Hálózati technológiák és alkalmazások Vida Rolland 2008.03.31

BPL Broadband Power Line Elektromos hálózat elemei: Szélessáv az elektromos vezetéken Nem csak a telefontársaságoknak van nagyméretű kiépített hálózatuk, hanem az áramszolgáltatóknak is (pl. ELMŰ) Sokkal több helyen van áram mint ahány helyen optikai kábelek Jó lenne ezt kihasználni Elektromos hálózat elemei: Az erőműből kijövő áramot magasfeszültségen küldik tovább 155.000 – 765.000 Volt Nagy távolságokon (több száz km) Helyi transzformátorállomások Átlakítják középfeszültségű árammá 4.000 – 30.000 Volt (általában 7200 Volt) A ház melletti villanyoszlopon alacsony feszültségű átalakító 220 – 240 Volt (Európa), 110 – 120 Volt (USA) Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.31

Elektromos hálózat Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.31

PLC - Power Line Carrier A BPL nem teljesen új dolog Évtizedek óta szállítanak adatokat az elektromos hálózaton Telemetria, távoli eszközök felügyelete, vezérlése Hagyományos telefonszolgáltatás (POTS) távoli, elszigetelt felhasználóknak van áramvezeték, de a telefonvezeték túl drága lenne A BPL nem csak hang és kis sebességű adatátvitelre jó, hanem nagy sebességekre is Hátrány: Nagyon érzékeny az interferenciákra EMI (elektromágneses interferencia), RFI (rádió frekvenciás interferencia) Nem csak a BPL-t zavarják ezek a zajok, a BPL is zavarhat más szolgáltatásokat CB rádió, légi közlekedés vezérlése, stb. A telefon és koax kábelekkel ellentétben az elektromos vezetékek nincsenek leárnyékolva Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.31

Adatátvitel elektromos hálózaton A magasfeszültségű vezetékek nem alkalmasak Túl nagy „zaj” Az áram előreláthatatlanul ugrál a teljes frekvenciatartományban Megoldás: teljesen elkerülni ezeket Hagyományos optikai hálózaton vinni egy darabig Középfeszültségú hálózatra átvezetni Optikai/elektromos (O/E) átalakító Csak kis távolságokon képes átvinni a jelet Erősítőkre (repeater) van szükség 300 méterenként Frequency Division Multiplexing (FDM) Frekvenciaosztásos elválasztása az áramnak és a BPL-nek BPL 2 MHz és 80 MHz között Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.31

BPL hálózat Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.31

Adatátvitel elektromos hálózaton Coupler Megkerüli a transzformátort, átteszi az adatokat 7200 Volt-ról 220-ra Multi- és demultiplexelés, routing, titkosítás CSMA/CD az upstream adatok küldésére Az Ethernet által használt megoldás Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection Aki küldeni akar, belehallgat a csatornába (Carrier Sense) Ha senki nem beszél, elkezd ő csomagokat küldeni Lehet, hogy ketten is egyszerre kezdenek beszelni Mindketten üres csatornát érzékeltek Mindketten érzékelik az ütközést (Collision Detection) Elhallgatnak és véletlen hosszú idő után újra próbálkoznak Az alacsony feszültségű vezeték szintén „zajos” lehet Elektromos eszközök ki-be kapcsolása adatvesztéshez vezethet Last mile megoldásként WiFi-t vagy DSL-t is szoktak használni Powerline modem Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.31

Powerline modem Jó vicc... De nincs messze a valóságtól... A legújabb BPL modemek jól szűrik a zajt Speciális modulációs technikák A DSL és kábel modemekhez hasonló sebesség Vezetéknélküli változatban is Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.31

BPL előnyök és hátrányok Létező infrastruktúrára épít Jóval nagyobb hálózat mint a telefon vagy a kábelhálózat Távoli, eldugott helyeken is elérhető A műholdas kommunikációval ellentétben lehetőség van szimetrikus adatátvitelre Európában 2-300 lakás egy transzformátor mögött Az USA-ban 8-10 Kevés előfizető, nehéz bevezetni a szolgáltatást Kevés előfizető, nagyobb sávszélesség mindenkinek Mai BPL hálózatokban 45 Mbps Felhasználónként 3 Mbps Nem rossz az ADSL-hez és kábelhez képest Hosszú távon nem képes Triple Play szolgáltatás biztosítására Új BPL változatokban 22 Mbps felhasználónként Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.31

BPL előnyök és hátrányok Áramszünet esetén nem működik Nem lehet teljes értékű VoIP over BPL szolgáltatást bevezetni Nincsenek biztosítva a vészhívások (rendőrség, mentők) Hagyományos telefonhálózatot kell működtetni párhuzamosan Sok repeater-re van szükség Nem olyan drága eszközök Interferenciákra érzékeny Japánban és Európában sok helyen betiltották Az USA-ban több BPL hálózat is működik Újabb technológia 5.000 lakásban Cincinatti-ban Budapesten a 23VNet szolgáltatása a Riverside apartmanházban (2003) Az ADSL-hez hasonlo sebesség és árak Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.31

ALOHANET Hawaii – 70-es évek elején nem volt telefonhálózat A távoli szigeteken lévő felhasználókat a Honoluluban lévő központi számítógépekhez kellett csatolni Megoldás: ALOHANET – kis hatósugarú rádiózás Norman Abramson, Hawaii Egyetem Minden felhasználó terminálon kis rádió Két frekvencián üzemelt Egy a lefele, egy a felfele menő adatoknak Lefele csak a központ küldött, nem volt gond Felfele versenyhelyzet, többen használták ugyanazt a csatornát Ha sikerült elküldeni valamit, a központ visszaküldte a csomagot a másik csatornán Ha nem jött vissza, a csomag valószínüleg elveszett Újra próbálkozott Alacsony terhelés mellett egész jó, nagy upstream terhelés mellett szinte használhatatlan Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.31

Az Ethernet fejlődése Aloha Az ős. Slotted Aloha Újítás: csak adott időpontokban küldhet (slots) CSMA = Carrier Sense Multiple Access Újítás: Először ellenőrzi, hogy van-e adás, és csak akkor küld ha nincs CSMA Egyszerű random eltolással könnyen előfordulhatna, hogy az egyes üzenetek vége ütközne egy másik üzenet elejével, ezért az időt szeletekre (slot-okra) osztják, és ezek közül a szeletek közül választanak ki egyet véletlenszerűen. CD = Collision Detection Újítás: Leállítja a küldést ha ütközést észlel (ilyen az Ethernet) CSMA/CD Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.31

Aloha vs. Slotted Aloha Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.31

Ethernet történet Bob Metcalfe (MIT, Harvard) együtt nyaral Abramsonnal Hawaii-on Az első LAN – Metcalfe és Boggs, 1976 DEC, Intel, Xerox DIX szabvány (1978) 10 Mb/s IEEE 802.3 szabvány (1983) Más LAN szabványok IEEE 802.4 – Token Bus (General Motors) Egyenes kábel mint az Ethernet-ben Körbejárt egy token, az adhatott akinél a token volt IEEE 802.5 – Token Ring (IBM) Gigabites változat (802.5v) Senki nem használja őket, nyert az Ethernet 3Com Metcalfe saját cége, Ethernet kártyák PC-khez J.H. Saltzer (MIT) – „A token hatékonyabb mint az Ethernet” A PC gyártók nem építették be alapfelszerelésként Jó üzlet lett az Ethernet kártyák árusítása Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.31

A kezdeti Ethernet Koaxialás kábel, max 2,5 km hosszú 500 méterenként egy ismétlő (repeater) Max. 256 gép a kábelen 2,94 Mb/s sebesség A kábel végén egy lezáró elem Elnyel minden jelet a buszról Komunikáció az osztott közegen Mint egy beszelgetés vacsora közben Az Ethernet kábelen adás előtt a gépek belehallgatnak a csatornába Ha foglalt, megvárja az adás végét Ha mégis ütközés, akkor ezt detektálják 48 bites zajlöketet küld, hogy más is értesüljön az üzközésről Véletlen hosszúságú idő után újra próbálkoznak Több ütközés után exponenciálisan nő a max. várakozási idő Az Alohanet-en ez nem volt megoldható Két felhasználó két külön szigeten nem biztos, hogy hallotta egymást Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.31

Thick Ethernet 10Base5 – vastag Ethernet Sárga kerti öntözőtömlő Csatlakozás vámpír csatlakozókon Egy tüske a koax kábel belső vezetékébe 10 Mb/s 500 méter hosszú szegmensek Max. 100 állomás egy szegmensen Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.31

Thin Ethernet 10Base2 – vékony Ethernet Sokkal könnyebben hajlítható Olcsóbb és egyszerűbben telepíthető Csatlakozás T elosztókkal és BNC csatlakozókkal Max. 185 méter hosszú szegmens Max. 30 állomás egy szegmensen Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.31

10Base-T Minden állomástól egy sodrott érpár megy az elosztóhoz (hub) Könnyebb kiszűrni a kábelhibákat Könnyű egy állomást be vagy kicsatolni Elvileg 100 m hosszú szegmensek Jó kábeleken 150 m is lehet Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.31

10Base-F Fényvezető szálat (fiber) használ a csavart érpár helyett Drága megoldás a csatlakozók magas ára miatt Kiváló a zajszűrése Nehéz lehallgatni Ezt használják épületek vagy távoli elosztók összekötésére Max. szegmens 2 km Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.31

Fast Ethernet Teltek az évek, nőtt a sévszélesség igény 10 Mb/s-os Ethernet már kevés Gyűrű alapú optikai LAN-ok FDDI (Fiber Distributed Data Interface) Fibre Channel A gerinchálózatban használták is mindkettőt A hozzáférési hálózatban nem Túl drágák, túl komplikáltak Új Ethernet szabvány – IEEE 802.3u (1995) A meglévő szabvány kiegészítése Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.31

Fast Ethernet 100Base-T4 100Base-TX 100Base-FX 4 sodrott érpár (3-as ketegóriájú UTP kábel) Egy le, egy fel, a masik kettő szükség szerint átkapcsolható (le vagy fel) Max. 100 méteres szegmensek 100Base-TX 2 sodrott érpár (5-ös kategoriájú UTP kábel) Egy le, egy fel, 100 Mb/s duplex sebesség 100Base-FX Mindkét irányban egy többmódusú fényvezető szál 100 Mb/s duplex sebesség Max. 2 km az elosztó és az állomások között Gyakorlatilag minden kapcsoló képes 10 Mb/s-os és 100 Mb/s-os állomásokat is kezelni (optikai szálak esetén nem) Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.31

Gigabit Ethernet IEEE 802.3z (1998), 802.3ab (1999) Minden elrendezésben pont-pont felépítésű Ellentétben a klasszikus 10 Mb/s-os Ethernettel Két működési mód: Duplex – mindkét irányba megy forgalom egyidőben Egy központi kapcsolót (switch) kötnek össze a periférián lévő gépekkel Minden vonalat pufferelnek Bárki bármikor küldhet adatokat Nem kell a csatornát figyelni, a versengés kizárt Nincs szükség CSMA/CD-re, viszont akkor már nem Ethernet Fél-duplex A gépeket egy egyszerű elosztóhoz csatlakoztatják Nincs pufferelés, lehetnek ütközések Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.31

Gigabit Ethernet Kábelezési változatok 1000Base-SX Többmódusú fényvezető szál Max. 550 m hosszú szegmensek 1000Base-LX Egy vagy többmódusú szál Max. 5000 m hosszú szegmensek 1000Base-CX 2 pár árnyékolt csavart érpár (STP) Max. 25 m hosszú szegmensek 1000Base-T 4 pár 5-ös kateg. UTP kábel Max. 100 m hosszú szegmensek IEEE 802.3ae – 10 Gb/s Ethernet (2002) Csak full duplex módban Csak optikai kábelen 100 Gb/s Ethernet Lucent Technologies Bell Labs kísérleti eredmények 2010 előtt nem várható a szabványosítás Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.31

Ethernet Frame A data mező legfeljebb 1500 byte Minimális data hossz 46 byte Ha túl rövid a keret, nem lehet CD-t használni Hamar befejeződik a keret elküldése, lehet hogy az első bit még el sem érkezett a kábel végére Ha esetleg ott lenne ütközés, arról nem értesül A rövid csomagokat fel kell tölteni „haszontalan adatokkal” (Pad) Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.31

Carrier Extension Ha nő a hálózat sebessége... Carrier Extension növelni kell a minimális keretméretet, vagy... csökkenteni kell a megengedett maximális kábelhosszt Ha 2500 méter a kábel és 1 Gb/s a sebesség, akkor a minimális keretméret 6400 byte kell legyen Ha a minimális keret 640 byte, akkor a kábel csak 250 méter lehet Egyre kényelmetlenebb megkötések egy gigabites hálózatnál A minimális keretméretet megemelték 512 byte-ra Carrier Extension A küldő hardver a CRC mező után illeszt egy kitöltő bitsorozatot A vevő hardver levágja azt, a CRC-be nem számít bele Nagyon pocsékolja a kapacitást Frame Bursting Egyetlen adás során több, egymás után fűzött keretet visz át Jelentősen növeli a hatékonyságot Hülyeség Gigabit Ethernetet telepíteni, aztán egyszerű elosztókkal felszerelni Fel-duplex módban szükség van CSMA/CD-re Full-duplex módban nem kellene A „backward compatibility” miatt használják Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.31

Hub Fizikai szintű ismétlő eszköz Több egyidejű küldő: ütközés Bit szinten ismétli a csomagot A bejövő csomagokat azonnal minden interfészén kiküldi Mindenki megkap minden csomagot Több egyidejű küldő: ütközés A „collision domain” (ütközési tartomány) megmarad A Hub-okat általában hierarchikusan, fa topológiába kapcsolják Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.31

Hub – előnyök, hátrányok Minden állomás ütközhet a hubra kapcsolt bármely más állomással Ez rontja a hálózat teljesítményét Csökkenti a skálázhatóságot Mindenki látja a többiek forgalmát Különböző médiák nem kapcsolhatók össze Pl. ha van 10Mbps állomás a rendszerben, a teljes sebesség visszaesik 10-re Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.31

Hub Nem érdemes kizárólag hub-okból nagy tartományokat építeni Növeli az állomások közötti max. távolságot Egy nagy ütközési tartomány Ütközési tartomány hub hub hub hub Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.31

Switch (bridge) Link Layer eszköz megvizsgálja a MAC fejlécet és szelektíven továbbít switch table: (MAC, interfész, timer) A kapott csomagokból építi fel Ha nem ismer egy címet, minden interfészre továbbárasztja a csomagot elválasztja az ütközési zónákat puffereli a csomagokat csak a megfelelő szegmensre továbbít Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.31

Switch Előnyök: jobban skálázható hatékonyabb, biztonságosabb a pufferelés lehetővé teszi különböző médiák/sebességek összekapcsolását hub switch ütközési tartomány ütközési tartomány ütközési tartomány Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.31

Intézményi hálózat IP subnet mail server Külső hálózat web server router switch IP subnet hub hub hub Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.31

Switch (bridge) vs. router Intelligens tároló és továbbító (store-and-forward) eszközök Router hálózati (L3) rétegben, IP cím alapján útválasztó (routing) táblákat tárol, routing protokollokat használ Switch adatkapcsolati (L2) rétegben, MAC cím alapján kapcsoló (switching) táblákat tárol, szűrő és címtanuló algoritmusokat használ Hálózati technológiák és alkalmazások 2008.03.31