Németh Krisztián BME TMIT 2006. dec. 13

Távközlő Hálózatok27. előadás10. Szemelvények a fizikai rétegből

11. Az információközlő hálózatok felépítésének elvei

Németh KrisztiánBME TMIT2006. dec. 13.

2

0.2 A tárgy felépítése 0. Bevezetés 1. Távközlő hálózati architektúrák 2. Kapcsolástechnika 3. Jelzésrendszerek

Előfizető és központ közötti, központok közötti, VoIP 4. Távközlési protokollok 5. Gerinchálózati technikák

PDH, ATM, MPLS, SDH, stb. 6. IP szélessávú hozzáférési technikák

Analóg vonali modem, ADSL, xDSL, kábel-TV, stb. 7. Beszédátvitel IP felett 8. Mobil távközlő rendszerek

GSM, UMTS, műholdas rendszerek, mobil számítógép hálózatok 9. Jelátviteli és forgalmi követelmények 10. Szemelvények a fizikai rétegből (bonus track :-) ) 11. Az információközlő hálózatok felépítésének elvei

Csopaki Gy.(6 ea.)

Cinkler T.(4 ea.)

Németh K.(12 ea.)

Németh K.(5 ea.)

3

6 témakör: visszhang elhalkulás (fading) mikrohullámú rádiós átvitel digitális jelek átvitele analóg csatornán illesztett lezárás

Javasolt irodalom: weblapon található Kovács-Ludányi jegyzet a weblap alján: korábbi félévek, majd ott a 2005.

tavasz kiválasztása

Szemelvények a fizikai rétegből

4

4/2 4/2

néhány km

néhány km

2/4 2/4

... ...... ...

...

...

f ldfelsz ni v. ö í műholdas rádiós kapcsolateredő csillapítás: 0 dB

táv: 10 - 20.000 km

Visszhang Több helyen keletkezhet, de a 2/4 huzalos

átalakításnál jellemző Példa átviteli út: (egy vonal egy vezeték)

önhangönhang

visszhang visszhang

hurok!

(műholdas átvitelnél akár ennél is több)

5

Visszhang Önhang:

hasznos! kb. 25 dB csillapítás

A hurkot ki kell küszöbölni, hogy: ne gerjedjen ne torzítsa az átvitelt ne legyen többszörös visszhang

Visszhang: 12,5 ms alatt nem különböztethető meg az önhangtól (nincs vele gond) kritikus táv, ha csak a terjedési késleltetést nézzük:

0,0125 s * 250 000 km/s = 3125 km 3000 km(közegbeli fénysebesség alacsonyabb c-nél)de ez oda-vissza értendő, tehát kb. 1500 km földrajzi táv a kritikus

felette valamit kezdeni kell vele 31 dB, vagy nagyobb csillapítás már jó

6

Visszhang kezelése Visszhangzár:

ugyanez a túloldalon is

VAD: Voice Activity Detector, beszéddetektor: észleli, hogy éppen beszél-e a távoli fél

beszéd esetén e kapcsolás lezárja a visszamenő erősítőt emiatt félduplex elavult

4/2

...

...VAD

7

Visszhang kezelése Visszhangtörlő (VT, echo canceller)

ugyanez a túloldalon is

feladata a visszhang modellezése megfelelő késleltetés megfelelő csillapítás megfelelő torzítás

ezek időben változhatnak, mert: környezeti hatások (pl. hő) változnak kihangosítást bekapcsolhatják menet közben

ezért adaptív eszköz a hibajel mérésével: visszhang felismerése és törlése

4/2

...

...VThibajel

8

Elhalkulás (fading) Oka: többutas terjedés (multipath propagation)

jel visszaverődik a földfelszínről, tereptárgyakról több jel szuperpozíciója jelenik meg, ezek gyengítik vagy

erősítik egymást megj.: visszaverődés: 180 fokos fázistolás

r hv

ha

Adótorony

vevõállomás

9

42

1r

c

vP

113m 225m 450m 900m

fading nélkül: 21

1r

c

21

1r

c 3

Elhalkulás (fading) Kioltási helyek:

k=1,2,...

GSM:

λkhh

r vak

2

m 1/s m/s

3

1

109

1038

8

λkk

rkm

m

m ,m 450

31

51502

10

Elhalkulás (fading) Hatásai:

mozgó adó: nagyobb adási teljesítmény szükséges akkumulátor merítése élettani hatás

mozgó vevő: rosszabb jel/zaj viszony

Mit tehetünk ellene? jel fókuszálása (pl. forgási paraboloid antenna) hibajavító kódolás (FEC) többféle átvitel (diversity)

időben: jel ismétlése (közben mozogni kell) térben: két vevőantenna (térben távolabb egymástól) frekvenciában: két frekvencia használata: más kioltási helyek

11

Gerinchálózat: rádiós ismétlő lánc

néhány GHz-es tartomány hurok kiiktatása: más frekvencián adás és vétel eső, köd, hó zavarja

Hozzáférői hálózat gyors telepítés ritkán lakott helyeken előnyös

Mikrohullámú rádiós átvitel

12

Digitális jelek átvitele analóg csatornán

Ennek van egyenáram (DC, Direct Current) komponense:

A nulla frekvencia közelében nem lehet információt átvinni

1+1V

-1V

1

U

1 1 1 10 00 0

t

frekv.

ampl.

13

Digitális jelek átvitele analóg csatornán A nulla frekvencia közelében nem lehet információt

átvinni, mert: fémvezető:

távtáplálás nagyfesz. védelem: transzformátoros leválasztás 50 Hz és felharmonikusai: 100, 150 Hz bezavarna koax 60 kHz alatt nem visz át

optikai kábel: csak az optikai tartományban visz át

rádiós átvitel: minimum kHz-es nagyságrend kell itt is

14

Digitális jelek átvitele analóg csatornán A nulla frekvencia közelében nem lehet információt

átvinni. Megoldások: vonali kódolás (pl. ugyanannyi +1V mint -1V)

pl. LAN, ISDN, PDH, SDH egyszerű de sávszélesség-pazarló: B>>1/T

B: sávszélesség T: bitidő

frekv.

ampl.

15

Digitális jelek átvitele analóg csatornán A nulla frekvencia közelében nem lehet információt átvinni.

Megoldások: moduláció/demoduláció

pl. frekvenciamoduláció, amplitúdómoduláció, fázismoduláció egy adott vivőfrekvencia (fv) környékére korlátozza a spektrumot bonyolultabb nem pazarolja a sávszélességet: B 1/T (adott jel/zaj viszony,

ld. Shannon-tételes megjegyzés korábban) használata:

erősen sávkorlátozott környezetben, illetve adott átviteli frekvenciatartomány esetén

pl. rádiós átv., optikai átvitel, telefonmodemek

frekv.

ampl.

fv

B

16

Digitális jelek átvitele analóg csatornán Másik probléma: szinkronitás fenntartása

elegendő nullátmenet kell. Ez biztosítható: megfelelő vonal kódolással modem: bitkeverővel (scrambler)

bináris álvéletlen sorozat ebben 0,5 valószínűsége a 0-nak és az 1-nek mod 2 hozzáadás az adó és vevő oldalon is

17

Illesztett lezárás Fémvezetékpár egy differenciálisan kicsi, δ hosszú

darabjának modellje:

R: ohmikus ellenállás [ohm/km] L: induktivitás [H/km] G: ohmos átvezetés [siemens/km] C: kapacitás [fahrad/km].

Egyik irányban végtelen szakasz: elemi szakaszon mért impedanciák összege véges lesz hullámimpedancia, Z0

18

Illesztett lezárás Véges esetben a végén visszaverődés lesz egyik felén végtelen esetben természetesen nem a véges szakaszt olyan impedanciával kell lezárni, hogy „úgy

tűnjön”, mintha végtelen vezeték lenne

CL

Z 0

CωjG

LωjRZ0

(valós!)

19

0.2 A tárgy felépítése 0. Bevezetés 1. Távközlő hálózati architektúrák 2. Kapcsolástechnika 3. Jelzésrendszerek

Előfizető és központ közötti, központok közötti, VoIP 4. Távközlési protokollok 5. Gerinchálózati technikák

PDH, ATM, MPLS, SDH, stb. 6. IP szélessávú hozzáférési technikák

Analóg vonali modem, ADSL, xDSL, kábel-TV, stb. 7. Beszédátvitel IP felett 8. Mobil távközlő rendszerek

GSM, UMTS, műholdas rendszerek, mobil számítógép hálózatok 9. Jelátviteli és forgalmi követelmények 10. Szemelvények a fizikai rétegből 11. Az információközlő hálózatok felépítésének elvei

Csopaki Gy.(6 ea.)

Cinkler T.(4 ea.)

Németh K.(12 ea.)

Németh K.(5 ea.)

20

Modellek, modellezés...

21

Az információközlő hálózatok topológiai modellezése Topológiai modellezés Különböző szinteken

3 alsó OSI szinten: fizikai: fizikai hálózat adatkapcsolati: adatkapcsolati hálózat hálózati: forgalmi hálózat

Mindig az ott megjelenő eszközöket Mindig azt használjuk, amelyik a legcélszerűbb Megj.: TH-ban nincs OSI, de lehet hasonlót definiálni Csak homogén (azonos technológiájú) hálózatra!

22

Fizikai hálózat Vezetékes hálózat(rész):

merre mennek a vezetékek, mik kapcsolódnak hozzájuk

Vezetéknélküli hálózat(rész): adó/vevő térbeli helye minden más, ami az átvitelt befolyásolja

23

Fizikai hálózat Útszakasz

irányított közeg egy adótól egy vevőig

osztott közeg: egy adótól sok vevőig

Csomópont minden ami a vezetékhez/adó-vevőhöz csatlakozik pl. csatlakozó, kábelrendező, jelerősítő, ill. magasabb rendű

eszközök: híd, útválasztó, nyaláboló, kapcsoló, végberendezés

Fontos a térbeli elhelyezkedés célszerű feltüntetni pl. kábelalagutakat, -aknákat bár ezek nem részei a fizikai hálózatnak

24

Adatkapcsolati hálózat TH esetén: szállító/transzport hálózat név is

használatos Csomópontok: 2. rétegbeli feldolgozást végző

elemek pl. SzgH: hidak, útválasztók, végberendezések pl. TH: nyalábolók, rendezők, kapcsolók,

végberendezések Csomópontok helye nem számít, csak az,

hogy mi mivel áll közvetlen kapcsolatban

25

Forgalmi hálózat OSI hálózati szint: forgalmi v. logikai hálózat Csomópontok:

csak 3. rétegbeli feldolgozást végző eszközök pl. útválasztó, kapcsoló

Útszakaszok: ezek közötti összeköttetések

26

Forgalmi hálózat Alsóbb rétegbeli „útszakasz” leképezése forgalmi hálózati „útszakaszra”:

B1A1irányított közeg

B1A1

A1

A3

B1

B3

B2A2osztott közeg

nyalábolás/bontás

A1

A3

B1

B3

B2A2

A C D EB

többszörös hozzáférésűosztott közeg

A

ED

B C

27

Példák a különböző hálózatmodellekre 1. példa: kis cég számítógép-hálózata

A fizikai hálózat:

IPC1 IPC2 IPC3

Iroda

MPC1 MPC2 MPC3

Műhely

kábelrendezőszekrény

HUB1 HUB2

Internet

útválasztó

vékonyEthernet

Sz1

Sz2ÚV

szerverszoba

szerverek

számítógépek számítógépek

sodortérpárasEthernet

sodortérpárasEthernet

: fali csatlakozó

28

Példák a különböző hálózatmodellekre

Az adatkapcsolati hálózat:

IPC1 IPC2 IPC3 MPC1 MPC2 MPC3

Internet

útválasztó szerverek

számítógépek számítógépek

sodortérpárasEthernet

sodortérpárasEthernetHUB1 HUB2

ÚVvékony

Ethernet

Sz1

Sz2

29

Példák a különböző hálózatmodellekre

A forgalmi hálózat:

Internet

útválasztó szerverek

számítógépek számítógépek

IPC3IPC1 MPC1 MPC2

MPC3

Sz1

Sz2ÚV

IPC2

30

Példák a különböző hálózatmodellekre 2. példa: (fiktív)

távbeszélő-hálózat részlet

A forgalmi hálózat: Debrecen

100 000 x…

…

132 Mbit/s

8 Mbit/s

2 Mbit/s

Szarvas

… 6000 x …

Szeged

100 000 x…

…

Kaba

… 1500 x …

8 Mbit/s

31

Példák a különböző hálózatmodellekre

Az adatkapcsolati hálózat:

nyaláboló/bontó

Kaba

Szeged Debrecen

Pernyéspuszta

100 000 x…

… 100 000 x…

…

Szarvas

… 6000 x …

… 1500 x …

2*140 Mbit/s 2*140 Mbit/s

2*34 Mbit/s

2*2 Mbit/s

32

*

nyaláboló/bontó

*

E

Erősítő

Kaba

Szeged Debrecen

Pernyéspuszta

*

*

*

* : kábelrendező : fali csatlakozó

: kapcsoló + nyaláboló/bontó

*100 000 x…

… 100 000 x…

…*

Szarvas

… 6000 x …

*

… 1500 x …

*

2*140 Mbit/s 2*140 Mbit/s

2*34 Mbit/s

2*2 Mbit/s

2*2 Mbit/s

Példák a különböző hálózatmodellekre

A fizikai hálózat:

33

Az információközlő hálózatok összekapcsolása Összekapcsolás előnyei:

sok kis hálózatból nagyot Internet eleve ilyen

különböző szolgáltatók ügyfelei kommunikálhatnak

inkrementális fejlesztés lehetséges pl. IPv4 IPv6, analóg digitális telefon

gazdasági előny, pl. VoIP stb., stb.

Ennek nézzük az elvi műszaki hátterét

34

Hordozó és távszolgáltató hálózatok (ism.) Hordozó hálózat (bearer network) :

Def: két vagy több pont közötti átlátszó – a hálózat által nem értelmezett, nem feldolgozott – adatátvitelt biztosít

nincs végberendezés nincs alkalmazás önmagában nem fordul elő a szolgáltatás neve: hordozó szolgáltatás pl. 64 kb/s átlátszó adatátvitel

Távszolgáltató hálózat (teleservice network) : létezik végberendezés létezik alkalmazás az átvitt információ ennek megfelelő, a hálózat a jelet

módosíthatja, amíg az alkalmazásnak ez megfelelő a szolgáltatás neve: távszolgáltatás pl. távbeszélő szolgáltatás

35

Hálózatok és összekapcsolásuk SzgH és TH is lehet hordozó, távszolgáltató

is

Két féle összekapcsolás lehetséges: egyenrangú hierarchikus

36

Hálózatok egyenrangú összekapcsolása Egyenrangú együttműködés 2 távszolgáltató vagy 2 hordozó hálózat között

V1 V2FTH1

H1, H2: hálózatokV1, V2: végberendezések

H1 H2

E FTH2 FTH1

FTH1, FTH2: forgalmi törzshálózatokE: együttműködtető egység

H1 H2

E FTH2

(a) (b)

E: SzgH: átjárónak (gateway) is nevezik FTH: kb. hálózat - (végberendezés + együttműködtető egység) Egyszerűbb jelölés: H1 H2

37

Hálózatok egyenrangú összekapcsolása Legfőbb okok: technológiai vagy igazgatási eltérés Technológiai eltérés, pl.:

(egy tulajdonban lévő) vezetékes és mozgó távbeszélő hálózat

Igazgatási eltérés, pl.: két telefontársaság céges Intranet és Internet. Ekkor átjáró pl. a tűzfal

Persze lehet a két eltéréstípus együtt is, pl: külön tulajdonban lévő vezetékes és mozgó távbeszélő

hálózat

38

Hálózatok hierarchikus összekapcsolása Hierarchikus együttműködés Egy távszolgáltató és egy hordozó vagy 2 hordozó hálózat között

Mindkét oldalon FTH1! Felső ráépített, alsó alaphálózat Egyszerűbb jelölés:

V1 V1FTH1

FTH2

E E

H1

H2

FTH1 FTH1

E E

H1

H2

FTH1

FTH2

H1, H2: hálózatokV1: végberendezés

FTH1, FTH2: forgalmi törzshálózatokE: együttműködtető egység

(a) (b)

H1

H2

39

Hálózatok hierarchikus összekapcsolása Ok: technológiai eltérés (Igazgatási eltérés is lehetséges, ezen felül) példák:

PDH SDH felett SDH: nagy adatsebesség, jól menedzselhető PDH: 64 kb/s közvetlenül felhasználható

IPv6 IPv4 felett IPv6 szigetek összekötése IPv4-gyel „alagutazás/tunneling”

sok variáció lehetséges, pl.:

PDH

SDH

IPv6

IPv4

IPv6

IPv4

ATM

SDH

40

Összekapcsolások kombinálása A különböző típusú összekapcsolások

kombinálhatóak. Pl.: IP hálózat adatainak átvitele egy SDH rendszer

felett, amely két szolgáltatóhoz tartozik:

azaz:

V1 V1

SDH1

E E

SDH2E

IPIP

IP

SDH1 SDH2

41

Technológiai modellezés A hierarchikus összekapcsolás tulajdonképpen

felfogható rétegmodellnek: minden réteg csak a szomszédaival kommunikál persze egy technológiai réteg több OSI réteget

tartalmazhat, ezekről majd később Pl.: IPv6

IPv4

ATM

SDH

42

Köszönöm az egész félévi figyelmet!A vizsgákhoz pedig: