M2M Sajt

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

• OSI modell
• Fizikai réteg
• Elméleti alapok
• Közegek/képességek/sajátosságok
• Szabványosítási szervezetek

13-02-09
Számítógép Hálózatok
2
3
OSI Modell
Számítógép Hálózatok
4
Fizikai réteg

• Bitek továbbítása
• Fizikai jellemzokkel foglalkozik
• Feszültség szintek
• Érintkezok száma
• Jel kondicionálás
• Pl.

13-02-09
4
Számítógép Hálózatok
5
Adatkapcsolati Réteg

• A fizikai közeg elfedése
• Hibamentes átvitel
• Keretek kezelése
• Keret határok
• Címzés
• Nyugtázás
• Forgalomszabályzás

13-02-09
5
Számítógép Hálózatok
6
Hálózati Réteg

• Nagy, skálázható, robosztus hálózat kialakítása
• Útvonalak kiválasztása

13-02-09
6
Számítógép Hálózatok
7
Szállítási Réteg

• Adatfolyam kezelése, darabolása
• Dedikált összeköttetések biztosítása
• Forgalomszabályozása

13-02-09
7
Számítógép Hálózatok
8
Viszony Réteg

• Viszonyok kialakítása
• Szinkronizáció
• Tranzakciók

13-02-09
8
Számítógép Hálózatok
9
Megjelenítés Réteg

• Olyan általános dolgokkal foglalkozik amit a
  felhasználónak elég gyakran kell megoldania
• ASCII
• Sorosítás
• XML
• Titkosítás

13-02-09
9
Számítógép Hálózatok
10
Alkalmazás Réteg

• Széles körben használt protokollok
• HTTP
• SMTP
• DNS

13-02-09
10
Számítógép Hálózatok
11
A fizikai közeg fejlodése

• TAT (TransAtlantic Telephone cable)
• TAT - 1
• 1953 - 1979-ig Anglia - USA
• Koaxiális kábel pár
• 51 Erosíto
• 36 telefon vonal
• TAT 14
• 2000 - Anglia USA Franciaország Hollandia
  Dánia Németország
• Optikai kábel
• 16 x 10 Gbit/s
• WDM

Számítógép Hálózatok
12
Jelek

• Jelek segítségével továbbítjuk az információt

12
Számítógép Hálózatok
13
Jelek spektrális felbontása

• A jeleket gyakran érdemes harmonikus jelek
  összegeként vizsgálni mert ilyenkor a hatások
  könnyebben felmérhetoek
• Periodikus jelek Fourier sora
• Abszolút integrálható jel Fourier
  transzformáltja
• Sávhatárolt a jel ha

13
Számítógép Hálózatok
14
Analóg és digitális jelek átvitele

• A modell
• Csatorna jellemzok
• Alakhu átvitel
• Nyquist tétele a H sávszélességu alulátereszto
  szuron áteresztett jel 2H mintavételezéssel
  visszaállítható

14
Számítógép Hálózatok
15
Fontosabb torzítások

• Késleltetés
• Jel csillapítás
• Diszperzió
• Visszhang, utánzengés
• Nemlineáris torzítás
• Holtzóna
• Telítés

15
Számítógép Hálózatok
16
Zajok

• A bonyolult nehezen megfogható áthallás valamint
  a termikus, ipari zajok tartoznak e kategóriába
• Amennyiben v sok azonos nagyságrendu független
  hatás eredoje akkor jól modellezheto
  Gauss-folyamattal. Ekkor jól használhatóak a
  másodrendu jellemzoi (várható érték, )
• A nyelo 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
17
Shanon Törvénye
 
17
Számítógép Hálózatok
18
Elektromágneses hullámok

• Ha az elektromos töltés gyorsul elektromos hullám
  keletkezik
• Jellemzoi
• Hullámhossz
• Frekvencia
• Terjedési sebesség
• Az elektromos és a mágneses tér egymásra
  meroleges síkban változik
• Polarizáció
• Apoláros
• Síkban poláros
• Crikulárisan poláros

18
Számítógép Hálózatok
19
Szabad hullámú összeköttetések

• Típusai
• Szabad sugárzás
• Irányított sugárzás
• Az antenna méretének összemérhetonek 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 verodnek
  vissza (x1000KHz-30MHz)

Számítógép Hálózatok
20
Vezetett hullámú összeköttetések

• TEM (Transzverzális Elektromos Mágneses)
  hullámvezeto (vezeték)
• Két fém vezeto közöttük dielektromos szigetelo
  anyag
• A vezetok közötti távolság a jel hullámhosszához
  képest kicsi
• Dielektromos hullámvezeto
• A köpeny törésmutatója kisebb mint a mag
  törésmutatója
• Numerikus apertúra

20
Számítógép Hálózatok
21
Az elektromágneses spektrum
Számítógép Hálózatok
22
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 vivok, repülés idojárás
Medium Frequency MF 300kHz-3MHz AM musorszórás
High Frequency HF 3 MHz-30MHz Rövid hullámú musorszórás
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 Muhold, radar
Extremly High Frequency EHF 30GHz-300GHz Távérzékelés, rádió csillagászat
22
Számítógép Hálózatok
23
Szimmetrikus kábel

• Használata Horizontális gyakran idonként
  vertikális kábelként
• A telekommunikációs hálózatban nagyon régóta
  használt megoldás
• Használható 600 KHz-tol 600MHz-ig
• Védelmi típusok
• UTP
• STP
• FTP
• Sodrás
• Az áthallás gátolja, különbözo kábel párokat
  különbözo módon sodorják
• Méterenként adják meg a sodrások számát minél
  több annál jobb
• A párokat azonos színnel jelölik
• Impedancia
• 100-150 ohm

Számítógép Hálózatok
24
EIA/TIA-568

• EIA/TIA-568 kábelezési szabvány
• A, B vezeték RJ45 hozzárendelés
• Kábel típusok
• Egyenes kábel
• Kereszt kábel
• Fordított kábel

Számítógép Hálózatok
25
Fellépo problémák

• Jel gyengülés
• Zajok
• Áthallás
• NEXT
• FEXT
• PSNEXT
• RFI
• EMI

Számítógép Hálózatok
26
Szimmetrikus kábel típusok

• A kábelek minoségét 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 ? Valószínuleg más alyzat kell
  hozzá, STP

Számítógép Hálózatok
27
Összehasonlítás
Számítógép Hálózatok
28
Koaxiális kábel

• Használata Kábel TV
• Jellemzoik
• Használható 60 KHz-tol 60MHz-ig
• Impedancia (kb. 138 log a/b)
• 50 ohm - Ethernet
• 75 ohm Kábel TV (ez ma az elsodleges terület)

Számítógép Hálózatok
29
Optikai kábel

• Használata
• Gerinc hálózat
• Épületek közötti összeköttetés
• Amennyiben csak réz kábelt használnánk akkor a
  föld réz készlete nem lenne elegendo
• Típusai
• Monomódusú (lézer)
• Multimódusú (normál fényforrás)

Számítógép Hálózatok
30
Optikai szintek

• OC-1 - 51 Mbps
• OC-3 155 Mbps
• OC-12 622 Mbs
• OC-48 2488 Mbs
• OC-768 39813 Mbs
• OC-N N51.840 Mbps

Számítógép Hálózatok
31
Optikai kábel hiba források

• A közeg jellemzoi
• 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
32
Használt frekvenciasávok

• S tartomány
• C tartomány
• L tartomány

Számítógép Hálózatok
33
WDM, DWDM

• Wavelenght Division Multiplexing
• Nagyon gazdaságos megoldás
• Egy optikai kábelen több egymástól 50-100GHz
  távolságra lévo jel
• Az L sávot használják
• Akár 400 Gbit/s átviteli kapacitás
• Optikai erosítok, elegendo 100 km-ként,
  regenerálás 1000 km-ként

Számítógép Hálózatok
34
Vezetékmentes kommunikáció

• Spektrum menedzsment
• A frekvencia véges eroforrás
• A minoség 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 megfelelo
  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 eloírásokat

Számítógép Hálózatok
35
Antennák

• Tulajdonságai
• Nyereség
• Az izotropikus antenához viszonyítva dBi
• A dipól sugárzóhoz viszonyítva dBd
• Írányítottság
• Szorosan összefügg az elozovel
• Polarizáció
• Az E vektor irányát adja meg. Úgy az adó mind a
  vevo antennának egyforma polarizációjúnak kell
  lennie

Számítógép Hálózatok
36
Muholdas kommunikáció

• 2.5 és 22 GHz közötti frekvenciát használnak
• L,S,C,X,Ku,Ka sávok
• Típusai
• Geostacionáris (GEO)
• 36000 km az egyenlíto 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)
• Muhold - muhold kommunikáció
• VSAT (Very Small Aperture Terminal)
• Pl. Internet szolgáltatás
• DBS (Direct Broadcast System)

Számítógép Hálózatok
37
Földfelszíni kommunikáció

• LMDS (Local Multipoint Distribution System)
• Kicsi cellák 3 5 km
• Frekvencia újrahasznosítás
• gt155 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
38
Közeg megosztás

• Multiplexálás
• Típusai
• TDMA
• FDMA
• CDMA
• PDMA
• SDMA

Számítógép Hálózatok
39
Modulációs megoldások

• Ahhoz, hogy egy jelet az adott közegen sikeresen
  továbbítsunk gyakran modulációra van szükségünk.
  Így olyan jellemzokel bíró jelet kapunk amely
  megfelelo mutatókkal bír az adott közegen.
• Analóg/Digitális
• Amplitúdó
• Fázis
• Frekvencia

Számítógép Hálózatok
40
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
41
A távközlés világának fontos szervezetei

• Szabványok lehetové teszik, hogy különbözo
  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
42
ITU

• International Telecomunication Union
• Az ENSZ egyik szervezete
• Három fo szekciója van
• ITU-R - rádiókommunikáció
• ITU-D fejlesztés
• ITU-T- távközlés
• Az ITU-T feladat a távközlés világméretu
  szabványosítása
• Tanulmányozza a különbözo problémákat és
  ajánlásokat készít a megoldásukra
• Az ITU-T a CCITT utóda
• Hierarchikus felépítésu 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
43
Példa

• ITU-T H264

Számítógép Hálózatok
44
ISO

• International Organization for Standardization
• 130 ország szabványosítási testülete alkotja
• Ismertebb szabványok
• ISO9000
• Papír méretek
• Ország kódok
• OSI modell

Számítógép Hálózatok
45
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
46
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
47
Példa

• ANSI/IEEE 802.3
• SONET

Számítógép Hálózatok
48
IEEE

• Instiute of Electrical and Electronics
  Engineering
• A legnagyobb technológiával foglalkozó szervezet
  a világon
• Ismertebb szabványai
• IEEE Project 802

Számítógép Hálózatok
49
Példa

• IEEE Project 802

Számítógép Hálózatok
50
IETF

• Internet Engineering Task Force (www.ietf.org)
• 4 csoportból álló szervezet tagja
• Internet Society (ISOC), az internet
  növekedésével, fejlodésével 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, üzemeltetok,)
• Funkcionális csoportokra van osztva, ezek
  munkacsoportokra vannak osztva
• Egy-egy munkacsoportot két személy felügyel akik
  az IESG tagjai
• A munka nyilvános levelezolistán folyik
• Request For Comments
• FYI
• Standard
• Draft

Számítógép Hálózatok
51
Példa

• Routing Area (rtg)

Számítógép Hálózatok
52
Összefoglaló

• OSI modell
• Fizikai réteg
• Elméleti alapok
• Közegek/képességek/sajátosságok
• Szabványosítási szervezetek

13-02-09
Számítógép Hálózatok
52
53
A következo eloadás tartalma

• Az adatkapcsolati réteg feladata
• Keretezés
• Hibajavítás
• Hibadetektálás
• Folyam szabályozás
• Példák
• PDH
• PPP

13-02-09
Számítógép Hálózatok
53