatok 8
Megjelenítés Réteg • Olyan általános dolgokkal foglalkozik amit a felhasználónak elég gyakran kell megoldania • ASCII • Sorosítás • XML • … • Titkosítás 13-02-09 Számítógép Hálózatok 9
Alkalmazás Réteg • Széles körben használt protokollok • HTTP • SMTP • DNS 13-02-09 Számítógép Hálózatok 10
A fizikai közeg fejlődése • TAT (TransAtlantic Telephone cable) • TAT - 1 • 1953 - 1979-ig Anglia - USA • Koaxiális kábel pár • 51 Erősítő • 36 telefon vonal • TAT – 14 • 2000 - Anglia – USA – Franciaország – Hollandia –Dánia – Németország • Optikai kábel • 16 x 10 Gbit/s • WDM Számítógép Hálózatok
Jelek • Jelek segítségével továbbítjuk az információt 12 Számítógép Hálózatok
Jelek spektrális felbontása • A jeleket gyakran érdemes harmonikus jelek összegeként vizsgálni mert ilyenkor a hatások könnyebben felmérhetőek • Periodikus jelek Fourier sora: • Abszolút integrálható jel Fourier transzformáltja: • Sávhatárolt a jel ha 13 Számítógép Hálózatok
Analóg és digitális jelek átvitele • A modell: • Csatorna jellemzők: • Alakhű átvitel: • Nyquist tétele: a H sávszélességű aluláteresztő szűrőn áteresztett jel 2H mintavételezéssel visszaállítható 14 Számítógép Hálózatok
Fontosabb torzítások • Késleltetés: • Jel csillapítás • Diszperzió • Visszhang, utánzengés • Nemlineáris torzítás: • Holtzóna • Telítés 15 Számítógép Hálózatok
Zajok • A bonyolult nehezen megfogható áthallás valamint a termikus, ipari zajok tartoznak e kategóriába • Amennyiben v sok azonos nagyságrendű független hatás eredője akkor jól modellezhető Gauss-folyamattal. Ekkor jól használhatóak a másodrendű jellemzői (várható érték, …) • A nyelő szempontjából a jel/zaj arány az érdekes. (Signal-Noise ratio) • Ezt a gyakorlatban a Bell tizedrészeként adják meg: • Gyakran a jeleket teljesítményszintjükkel írják le: 16 Számítógép Hálózatok
Shanon Törvénye 17 Számítógép Hálózatok
Elektromágneses hullámok • Ha az elektromos töltés gyorsul elektromos hullám keletkezik • Jellemzői • Hullámhossz • Frekvencia • Terjedési sebesség • Az elektromos és a mágneses tér egymásra merőleges síkban változik • Polarizáció: • Apoláros • Síkban poláros • Crikulárisan poláros 18 Számítógép Hálózatok
Szabad hullámú összeköttetések • Típusai: • Szabad sugárzás • Irányított sugárzás • Az antenna méretének összemérhetőnek kell lennie a hullámhosszal (pl.: fele) • A terjedés szerinti felosztás • Felületi hullámok: követik a föld felszínét (kHz-x10Khz) • Térhullámok: egyenes vonalban terjednek (30MHz-300GHz) • Szórt hullámok: A troposzférában többszörösen megtörnek, szóródnak (200MHz-10GHz) • Ionoszferikus hullámok: Az ionoszférából verődnek vissza (x1000KHz-30MHz) Számítógép Hálózatok
Vezetett hullámú összeköttetések • TEM (Transzverzális Elektromos Mágneses) hullámvezető (vezeték) • Két fém vezető + közöttük dielektromos szigetelő anyag • A vezetők közötti távolság a jel hullámhosszához képest kicsi • Dielektromos hullámvezető • A köpeny törésmutatója kisebb mint a mag törésmutatója • Numerikus apertúra 20 Számítógép Hálózatok
Az elektromágneses spektrum Számítógép Hálózatok
Frekvencia sávok elnevezése 22 Számítógép Hálózatok
Szimmetrikus kábel • Használata: Horizontális gyakran időnként vertikális kábelként • A telekommunikációs hálózatban nagyon régóta használt megoldás • Használható: 600 KHz-től 600MHz-ig • Védelmi típusok: • UTP • STP • FTP • Sodrás: • Az áthallás gátolja, különböző kábel párokat különböző módon sodorják • Méterenként adják meg a sodrások számát – minél több annál jobb • A párokat azonos színnel jelölik • Impedancia • 100-150 ohm Számítógép Hálózatok
EIA/TIA-568 • EIA/TIA-568 kábelezési szabvány • A, B vezeték RJ45 hozzárendelés • Kábel típusok: • Egyenes kábel • Kereszt kábel • Fordított kábel Számítógép Hálózatok
Fellépő problémák • Jel gyengülés • Zajok: • Áthallás • NEXT • FEXT • PSNEXT • RFI • EMI Számítógép Hálózatok
Szimmetrikus kábel típusok • A kábelek minőségét adja meg (USA jelölés) • Típusai: • Cat 1 – POTS – vagy csavart, vagy csavarás nélküli – 1 MHz • Cat 2 – ISDN - 2-3 csavarás 30 cm-ként - 4Mbit/s • Cat 3 – 16 MHz – 10 MBits/s • Cat 4 – 2-3 csavarás 30 cm-ként, 20 MHz – 16 MBit/s • Cat 5 – legalább 8 csavarás 30 cm-ként, 100 MHz – 155 MBit/s • Cat 5e – 350 MHz-ig tesztelt – 1 GBit/s • Cat 6 – 250 MHz ? • Cat 7- 600 MHz ? Valószínűleg más alyzat kell hozzá, STP Számítógép Hálózatok
Összehasonlítás Számítógép Hálózatok
Koaxiális kábel • Használata: Kábel TV • Jellemzőik: • Használható 60 KHz-től 60MHz-ig • Impedancia (kb.: 138 log a/b) • 50 ohm - Ethernet • 75 ohm – Kábel TV (ez ma az elsődleges terület) Számítógép Hálózatok
Optikai kábel • Használata: • Gerinc hálózat • Épületek közötti összeköttetés • Amennyiben csak réz kábelt használnánk akkor a föld réz készlete nem lenne elegendő • Típusai • Monomódusú (lézer) • Multimódusú (normál fényforrás) Számítógép Hálózatok
Optikai szintek • OC-1 - 51 Mbps • OC-3 – 155 Mbps • OC-12 – 622 Mbs • OC-48 – 2488 Mbs • OC-768 – 39813 Mbs • OC-N – N*51.840 Mbps Számítógép Hálózatok
Optikai kábel hiba források • A közeg jellemzői: • Jel gyengülés • Diszperzió • Más frekvencián más a sebesség • Jel gyengülés • Sávszélesség csökkenés • Rayleigh szórás • Inhomogén struktúra • Teljesítmény csökkenés • A fény frekvenciájának negyedik hatványával arányos • Nem lineáris Effektusok • Szerelési problémák • Hajlítás • Közeg illesztés Számítógép Hálózatok
Használt frekvenciasávok • S tartomány • C tartomány • L tartomány Számítógép Hálózatok
WDM, DWDM • Wavelenght Division Multiplexing • Nagyon gazdaságos megoldás • Egy optikai kábelen több egymástól 50-100GHz távolságra lévő jel • Az L sávot használják • Akár 400 Gbit/s átviteli kapacitás • Optikai erősítők, elegendő 100 km-ként, regenerálás 1000 km-ként Számítógép Hálózatok
Vezetékmentes kommunikáció • Spektrum menedzsment • A frekvencia véges erőforrás • A minőség garantálásához szabályozni kell a frekvencia használatot • Felosztás • A használható frekvencia tartományt blokkokra osztják • Minden blokkot további sávokra osztanak • A sávokat csatornákra osztják • Országonként más-más kiosztás lehet • Maximális hatékonyság • Új megoldások számára megfelelő frekvenciatartományok tartalékolása • Hatékony, igazságos frekvenciahasználási engedély kiosztás • Serkenteni kell a versenyt • Biztosítani kell a nagyközönség számára fontos szolgáltatásokat • Az ITU feladata a nemzetközi szabályozás • Nem licenszelt spektrum (szabad frekvencia) • Bárki használhatja • Be kell tartani a teljesítmény előírásokat Számítógép Hálózatok
Antennák • Tulajdonságai • Nyereség • Az izotropikus antenához viszonyítva dBi • A dipól sugárzóhoz viszonyítva dBd • Írányítottság • Szorosan összefügg az előzővel • Polarizáció • Az E vektor irányát adja meg. Úgy az adó mind a vevő antennának egyforma polarizációjúnak kell lennie Számítógép Hálózatok
Műholdas kommunikáció • 2.5 és 22 GHz közötti frekvenciát használnak • L,S,C,X,Ku,Ka sávok • Típusai: • Geostacionáris (GEO) • 36000 km az egyenlítő felett • ~250 ms késleltetés egy irányban • Stabil pozíció • Közepes pályájú (MEO) • 6000 – 20000 km • Tipikusan GPS • Alacsony pályájú (LEO) • 500 – 16000 km • Viszonylag kicsi késleltetés (6ms) • Műhold - műhold kommunikáció • VSAT (VerySmallAperture Terminal) • Pl.: Internet szolgáltatás • DBS (DirectBroadcast System) Számítógép Hálózatok
Földfelszíni kommunikáció • LMDS (Local MultipointDistribution System) • Kicsi cellák: 3 – 5 km • Frekvencia újrahasznosítás • >155 Mbps • MMDS (MultiplechanelMultipointDistribution System) • Nagy cellák: 50 km • ~10Mbps • 3G • Nagy mozgékonyságú felhasználó: 144 kbps • Közepes mozgékonyságú felhasználó: 385 kbps • Helyhez kötött felhasználó: 2Mbps • U-NII • Kicsi cellák: 3-5km • ~25Mbps Számítógép Hálózatok
Közeg megosztás • Multiplexálás • Típusai • TDMA • FDMA • CDMA • PDMA • SDMA Számítógép Hálózatok
Modulációs megoldások • Ahhoz, hogy egy jelet az adott közegen sikeresen továbbítsunk gyakran modulációra van szükségünk. Így olyan jellemzőkel bíró jelet kapunk amely megfelelő mutatókkal bír az adott közegen. • Analóg/Digitális • Amplitúdó • Fázis • Frekvencia Számítógép Hálózatok
Egyéb modulációs megoldások • OOK – On Off Keying • QPSK – Quadrature Phase Shift Keying • QAM – Quadrature Amplitude Modulation • CAP – Carrierless Amplitude Modulation • DMT – Discrete Multitone Modulation • CDMA – Code Division Multiple Access • FHSS – Frequency Hopping Sperad Spectrum • DSSS - Direct Sequence Spread Spectrum Számítógép Hálózatok
A távközlés világának fontos szervezetei • Szabványok lehetővé teszik, hogy különböző gyártók termékei kompatibilisek legyenek • Két szabvány típus: • de facto • de jure • Fontosabb szervezetek: • ITU • ISO • ANSI • IEEE • IETF • ATM Forum • Az MPLS és Frame Relay szövetség • Optical Ineterworking Forum • DSL Forum Számítógép Hálózatok
ITU • International Telecomunication Union • Az ENSZ egyik szervezete • Három fő szekciója van: • ITU-R - rádiókommunikáció • ITU-D – fejlesztés • ITU-T- távközlés • Az ITU-T feladat a távközlés világméretű szabványosítása • Tanulmányozza a különböző problémákat és ajánlásokat készít a megoldásukra • Az ITU-T a CCITT utóda • Hierarchikus felépítésű: országos, regionális • 15 csoport 2500 ajánlás • Más szervezek szabványait is felhasználja • Ismertebb ajánlások: I,Q,X (ATM, Frame Relay, DTE-DCE X.25) Számítógép Hálózatok
Példa • ITU-T H264 Számítógép Hálózatok
ISO • International Organization for Standardization • 130 ország szabványosítási testülete alkotja • Ismertebb szabványok: • ISO9000 • Papír méretek • Ország kódok • OSI modell Számítógép Hálózatok
Példa • 33.180.01 Fibre optic systems in general • 33.180.10 Fibres and cables • 33.180.20 Fibre optic interconnecting devices • 33.180.30 Optic amplifiers • 33.180.99 Other fibre optic equipment Számítógép Hálózatok
ANSI • American National Standards Institute • Ez képviseli az USA-t a nemzetközi szerveteken (ITU, ISO) • A fizikai réteg feletti dolgokkal foglalkozik • A fizikai réteggel az USA-ban az EIA foglalkozik Számítógép Hálózatok
Példa • ANSI/IEEE 802.3 • SONET Számítógép Hálózatok
IEEE • Instiute of Electrical and Electronics Engineering • A legnagyobb technológiával foglalkozó szervezet a világon • Ismertebb szabványai: • IEEE Project 802 Számítógép Hálózatok
Példa • IEEE Project 802 Számítógép Hálózatok
IETF • Internet Engineering Task Force (www.ietf.org) • 4 csoportból álló szervezet tagja • Internet Society (ISOC), az internet növekedésével, fejlődésével foglalkozik • IANA – egyedi dolgok kiosztást felügyeli (IP, OID, AS) • Internet Architecture Board (IAB), az ISOC felügyeletével foglalkozik • Internet Engineering Steering Group (IESG), az IETF menedzselésével foglalkozik • Internet Engineering Task Force (IETF) • Nyílt társaság (gyártók, kutatók, üzemeltetők,…) • Funkcionális csoportokra van osztva, ezek munkacsoportokra vannak osztva • Egy-egy munkacsoportot két személy felügyel akik az IESG tagjai • A munka nyilvános levelezőlistán folyik • Request For Comments • FYI • Standard • Draft Számítógép Hálózatok