Szoftverfejlesztés Tanszék 2. Fizikai Réteg Dr. Bilicki Vilmos Szoftverfejlesztés Tanszék 1

Összefoglaló OSI modell Fizikai réteg Elméleti alapok Közegek/képességek/sajátosságok Szabványosítási szervezetek 13-02-09 Számítógép Hálózatok 2

OSI Modell Számítógép Hálózatok 3

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 11

Jelek Jelek segítségével továbbítjuk az információt 12 Számítógép Hálózatok 12

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 13

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 14

Fontosabb torzítások Késleltetés: Jel csillapítás Diszperzió Visszhang, utánzengés Nemlineáris torzítás: Holtzóna Telítés 15 Számítógép Hálózatok 15

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 16

Shanon Törvénye   17 Számítógép Hálózatok 17

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 18

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 19

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 20

Az elektromágneses spektrum Számítógép Hálózatok 21

Frekvencia sávok elnevezése Extrely Low Frequency ELF 3Hz-30Hz Fém keresés Super Low Frequency SLF 30Hz-300Hz Elektromos áram, Tengeralattjárók Ultra Low Frequency ULF 300Hz-3kHz Telefon Very Low Frequency VLF 3kHz-30kHz Navigáció Low Frequency LF 30kHz-300kHz Rádió vivők, repülés időjárás Medium Frequency MF 300kHz-3MHz AM műsorszórás High Frequency HF 3 MHz-30MHz Rövid hullámú műsorszórás Very High Frequency VHF 30MHz- 300MHz TV ,FM rádió, légiirányítás Ultra High Frequency UHF 300MHz-3GHz TV, Radar, Mbil telefon Super High Frequency SHF 3GHz-30GHz Műhold, radar Extremly High Frequency EHF 30GHz- 300GHz Távérzékelés, rádió csillagászat 22 Számítógép Hálózatok 22

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 23

EIA/TIA-568 EIA/TIA-568 kábelezési szabvány Kábel típusok: A, B vezeték RJ45 hozzárendelés Kábel típusok: Egyenes kábel Kereszt kábel Fordított kábel Számítógép Hálózatok 24

Fellépő problémák Jel gyengülés Zajok: Áthallás RFI EMI NEXT FEXT PSNEXT RFI EMI Számítógép Hálózatok 25

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 26

Összehasonlítás Számítógép Hálózatok 27

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 28

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 29

Optikai szintek OC-1 - 51 Mbps OC-3 – 155 Mbps OC-12 – 622 Mbs OC-N – N*51.840 Mbps Számítógép Hálózatok 30

Optikai kábel hiba források A közeg jellemzői: Jel gyengülés Diszperzió Más frekvencián más a sebesség Sávszélesség csökkenés Rayleigh szórás Inhomogén struktúra Teljesítmény csökkenés A fény frekvenciájának negyedik hatványával arányos Nem lineáris Effektusok Szerelési problémák Hajlítás Közeg illesztés Számítógép Hálózatok 31

Használt frekvenciasávok S tartomány C tartomány L tartomány Számítógép Hálózatok 32

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 33

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 34

Antennák Tulajdonságai Nyereség Írányítottság Polarizáció 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 (Very Small Aperture Terminal) Pl.: Internet szolgáltatás DBS (Direct Broadcast System) Számítógép Hálózatok

Földfelszíni kommunikáció LMDS (Local Multipoint Distribution System) Kicsi cellák: 3 – 5 km Frekvencia újrahasznosítás >155 Mbps MMDS (Multiple chanel Multipoint Distribution 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 38

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 39

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 40

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 41

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 42

Példa ITU-T H264 Számítógép Hálózatok 43

ISO International Organization for Standardization 130 ország szabványosítási testülete alkotja Ismertebb szabványok: ISO9000 Papír méretek Ország kódok OSI modell Számítógép Hálózatok 44

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 45

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 46

Példa ANSI/IEEE 802.3 SONET Számítógép Hálózatok 47

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 50

Példa Routing Area (rtg) Számítógép Hálózatok 51

Összefoglaló OSI modell Fizikai réteg Elméleti alapok Közegek/képességek/sajátosságok Szabványosítási szervezetek 13-02-09 Számítógép Hálózatok 52

A következő előadás tartalma Az adatkapcsolati réteg feladata Keretezés Hibajavítás Hibadetektálás Folyam szabályozás Példák PDH PPP 13-02-09 Számítógép Hálózatok 53