Dr Bilicki Vilmos Szoftverfejleszts Tanszk Department of Software

Dr. Bilicki Vilmos Szoftverfejlesztés Tanszék Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS 2. Fizikai Réteg

Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS 13 -02 -09 Összefoglaló OSI modell Fizikai réteg Elméleti alapok Közegek/képességek/sajátosságok Szabványosítási szervezetek Számítógép Hálózatok 2

Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS OSI Modell Számítógép Hálózatok

Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS 13 -02 -09 Fizikai réteg Bitek továbbítása Fizikai jellemzőkkel foglalkozik: Feszültség szintek Érintkezők száma Jel kondicionálás Pl. : Számítógép Hálózatok 4

Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS 13 -02 -09 Adatkapcsolati Réteg A fizikai közeg elfedése Hibamentes átvitel Keretek kezelése: Keret határok Címzés Nyugtázás … Forgalomszabályzás Számítógép Hálózatok 5

Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS 13 -02 -09 Hálózati Réteg Nagy, skálázható, robosztus hálózat kialakítása Útvonalak kiválasztása Számítógép Hálózatok 6

Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS 13 -02 -09 Szállítási Réteg Adatfolyam kezelése, darabolása Dedikált összeköttetések biztosítása Forgalomszabályozása Számítógép Hálózatok 7

Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS 13 -02 -09 Viszony Réteg Viszonyok kialakítása Szinkronizáció Tranzakciók Számítógép Hálózatok 8

Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS 13 -02 -09 Megjelenítés Réteg Olyan általános dolgokkal foglalkozik amit a felhasználónak elég gyakran kell megoldania ASCII Sorosítás XML … Titkosítás Számítógép Hálózatok 9

Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS 13 -02 -09 Alkalmazás Réteg Széles körben használt protokollok HTTP SMTP DNS Számítógép Hálózatok 10

Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS A fizikai közeg fejlődése TAT (Trans. Atlantic 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 segítségével továbbítjuk az információt Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS Jelek 12 Számítógép Hálózatok

Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS 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

Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS Analóg és digitális jelek átvitele A modell: Csatorna jellemzők: Alakhű átvitel: Nyquist tétele: a H sávszélességű aluláteresztő szűrőn áteresztett jel 2 H mintavételezéssel visszaállítható 14 Számítógép Hálózatok

Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS Fontosabb torzítások Késleltetés: Jel csillapítás Diszperzió Visszhang, utánzengés Nemlineáris torzítás: ■ Holtzóna ■ Telítés 15 Számítógép Hálózatok

Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS 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

Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS Shanon Törvénye 17 Számítógép Hálózatok

Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS 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

Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS 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 (k. Hz-x 10 Khz) ■ Térhullámok: egyenes vonalban terjednek (30 MHz 300 GHz) ■ Szórt hullámok: A troposzférában többszörösen megtörnek, szóródnak (200 MHz-10 GHz) ■ Ionoszferikus hullámok: Az ionoszférából verődnek vissza (x 1000 KHz-30 MHz) Számítógép Hálózatok

Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS 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

Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS Az elektromágneses spektrum Számítógép Hálózatok

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

Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS Szimmetrikus kábel Használata: Horizontális gyakran időnként vertikális kábelként A telekommunikációs hálózatban nagyon régóta használt megoldás Használható: 600 KHz-től 600 MHz-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

Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS EIA/TIA-568 kábelezési szabvány ■ A, B vezeték RJ 45 hozzárendelés Kábel típusok: ■ Egyenes kábel ■ Kereszt kábel ■ Fordított kábel Számítógép Hálózatok

Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS Fellépő problémák Jel gyengülés Zajok: ■ Áthallás – NEXT – FEXT – PSNEXT ■ RFI ■ EMI Számítógép Hálózatok

Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS 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 - 4 Mbit/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 5 e – 350 MHz-ig tesztelt – 1 GBit/s ■ Cat 6 – 250 MHz ? ■ Cat 7 - 600 MHz ? Valószínűleg más alyzat kell hozzá, STP Számítógép Hálózatok

Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS Összehasonlítás Számítógép Hálózatok

Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS Koaxiális kábel Használata: Kábel TV Jellemzőik: ■ Használható 60 KHz-től 60 MHz-ig ■ Impedancia (kb. : 138 log a/b) – 50 ohm - Ethernet – 75 ohm – Kábel TV (ez ma az elsődleges terület) Számítógép Hálózatok

Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS 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

Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS 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

Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS 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

S tartomány C tartomány L tartomány Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS Használt frekvenciasávok Számítógép Hálózatok

Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS WDM, DWDM Wavelenght Division Multiplexing Nagyon gazdaságos megoldás Egy optikai kábelen több egymástól 50 -100 GHz 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

Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS 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

Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS Antennák Tulajdonságai ■ Nyereség – Az izotropikus antenához viszonyítva d. Bi – A dipól sugárzóhoz viszonyítva d. Bd ■ 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

Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS 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 (6 ms) – Műhold - műhold kommunikáció VSAT (Very Small Aperture Terminal) ■ Pl. : Internet szolgáltatás DBS (Direct Broadcast System) Számítógép Hálózatok

Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS 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 ■ ~10 Mbps 3 G ■ Nagy mozgékonyságú felhasználó: 144 kbps ■ Közepes mozgékonyságú felhasználó: 385 kbps ■ Helyhez kötött felhasználó: 2 Mbps U-NII ■ Kicsi cellák: 3 -5 km ■ ~25 Mbps Számítógép Hálózatok

Multiplexálás Típusai ■ TDMA ■ FDMA ■ CDMA ■ PDMA ■ SDMA Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS Közeg megosztás Számítógép Hálózatok

Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS 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

Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS 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

Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS 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

Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS 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

Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS Példa ITU-T H 264 Számítógép Hálózatok

Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS ISO International Organization for Standardization 130 ország szabványosítási testülete alkotja Ismertebb szabványok: ■ ISO 9000 ■ Papír méretek ■ Ország kódok ■ OSI modell Számítógép Hálózatok

Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS Példa 33. 180. 01 33. 180. 10 33. 180. 20 33. 180. 30 33. 180. 99 Fibre optic systems in general Fibres and cables Fibre optic interconnecting devices Optic amplifiers Other fibre optic equipment Számítógép Hálózatok

Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS 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

ANSI/IEEE 802. 3 SONET Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS Példa Számítógép Hálózatok

Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS IEEE Instiute of Electrical and Electronics Engineering A legnagyobb technológiával foglalkozó szervezet a világon Ismertebb szabványai: ■ IEEE Project 802 Számítógép Hálózatok

■ IEEE Project 802 Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS Példa Számítógép Hálózatok

Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS 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

Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS Példa Routing Area (rtg) Számítógép Hálózatok

Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS 13 -02 -09 Összefoglaló OSI modell Fizikai réteg Elméleti alapok Közegek/képességek/sajátosságok Szabványosítási szervezetek Számítógép Hálózatok 52

Department of Software Engineering UNIVERSITAS UNIVERSITY OF SZEGED SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS 13 -02 -09 A következő előadás tartalma Az adatkapcsolati réteg feladata Keretezés Hibajavítás Hibadetektálás Folyam szabályozás Példák PDH PPP Számítógép Hálózatok 53