0046 Szamitogep-halozatok Oktatasi Segedlet

Created by XMLmind XSL-FO Converter.

Szmtgp-hlzatok oktatsi segdlet

Almsi, Bla


Szmtgp-hlzatok oktatsi segdlet Almsi, Bla

Publication date 2011.

Elsz

A Szmtgp-hlzatok oktatsi segdanyag clja, hogy egy jl hasznlhat vzlatot adjon a hlzatok (elssorban IP alap kommunikcis hlzatok) mkdsnek vizsglathoz. A hlzatok tmakr igen nagy mennyisg anyagot lel fel. A segdlet ebben az risi ismeretanyagban egy egyetemi szemeszterre (kb. 30 ra elads + gyakorlat kvetsre) tervezve, elssorban a fizikai, adatkapcsolati s hlzati rteg kommunikcis technolgiira fkuszl. Igyekeztnk jl felptett, tiszta fogalomrendszerrel s (amennyire lehet magyar nyelv) terminolgival dolgozni. Az angol nyelv szakkifejezsek (elssorban az elterjedt hasznlatuk s szakmai krkben elfogadott egyrtelmbb jelentsk miatt) minden lnyeges helyen emltsre kerlnek. Az elektronikus megjelensi forma lehetsgeit kihasznlva szmos kp s interaktv animci segti az anyag elsajttst.

A tananyag a TMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0046 szm Kelet-magyarorszgi Informatika Tananyag Trhz projekt keretben kszlt. A tananyagfejleszts az Eurpai Uni tmogatsval s az Eurpai Szocilis Alap trsfinanszrozsval valsult meg.


Nemzeti Fejlesztsi gynksg http://ujszechenyiterv.gov.hu/ 06 40 638-638

iv Created by XMLmind XSL-FO Converter.

Tartalom

I. Alapfogalmak .................................................................................................................................. 1 1. Szmtgp-hlzatok alapfogalmai ..................................................................................... 2

1. Szmtgp-hlzat ..................................................................................................... 2 2. Szmtgp-hlzatok osztlyozsa mretk szerint ................................................... 2 3. Szmtgp-hlzati csompont .................................................................................. 2 4. Adattviteli kzeg, csatorna, tkzs .......................................................................... 2 5. Jel, kdols, modulci, multiplexels ........................................................................ 3 6. Adattviteli sebessg ................................................................................................... 3 7. Modulcisebessg ...................................................................................................... 3 8. Informcitviteli kapcsolattpusok ............................................................................. 3 9. Informcitvitel irnytottsga ................................................................................... 3 10. Kapcsolsi mdok ...................................................................................................... 4 11. Cmzsi alapfogalmak ............................................................................................... 4 12. Szmtgp-hlzati protokoll ................................................................................... 4

2. Rtegelt hlzati architektra ................................................................................................ 5 1. Rtegek (szintek), protokollok, interfszek ................................................................. 5 2. Rtegelt hlzati architektra - fogalmak .................................................................... 5 3. Hlzati kommunikci vzlata .................................................................................. 5 4. Hlzati kommunikci - fogalmak ............................................................................ 6 5. OSI referenciamodell ................................................................................................... 6 6. Az OSI modell rtegei ................................................................................................. 7 7. TCP/IP - OSI modell lekpezse ................................................................................. 7 8. Hibrid referenciamodell ............................................................................................... 7 9. Hlzati kapcsolelemek ............................................................................................. 8

II. Fizikai rteg ................................................................................................................................. 10 3. Fizikai rteg ......................................................................................................................... 11

1. Korltozott svszlessg ............................................................................................ 11 2. Vonali zaj (noise) ....................................................................................................... 11 3. Csillapts .................................................................................................................. 11

4. tviteli kzegek, mdiumok ............................................................................................... 12 1. Vezetkes mdiumok csillaptsa .............................................................................. 12 2. Csavart rpr .............................................................................................................. 12

2.1. Fizikai jellemzk ........................................................................................... 12 2.2. tviteli jellemzk .......................................................................................... 12

3. Koaxilis kbel .......................................................................................................... 13 3.1. Fizikai jellemzk ........................................................................................... 13 3.2. tviteli jellemzk .......................................................................................... 13

4. Optikai szl ................................................................................................................ 13 4.1. Fizikai jellemzk ........................................................................................... 13 4.2. Elnyk ......................................................................................................... 14 4.3. Alkalmazsai ................................................................................................. 14 4.4. tviteli jellemzk .......................................................................................... 14 4.5. Tpusok ......................................................................................................... 14

5. Rdifrekvencis (vezetk nlkli) adattvitel .......................................................... 15 5. Jelkdolsi technolgik ..................................................................................................... 17

1. Jelkdols .................................................................................................................. 17 2. NRZ jelkdols .......................................................................................................... 17 3. RZ jelkdols ............................................................................................................. 17 4. NRZI jelkdols ........................................................................................................ 17 5. Manchester (PE) jelkdols ....................................................................................... 18

6. Modulcis technolgik .................................................................................................... 19 1. Szinuszos vivj digitlis modulci ........................................................................ 19

1.1. Amplitd billentyzs (Amplitude Shift Keying, ASK) ............................ 19 1.2. Frekvencia billentyzs (Frequency Shift Keying, FSK) ............................. 19 1.3. Fzis billentyzs (Phase Shift Keying, PSK) ............................................. 20

7. Topolgik .......................................................................................................................... 21


v Created by XMLmind XSL-FO Converter.

1. Csillag (kiterjesztett csillag) ...................................................................................... 21 2. Gyr ......................................................................................................................... 21 3. Busz (sn) ................................................................................................................... 21 4. Fa ............................................................................................................................... 22

III. Adatkapcsolati rteg ................................................................................................................... 23 8. Adatkapcsolati rteg ltalnos jellemzi ............................................................................. 24

1. Szolgltatsok ............................................................................................................ 24 2. Keretezs ................................................................................................................... 24 3. IEEE LAN adatkapcsolati rteg szabvnyok ............................................................. 24

9. Kzeghozzfrsi alrteg (MAC) ........................................................................................ 25 1. MAC osztlyozs ....................................................................................................... 25 2. Frekvenciaosztsos multiplexels (FDM) ................................................................. 25 3. ALOHA ..................................................................................................................... 26 4. Rselt ALOHA .......................................................................................................... 26

10. Ethernet (CSMA/CD) ........................................................................................................ 27 1. Ethernet (802.3) keretformtum ................................................................................ 27 2. Ethernet ...................................................................................................................... 27 3. Ethernet kerettovbbts (CSMA/CD) ....................................................................... 27 4. Ethernet keret fogadsa ............................................................................................. 28 5. Fast Ethernet (802.3u) ............................................................................................... 29 6. 4B/5B bitkdols ....................................................................................................... 29 7. Gigabit Ethernet (802.3ab, 802.3z) ............................................................................ 30 8. Ethernet kapcsols, szegmentls .............................................................................. 30 9. Kapcsolk (switchek) ................................................................................................ 30 10. Ethernet kapcsols folyamata (Ethernet switching) ................................................. 31

11. Vezrjeles kzeghozzfrs, Token ring ........................................................................... 32 1. Vezrjeles gyr, Token ring (ISO/IEEE 802.5) ....................................................... 32

12. Kdosztsos kzeghozzfrs (CDMA) ........................................................................... 33 1. Alaptletek ................................................................................................................ 33 2. Matematikai httr ..................................................................................................... 33

13. WAN adatkapcsolati rteg megoldsok ............................................................................ 35 1. SLIP ........................................................................................................................... 35 2. PPP ............................................................................................................................ 35 3. N-ISDN technolgia .................................................................................................. 36 4. Szlessv, tbbszolgltats hlzatok (B-ISDN) ................................................... 36 5. ATM (Asynchronous Transfer Mode) ....................................................................... 37

5.1. Az ATM protokoll architektrja .................................................................. 37 5.2. ATM .............................................................................................................. 38 5.3. Mkdsi vz ................................................................................................ 38 5.4. Az ATM cella felptse ............................................................................... 39 5.5. Az ATM kapcsols hatkonysgi vizsglata ................................................. 40

14. ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) ................................................................... 41 1. Alaptletek ................................................................................................................ 41

1.1. Az ADSL mkdsnek jellemzi/tletei ..................................................... 41 1.2. ADSL frekvenciatartomnyok ...................................................................... 41 1.3. Zavarforrsok az ADSL adattvitelben ......................................................... 41 1.4. Az ADSL rendszertechnikai felptse ......................................................... 42

IV. Hlzati rteg ............................................................................................................................. 44 15. Az IP technolgia hlzati rtege ...................................................................................... 45

1. Az IP hlzati protokoll ............................................................................................. 45 2. IP cmek ..................................................................................................................... 47

2.1. IP cmosztlyok ............................................................................................. 47 2.1.1. Els bjt szably ............................................................................... 48

2.2. Hlzati maszk .............................................................................................. 48 2.3. Specilis IP cmek ......................................................................................... 48

16. Internet Control Message Protocol .................................................................................... 50 1. Az ICMP protokoll .................................................................................................... 50 2. ICMP csomagszerkezet ............................................................................................. 50

17. IP forgalomirnytsi alapok ............................................................................................. 51 1. Forgalomirnytsi alapfogalmak .............................................................................. 51


vi Created by XMLmind XSL-FO Converter.

2. Hlzati protokollok forgalomirnytsi felosztsa ................................................... 51 3. Forgalomirnytk (alapvet) mkdse ................................................................... 51 4. IP cm illeszts ........................................................................................................... 51

18. IP alhlzatok .................................................................................................................... 52 1. IP alhlzatok ............................................................................................................ 52 2. Forgalomirnyts alhlzatok kztt ........................................................................ 52

19. IPv4 problmk 1990 ..................................................................................................... 54 1. Az osztly alap IP cmkiosztsi rendszer problmi ................................................ 54 2. CIDR - Az IP cmosztly-problmk rvidtv megoldsi tlete ............................. 54

2.1. Kontinensek IP cmtartomnyai .................................................................... 54 3. CIDR cmkiosztsi plda ........................................................................................... 55

3.1. CIDR plda - routing ..................................................................................... 55 20. NAT Network Address Translation (kzptv megolds) ........................................... 57

1. NAT alapfogalmak .................................................................................................... 57 2. NAT mkdsi elv .................................................................................................. 57 3. A NAT erforrsignye ............................................................................................. 58

21. A ketts cmrendszer problmi ........................................................................................ 59 1. Hlzati cmbl fizikai cm meghatrozsa (ARP) .................................................... 59

1.1. ARP keret szerkezete .................................................................................... 59 2. Fizikai cmbl hlzati cm meghatrozsa (RARP) ................................................. 59

2.1. DHCP fejrsz szerkezete ............................................................................... 60 V. IP forgalomirnyts .................................................................................................................... 62

22. Forgalomirnytsi alapismeretek ..................................................................................... 64 1. Forgalomirnytsi alapfogalmak .............................................................................. 64 2. Az tvlaszts alapvet mkdse ............................................................................ 64 3. Forgalomirnytsi konfigurcik osztlyozsa ........................................................ 64

23. Tvolsgvektor alap forgalomirnyts (Distance Vector Routing) ................................ 66 1. Tvolsgvektor alap forgalomirnyts - matematikai httr .................................. 66 2. Tvolsgvektor alap forgalomirnyts - routing tbla problmk .......................... 67 3. Routing Information Protocol (RFC 1058) ................................................................ 68 4. Enhanced Interior Gateway Routing Protocol (EIGRP) ............................................ 68

24. Kapcsolat-llapot (link-llapot) alap forgalomirnyts (Link State Routing) ................ 70 1. A legrvidebb t szmtsa (Dijkstra algoritmus) .................................................... 70 2. Open Shortest Path First (RFC 1131) ........................................................................ 74

2.1. OSPF Specialitsok (hatkonysgnvel tletek) ......................................... 74 VI. Szlltsi rteg ............................................................................................................................ 76

25. UDP (User Datagram Protocol) ........................................................................................ 77 26. TCP (Transmission Control Protocol) ............................................................................... 78

1. TCP fejrsz ................................................................................................................ 78 2. Portszmok ................................................................................................................ 78 3. TCP hromutas kzfogs ........................................................................................... 79

VII. Alkalmazsi rteg ...................................................................................................................... 80 27. DNS - Tartomnynv-kezel rendszer .............................................................................. 81

1. Nevek hasznlata - kezdeti megoldsok .................................................................... 81 2. DNS tervezsi szempontok ........................................................................................ 81 3. DNS alkalmazsi felttelezsek ................................................................................. 81 4. DNS komponensek .................................................................................................... 82

4.1. Tartomnynevek tere ..................................................................................... 82 4.1.1. Abszolt tartomnynevek ................................................................. 82 4.1.2. Tartomnynv-tr plda .................................................................... 82

4.2. Erforrs rekordok ........................................................................................ 83 4.2.1. Erforrs rekordok szerkezete .......................................................... 83

4.3. A tartomnynv-tr partcionlsa ................................................................ 84 4.4. Nvszerverek ................................................................................................. 84

4.4.1. DNS krdsek ................................................................................... 85 4.4.2. Rekurzv s nem rekurzv mdszer ................................................... 85

4.5. Cmfelold (resolver) programok .................................................................. 86 4.5.1. Cmfeloldsi eredmnyek ................................................................. 86

Irodalomjegyzk ............................................................................................................................... 87


I. rsz - Alapfogalmak Ebben a fejezetben egy rvid ttekintst adunk a szmtgp-hlzatok terlethez kapcsold legfontosabb fogalmakrl. Az itt szerepl rvid defincikban csak a legfontosabb jellemzk kerlnek emltsre.

2 Created by XMLmind XSL-FO Converter.

1. fejezet - Szmtgp-hlzatok alapfogalmai

1. Szmtgp-hlzat

Szmtgp-hlzat: Szmtgprendszerek valamilyen informcitvitellel megvalsthat cl rdekben trtn (hardveres s szoftveres) sszekapcsolsa.

Clok:

Erforrs-megoszts

Megbzhatsg nvelse

Sebessgnvels

Emberi kommunikci

A szmtgp-hlzat tipikusan szmtgpekbl s perifris elemekbl (pl. hlzati nyomtat), hlzati kapcsolelemekbl, a fizikai sszekttetst megvalst eszkzkbl (kbelekbl) s a klnbz hlzati alkalmazsokat megvalst programokbl (szoftverekbl) pl fel.

2. Szmtgp-hlzatok osztlyozsa mretk szerint

Kiterjeds Megnevezs

< 1 m Multicomputer

1 km Helyi hlzat (LAN)

10 km Vrosi hlzat (MAN)

100 km < Nagy kiterjeds hlzat (WAN)

A LAN s a WAN nem csak mretben, hanem kommunikcis technolgiban is jelents eltrst mutat. A mretkategrik nem pontos, hanem inkbb nagysgrendi informcik.

3. Szmtgp-hlzati csompont

Csompont (node): nll kommunikcira kpes, sajt hlzati cmmel rendelkez eszkz (pl. szmtgp, nyomtat, forgalomirnyt).

Egy kommunikciban egy csompont mkdhet ad (forrs) illetve vev (nyel) funkcival.

4. Adattviteli kzeg, csatorna, tkzs

Adattviteli kzeg (mdia, vonal): Olyan eszkz, anyag, kzeg, melyen keresztl az informci (jel) tovbbtsa trtnik. (Pl. csavart pr, koax kbel, optikai kbel vagy leveg).

Adattviteli csatorna: Jelek tovbbtsra szolgl adatt (frekvenciasv). Gyakran egy adattviteli kzegen tbb csatornt (adatutat) ptenek ki.

tkzs: tkzsrl beszlnk, ha egy kzs adattviteli csatornn kt (vagy tbb) csompont egy idpillanatban tovbbt informcit.

Alapveten az "egy csatornn egy idpillanatban egy ad adhat" elv rvnyesl, s alapveten a tovbbiakban is erre ptnk, br megjegyezzk, hogy lteznek ettl eltr kommunikcis technolgiai tletek (ld. pl. CDMA).

Szmtgp-hlzatok alapfogalmai


tkzsi tartomny (collision domain, bandwidth domain): Az a hlzatrsz, ahol egy bizonyos elfordul tkzs rzkelhet, megjelenik.

Az tkzsi tartomnyban egy idpillanatban csak egy informcitvitel folyhat. (Logikailag egy tkzsi tartomny egy kzs csatornval rendelkez hlzatrszknt reprezentlhat.)

5. Jel, kdols, modulci, multiplexels

Jel: Helytl s idtl fgg, informcit hordoz fizikai mennyisg(ek). Informcihordoz a kommunikcis csatornn, lehet analg vagy digitlis.

Jelkdols: A (digitlis) informci lekpezse (digitlis) vivjelre (pl. feszltsgszintekre, feszltsgszint-vltsokra). (Mi csak digitlis kdolssal foglalkozunk, de termszetesen ltezik nem digitlis varins is).

Modulci: Az informcitviteli csatorna egy frekvenciasvknt jelenthet meg legegyszerbben (analg vivfrekvencia). A modulci a tovbbtand (digitlis) informcinak az analg vivjelre trtn lekpezse. Tipikusan az analg vivfrekvencia valamely paramternek (pl. amplitd, fzis, stb) jl meghatrozott elven trtn megvltoztatsval implementlhat. Inverz (vev oldali) folyamata a demodulci.

A modem a modulcit s a demodulcit vgz berendezs.

Multiplexels: Kt (vagy tbb) jl elklnthet (klnbz) kommunikcinak egy vonalon (vagy csatornn) val prhuzamosan trtn mkdtetse (vgrehajtsa).

6. Adattviteli sebessg

Adattviteli sebessg (hlzati sebessg, svszlessg, bitrta, bandwidth): Idegysg alatt tvitt informci mennyisge. Mrtkegysge a bit/msodperc, b/s, bps. Az adattviteli sebessget tipikusan a csatorna kapacitsnak mrsre, jelzsre hasznljk.

Nagyobb egysgek:

1 kbps 1000 bps

1 Mbps 1000 kbps

1 Gbps 1000 Mbps

7. Modulcisebessg

Modulcisebessg (jelvlts sebessg): Idegysg alatt bekvetkez jelvltsok (a csatornn rvnyes szimblumok kztti tmenetek) szma. Mrtkegysge a jelvlts/msodperc.

A modulcisebessg s az adattviteli sebessg (termszetesen) klnbz mennyisgek mrsre szolgl, de egy konkrt, jl meghatrozott krnyezetben a kt mennyisg kztt tipikusan szoros sszefggs ll fenn.

8. Informcitviteli kapcsolattpusok

Pont-pont kapcsolat (Point-To-Point): Ha az informcikzls csak kt pont (egy ad s egy vev) kztt zajlik, akkor pont-pont kapcsolatrl beszlnk.

Tbbpontos kapcsolat, zenetszrs (broadcast): Tbbpontos kapcsolatrl (pl.) akkor beszlnk, ha egy ad egyszerre tbb vevt lt el informcival. Az zenetszrs olyan tbbpontos kapcsolat, ahol az adtl egy bizonyos hatsugron bell minden vev megkapja az informcit (pl. rdis msorszrs).

9. Informcitvitel irnytottsga

Egyirny (szimplex) sszekttets: Ha kt kommunikcis pont kztt az informcikzls csak egy irnyban lehetsges, akkor egyirny (szimplex) sszekttetsrl beszlnk (pl. rdis msorszrs).

Szmtgp-hlzatok alapfogalmai


Vltakoz irny (half-duplex) sszekttets: Az informcitvitel mindkt irnyban lehetsges, de egy idpillanatban csak az egyik irnyban (pl. CB rdi).

Ktirny (full-duplex) sszekttets: Az informcitvitel egy idpillanatban mindkt irnyban lehetsges (pl. telefon). (Logikailag kt, egymstl fggetlenl mkd szimplex sszekttetsnek foghat fel).

10. Kapcsolsi mdok

Vonalkapcsolt (ramkrkapcsolt, circuit switched) technolgia: Az informcitvitel eltt dediklt kapcsolat (kommunikcis ramkr) pl ki a kt vgpont kztt, s ez folyamatosan fennll, amg a kommunikci tart. (Pl. klasszikus vonalas telefon.)

zenetkapcsolt (store and forward) technolgia: Nem pl ki ramkr, hanem a teljes zenet kapcsolkzpontrl kapcsolkzpontra halad, mindig csak egy sszekttetst terhelve. (Pl. telex.)

Csomagkapcsolt (packet switched) technolgia: Az informcit (korltozott maximlis mret) rszekre (csomagokra) daraboljk, s a csomagokat (mint nll egysgeket) zenetkapcsolt elven tovbbtjk. (A szmtgp-hlzatoknl a jl tervezhet pufferelsi tulajdonsga miatt elszeretettel alkalmazzk).

11. Cmzsi alapfogalmak

A szmtgp-hlzatokban trtn sikeres informcikzbests rdekben szksg van a csompontok (gpek) egyrtelm azonostsra (mint pl. a postai kzbestrendszerben is). Az zenetekben tipikusan kt azonost jelenik meg: a felad csompont, s a cl azonostja. A cl azonostja (cme) nem felttlenl egyetlen csompont azonostsra szolgl, ezen az alapon tbbfle kategrit is megklnbztethetnk:

Egyedi cm (Unicast address): Egy csompont egy hlzati csatlakozjra (interfszre) vonatkoz azonost. Az zenetekben szerepl felad cm tipikusan egyedi (unicast) cm. ltalban egy hlzati interfsz egy egyedi cmet kap azonostsi clbl, de termszetesen ez nem ktelez megszorts.

Brki cm (Anycast address): Interfszek egy halmazt (tipikusan klnbz csompontokon tallhat interfszek halmazt) azonost cm. Ha egy csomagot egy brki cmre kldnk, akkor a halmazbl egy interfszre (clszeren a legkzelebbire) kell eljuttatni.

Tbbes cm (Multicast address): Interfszek egy halmazt vagy csoportjt (tipikusan klnbz csompontokon tallhat interfszek csoportjt) azonost cm. Ha egy csomagot egy tbbes cmre kldnk, akkor a csoport minden elemre el kell juttatnunk.

zenetszrsi ("mindenki") cm (Broadcast address): Egy jl meghatrozott hlzatrszen (n. zenetszrsi tartomnyon broadcast domain) bell elhelyezked valamennyi csompontot (ill. csompontok interfszt) azonost cm. Logikailag specilis multicast cmnek is felfoghat (a csoport az zenetszrsi tartomny valamennyi interfszt magba foglalja).

zenetszrsi tartomny (broadcast domain): Az a hlzatrsz, ahol az zenetszrs clcmmel feladott informci (csomag) megjelenik, rzkelhet.

12. Szmtgp-hlzati protokoll

Protokoll: Szablyok s konvencik sszessgnek egy formlis lersa, mellyel meghatrozzk a hlzati eszkzk (csompontok) kommunikcijt (kommunikcis szablyok halmaza).

A protokollok pontos lersra ltalban specilis eszkzket alkalmaznak (pl. kiterjesztett vges automatk, SDL (Specification and Description Language), magasszint nyelvek).


2. fejezet - Rtegelt hlzati architektra Egy protokoll lersa, pontos specifikcija ltalban nagyon nehz, risi feladatot jelent. Egy hierarchikus rendben felptett protokoll-rendszer knnyebben kezelhet, ttekinthetbb. Egy ilyen rendszerben a vltozsok is knnyebben kvethetk, s a hierarchia klnbz szintjeit klnbz gyrtk is implementlhatjk (anlkl, hogy ez egyttmkdsi problmkat okozna).

1. Rtegek (szintek), protokollok, interfszek

2. Rtegelt hlzati architektra - fogalmak

N. rteg protokoll: Az N. rteg (szint) specifikcijt ler protokoll.

Trsak (peers): A kt kommunikcis vgpont (csompont) azonos szintjn elhelyezked entitsok. Logikailag a trsak kommuniklnak egymssal a megfelel rteg protokolljt hasznlva.

N/N+1 szint interfsz: Az N. s N+1. rteg kapcsoldsi fellete, hatrfellete. Az interfszen keresztl a kommunikci trgyt kpez adatok mellett klnbz vezrl informcik is tovbbthatk.

N. rteg szolgltatsa: Azon mvelethalmaz (szolgltats), melyet az N. rteg nyjt az N+1. rteg szmra (az interfszen keresztl).

3. Hlzati kommunikci vzlata

Rtegelt hlzati architektra


A legfels rtegben jelenik meg a kommunikci trgyt kpez zenet (M). Logikailag a legfelsbb rtegbeli (a pldban az 5. rtegbeli) entits az zenetet a trs (peer) legfelsbb rtegbeli entitsnak kldi, az adott rteg mkdst ler protokoll alapjn. Valjban az ad (forrs) oldalon egy adott rtegbeli entits az alatta elhelyezked rtegnek adja tovbb az zenetet (az 5. rteg a 4. rteg ltal nyjtott szolgltatsokra ptve ltja el a feladatt). Az alsbb rteg (4. rteg) a sajt funkcionalitsainak az elltshoz tovbbi informcikat trsthat a felsbb rtegtl kapott informcis egysg el ("H" fejrsz, "header" informci), vagy esetleg az utn ("T" vgrsz, "tailor" informci; pl. ellenrz sszeg). Az egyes rtegekben megadott mretkorltok miatt elfordulhat, hogy a felsbb rtegben egy egysgknt megjelen informcit darabolni kell (ld. a plda 3. rtegben). A darabols (fregmetls) utn ltrejtt informcis egysgek kln-kln entitsknt haladnak a cl fel, s a clhelyen a megfelel rteg (jelen pldban a 3. rteg) a darabokat sszeilesztve adja tovbb a felsbb rteg szmra az eredeti (nagymret) informcit.

4. Hlzati kommunikci - fogalmak

Begyazs (enkapszulci): A felsbb szintrl rkez, s az adott rteg ltal mr nem mdosthat informci (n. Service Data Unit, SDU) egy bizonyos (alsbb rtegbeli) protokoll fejlcvel trtn kiegsztse, becsomagolsa (mint pl. levl kldsekor a bortkba helyezs s a bortk cmzse).

Protokoll adategysg (PDU, Protocol Data Unit, csomag): Az adott rteg protokollja ltal kezelt (fejlcbl s adatbl ll) egysg. A PDU adatrszben tipikusan a felsbb rteg SDU-ja tallhat. (A PDU gyakran hasznlt msik megnevezse a csomag.)

5. OSI referenciamodell

A nemzetkzi szabvnygyi hivatal (ISO) ltal elfogadott ht rteg (n. nylt rendszerek sszekapcsolsi, OSI) modellje.

Sorszm Rteg neve PDU neve

7. Applikcis rteg (Application layer)

APDU

6. Megjelentsi rteg (Presentation layer)

PPDU

5. Viszony rteg (Session layer) SPDU

4. Szlltsi rteg (Transport layer) Szegmens, TPDU

3. Hlzati rteg (Network layer) Csomag

2. Adatkapcsolati rteg (Datalink layer)

Keret, cella



Sorszm Rteg neve PDU neve

1. Fizikai rteg (Physical layer) Bit

6. Az OSI modell rtegei

1. Fizikai rteg: Elektromos s mechanikai jellemzk procedurlis s funkcionlis specifikcija kt (kzvetlen fizikai sszekttets) eszkz kztti jeltovbbts cljbl.

2. Adatkapcsolati rteg: Megbzhat adattvitelt biztost egy fizikai sszekttetsen keresztl. Ezen rteg problmakrhez tartozik a fizikai cmzs, hlzati topolgia, kzeghozzfrs, fizikai tvitel hibajelzse s a keretek sorrendhelyes kzbestse. Az IEEE kt alrtegre (MAC, LLC) bontotta az adatkapcsolati rteget.

3. Hlzati rteg: sszekttetst s tvonalvlasztst biztost kt hlzati csompont kztt. Ehhez a rteghez tartozik a hlzati cmzs s az tvonalvlaszts (routing).

4. Szlltsi rteg: Megbzhat hlzati sszekttetst ltest kt csompont kztt. Feladatkrbe tartozik pl. a virtulis ramkrk kezelse, tviteli hibk felismerse/javtsa s az ramlsszablyozs.

5. Viszony rteg: Ez a rteg pti ki, kezeli s fejezi be az applikcik kztti dialgusokat (session, dialgus kontroll).

6. Megjelentsi (prezentcis) rteg: Feladata a klnbz csompontokon hasznlt klnbz adatstruktrkbl ered informci-rtelmezsi problmk feloldsa.

7. Applikcis (alkalmazsi) rteg: Az applikcik (fjltvitel, e-mail stb.) mkdshez nlklzhetetlen szolgltatsokat biztostja.

7. TCP/IP - OSI modell lekpezse

A htkznapi letben leginkbb elterjedt hlzati technolgia a TCP/IP protokollrendszerre pl hlzat (internet). A TCP/IP architektra (korntsem egysges) modellszemllete eltr az OSI modell szemlletmdjtl:

8. Hibrid referenciamodell

A. S. Tanenbaum (tbb kiadsban is megjelent) Szmtgp-hlzatok c. mvben javasolta, hogy a hlzati kommunikci tanulmnyozsra egy n. "hibrid modellt" hasznljunk: A hibrid modell als kt rtegben (az OSI modellt kvetve) a fizikai s adatkapcsolati rteg jelenik meg, a felsbb rtegeket pedig (a TCP/IP modellt kvetve) a hlzati, szlltsi (transzport), s az applikcis rtegek kpviselik.



A tovbbiakban a hibrid modell szemlletmdjt kvetve vizsgljuk a hlzatokat.

9. Hlzati kapcsolelemek

Az egyes hlzatrszek sszekapcsolsra szolgl eszkzk - a kapcsolelem mkdsi funkcionalitsa alapjn - klnbz OSI rtegekbe sorolhatk.

Rteg Eszkz

Transzport rteg (s felette) tjr (gateway)

Hlzati rteg Forgalomirnyt, tvlaszt (router).

Adatkapcsolati rteg Hd, kapcsol (bridge, switch)

Fizikai rteg Jelismtl (repeater, HUB)

Jelismtl (repeater):

Az tviteli kzegen tovbbtott jeleket ismtli, ersti.

Az sszekapcsolt rszhlzatokat nem vlasztja el.

Tbbportos vltozatt szoks HUB-nak nevezni.

A HUB mkdse (interaktv animci)

Hd (bridge):

Az adatkapcsolati rtegben mkdve szelektv sszekapcsolst vgez (csak az megy t a hdon, aki a tloldalra tart).

Az sszekapcsolt rszhlzatok kln tkzsi tartomnyt alkotnak.

Az zenetszrst ltalban minden sszekapcsolt rszhlzat fel tovbbtja.



Kapcsol (switch):

Olyan tbbportos eszkz, melynek brmely kt portja kztt hd (bridge) funkcionalits mkdik.

A kapcsol mkdsi vzlata (interaktv animci)

Vezetk nlkli hozzfrsi pont, bzislloms (Access Point):

A vezetk nlkli hozzfrsi pont (AP) leggyakrabban specilis hd funkcionalitst megvalst eszkz: Olyan ktportos hd, melynek egyik portja vezetkes, msik portja pedig vezetk nlkli (RF) csatornhoz csatlakozik.

Forgalomirnyt (router):

A hlzati rtegben mkdve szelektv sszekapcsolst, tvonalvlasztst, forgalomirnytst vgez.

Az sszekapcsolt rszhlzatok kln tkzsi tartomnyt s kln zenetszrsi tartomnyt alkotnak.

Csompont, sajt hlzati cmmel rendelkezik.


II. rsz - Fizikai rteg A fizikai rteg feladata a bittvitel megvalstsa kt (csatornval kzvetlen mdon sszekttt) csompont kztt.


3. fejezet - Fizikai rteg

1. Korltozott svszlessg

Csatorna maximlis adattviteli sebessge

Nyquist (1924) s Shannon (1948) elmleti sszefggsei a csatorna maximlis adattviteli sebessgre.

Nyquist meghatrozta a maximlis adattviteli sebessget zajtalan csatornra:

Ha a csatorna V diszkrt rtk (jelszint) elklntsre kpes, akkor

ahol C a maximlis adattviteli sebessg, H az tviteli csatorna svszlessge.

2. Vonali zaj (noise)

Az tviteli kzeg krnyezetbl szrmaz zavarokat vonali zajnak nevezik. Az tvitt jelek csillaptsa miatt a zajszint sszemrhetv vlhat a jelszinttel, s a jelek helyes rzkelse lehetetlenn vlhat.

Az tviteli mdiumok jellemezhetk az tlagos jelteljestmny (Signal) s zajteljestmny (Noise) hnyadosval (jel-zaj viszony, ltalban dB skln mrve), jele: S/N

Shannon meghatrozta a maximlis adattviteli sebessget zajos csatornra:

ahol C a maximlis adattviteli sebessg, H az tviteli csatorna svszlessge, S az tlagos jelteljestmny, N az tlagos zajteljestmny.

3. Csillapts

A jel amplitdja cskken a jel haladsa sorn az tviteli kzegben. Az tviteli kzeg hosszt gy llaptjk meg, hogy a jel biztonsggal rtelmezhet legyen a vteli oldalon.

Ha nagyobb tvolsgot kell thidalni, akkor erstk (jelismtlk) beiktatsval kell a jelet visszalltani. A csillapts frekvenciafgg, ezrt az erstknek frekvenciafgg erstssel kell ezt kompenzlniuk.

A csillapts s az ersts mrtkt decibelben (dB) adjk meg:

ahol P1 s P2 az tviteli kzeg elejn s vgn mrt teljestmny (Watt).


4. fejezet - tviteli kzegek, mdiumok

1. Vezetkes mdiumok csillaptsa

2. Csavart rpr

2.1. Fizikai jellemzk

A csavart rpr (Twisted Pair) az egyik legolcsbb, legelterjedtebben hasznlt tviteli kzeg. Kt szigetelt rzvezetket szablyos minta szerint sszecsavarnak. Tbb csavart rprt (4) fognak ssze, s kls szigetelssel ltnak el. Az sszefogott rprokat kln-kln (STP) ill egyttesen rnykolhatjk (FTP), vagy (olcsbb megoldsknt) rnykols nlkl is hasznlhatjk (UTP). A csavars cskkenti az thallst az rprok kztt s (nmi) zajvdelmet biztost. A csavars srsge klnbzhet az egyes rprokban, hogy cskkenjen az thalls. A huzal tmrje ~0,4 / ~0,8 mm (AWG 26 - 22).

2.2. tviteli jellemzk

A csavart rpr csillaptsa ersen fgg a frekvencitl. rzkeny az interferencira s a zajra. Pldul a prhuzamosan fut AC hlzatbl knnyen flveszi az 50Hz energit.

Az adattviteli kbelspecifikcik klnbz kategrikat (osztlyokat) klntenek el, melyek elssorban a LAN technolgiknl hasznlatos hosszsg (100m) esetn elrhet maximlis frekvenciban klnbznek:

Kategria (USA) Osztly (EU) Frekvencia Sebessg

Category 3 Class C 16 MHz 10 Mbps

tviteli kzegek, mdiumok


Kategria (USA) Osztly (EU) Frekvencia Sebessg

Category 5/5e Class D 125 MHz 100 Mbps / 1000 Mbps 4 rpron

Category 6 Class E 250 MHz 1000 Mbps 2 rpron

Category 6A Class EA 500 MHz 10.000 Mbps

Category 7 Class F 600 MHz 10.000 Mbps

3. Koaxilis kbel


A kbel tmrje: 5 - 25 mm. A koncentrikus felpts miatt kevsb rzkeny a zavarokra s az thallsra, mint a csavart rpr. Nagyobb tvolsgra hasznlhat s tbbpontos alkalmazsban tbb llomst is kpes tmogatni (egy kzs vonalon).


Analg tvitel esetn nhny km-enknt szksges ersts. Mintegy 600 MHz-ig hasznlhat. Digitlis tvitel esetn km-enknt szksges jelismtl hasznlata.

A mai (struktrlt kbelezsi technolgira pl) LAN krnyezetekben mr nem hasznljk j pts passzv hlzatokhoz.

4. Optikai szl




Tipikusan 8,3m, 50m vagy 62,5m magtmrj, hajlkony optikai szl, ami fnysugr tovbbtsra kpes. Optikai szlat vegbl s manyagbl is ksztenek. A kpeny (vagy ms nven hj), mely tipikusan125m tmrj szintn veg vagy manyag, ms optikai tulajdonsgokkal rendelkezik mint a mag. A kls burkolat (vdburkolat, 250m tmr) a szennyezds, kops s egyb kls hatsok ellen nyjt vdelmet. Egy optikai szekttets tipikusan 2 db optikai szlra pl (kln szl az egyik ill. msik irny tvitelre). Az optikai kbelben tbb optikai szl fut, valamint merevtsre s tovbbi mechanikai vdelemre szolgl elemek is helyet kapnak.

4.2. Elnyk

Nagy adattviteli sebessg rhet el (Tbb Gbps tbb 10 km-en).

Kisebb mret s sly

A csillapts kisebb, s szles frekvenciatartomnyban lland.

Elektromgneses izolltsg. Kls elektromgneses hatsokra nem rzkeny, nincs thalls. Nem sugroz energit, ezrt nem hallgathat le. Nehz az vegszlat megcsapolni.

Nagyobb ismtlsi tvolsg. Kevesebb ismtl kevesebb hibalehetsggel s alacsonyabb kltsggel jr. A technolgia egyre fejldik: pl. 3,5 Gbps adattviteli sebessg 318 km tvolsgra ismtls nlkl (AT&T, 1990-es vek!!!).

4.3. Alkalmazsai

Nagyvrosi, nagytvolsg fvonalak (trunk)

pletek ill. pletszintek kztti sszekttetsek (LAN).

Elfizeti hurkok


800 - 1500 nm (infravrs) hullmhossz tartomnyban mkdik.

Fnyforrs lehet: LED vagy lzer.

4.5. Tpusok

Tbbmdus szl (MultiMode): A fnyforrsbl klnbz szgben kilp fnysugarak klnbz szgben verdnek vissza a kt optikai kzeg hatrrl, ezrt klnbz utat tesznek meg klnbz id alatt. Ezrt a fnyimpulzusok torzulnak. Emiatt az adattviteli sebessg cskken. Jellemzk: 50/125m ill. 62.5/125m tmr; 850nm, 1310nm hullmhossz.



Egymdus szl (SingleMode): A mag tmrjt cskkentve a hullmhossz nagysgrendjre csak a tengelyirny fnysugr jut t. A fnyimpulzusok nem torzulnak, nagyobb adattviteli sebessg rhet el. Jellemzk: 9/125m tmr; 1310nm, 1550nm hullmhossz.

Tbbmdus, emelked trsmutatj szl (MultiMode Graded): A mag anyagnak trsmutatja a tengelytl tvolodva nvekszik. Ez mintegy fkuszlja a fnyt. E tpus tulajdonsgai az elz kett kz tehetk.

5. Rdifrekvencis (vezetk nlkli) adattvitel

A vezetk nlkli tvitel sorn a kzeghozzfrs s az tvitel biztonsga tekintetben teljesen egyedi (a kbel alap szzekttetsekhez kpest teljesen ms) megoldsi mechanizmusok mkdnek. Ezen alapoz segdletben nem foglalkozunk ezekkel a specilis kzeghozzfrsi s biztonsgi megoldsokkal

Mret (tvolsg) alapjn alapveten kt kategrit kell elklntennk:

Kistvolsg tvitel (WLAN, Wi-Fi). Egy intzmnyi LAN-hlzat vezetk nlkli kiterjesztse. Szabadon hasznlhat frekvencik (2.4 GHz, 5 GHz). A magas frekvencia miatt fnyszer terjeds. (2.4 GHz a vz rezonancia-frekvencia kzelben!) Clja: Mobilits biztostsa az intzmnyi adatkommunikcis hlzaton.

Nagytvolsg sszekttets biztostsa (GPRS, EDGE, UMTS). Globlis hlzati hozzfrst biztost. A mobiltelefonos technolgia kiterjesztse adattviteli clokra. Frekvencia-hasznlati (tviteli) djfizets.

WLAN technolgik

Infrastruktra zemmd: A mobil eszkzk az intzmnyi (vezetkes) hlzathoz kapcsoldnak egy rdis bzisllomson keresztl (Access Point, AP). A mobil eszkzk egymssal kzvetlen rdis kommunikcit nem folytatnak.

Ad-hoc zemmd: A mobil eszkzk kzvetlenl egymshoz kapcsoldnak a rdis interfszkn keresztl. Sok gp esetn nem hatkony.

WLAN logikai architektrk



BSS (Basic Service Set): Egy rdis interfsz (bzislloms, AP) hatsugarban mkd hlzati krnyezet. A hlzati krnyezet azonostsra egy szveges azonostt (SSID) hasznlnak.

IBSS (Independent BSS): Tbb, egymstl fggetlenl mkd BSS. Tipikusan Ad-hoc hlzatoknl elterjedt a hasznlata.

DS (Distributed Systam): Tbb BSS sszektse (rdis vagy vezetkes infrastruktrn keresztl).

ESS (Extended Service Set): Tbb BSS olyan specilis sszekttetssel, mely biztostani tudja a BSS-ek kztti tjrs lehetsgt a hlzati kapcsolat megszakads nlkl (Roaming).


5. fejezet - Jelkdolsi technolgik

1. Jelkdols

Jelkdols: A fizikai rtegben megjelen bitsorozatot az alkalmazott (digitlis) csatorna jelkszletre, jelzsrendszerre (feszltsgszintekre, feszltsgszint-vltsokra) kpezzk le.

Bipolris kdols: A csatornn kt jelet (feszltsgszintet) klnthetnk el, s az egyszersg kedvrt a (+1) s a (-1) szimblumokkal jelljk ket.

2. NRZ jelkdols

A (+1) feszltsgszintet tartjuk az 1 bit rtk tviteli idejben, s a (-1) feszltsgszintet pedig a 0 bit rtk tviteli idejben. Knnyen implementlhat, de nem biztost szinkronizcit tbb azonos bit rtk tvitele sorn.

Plda:

3. RZ jelkdols

A (+1) feszltsgszintet tartjuk az 1 bit rtk tviteli idejnek els felben s (-1)-et a msodik felben. A 0 bit rtk esetn a teljes bit idtartamban (-1) feszltsgszintet tartunk.

Jelvlts sebessg duplikci s szinkronizlatlan 0 bitsorozat tvitel jellemzi.

Plda:

4. NRZI jelkdols

Az 1 bit rtk tviteli idejben a megelz idtartamban alkalmazott feszltsgszint ellentettjt alkalmazzuk, a 0 bit rtk tviteli idejben pedig tovbb tartjuk a megelz bit idtartamban alkalmazott feszltsgszintet.

Sok 0 bit tvitele sorn nem biztost szinkronizcit.

Plda:

Jelkdolsi technolgik


5. Manchester (PE) jelkdols

Az 1 bit rtket az tviteli idejnek kzepn bekvetkez (+1) (-1) feszltsgszint-vlts reprezentlja. A 0 bit rtket pedig az tviteli idejnek kzepn bekvetkez (-1) (+1) feszltsgszint-vlts reprezentlja.

A folyamatos szinkronizci biztostott, de dupla jelvlts-sebessget ignyel.

Plda:


6. fejezet - Modulcis technolgik

1. Szinuszos vivj digitlis modulci

A binris informcit sok esetben nem alapsvi impulzusok formjban visszk t a csatornn, hanem egy (als- s fels frekvenciahatr megadsval) jl meghatrozott frekvenciatartomnnyal rendelkez (svtereszt) csatornn kell tovbbtanunk. A rendelkezsre ll frekvenciasv kzprtke adja a vivfrekvencit, melyen valamilyen modulcis eljrssal tudjuk megjelenteni a tovbbtand bit rtkt (Jelmagyarzat: A-amplitd, v - vivfrekvencia lerja, t - egy bit tviteli idtartamon belli idpillanat jezje):

1.1. Amplitd billentyzs (Amplitude Shift Keying, ASK)

Az (1) rtket a vivfrekvencia jelenlte; a (0) rtket a viv hinya jelzi. Rossz tulajdonsga a diszkrt komponens jelenlte.

S(1)(t)= Asin(vt)

S(0)(t)= 0.

1.2. Frekvencia billentyzs (Frequency Shift Keying, FSK)

Modulcis technolgik


Az (1) rtket a vivfrekvencinl egy meghatrozott frekvencialkettel (d) kisebb; a (0) rtket pedig a vivnl a megadott frekvencialkettel nagyobb frekvencia jelzi.

S(1)(t)= Asin((v-d)t)

S(0)(t)= Asin((v+d)t)

1.3. Fzis billentyzs (Phase Shift Keying, PSK)

Az (1) rtket a vivfrekvencival azonos; a (0) rtket pedig a vivhz kpest ellenttes fzis jel jelzi.

S(1)(t)= +Asin(vt)

S(0)(t)= -Asin(vt)

A jelfggvny fzisszgeltolssal is felrhat:

S(1)(t)= Asin(vt)

S(0)(t)= Asin(vt+)

Ez a felrsi forma ltalnostsi lehetsget nyit a tbbszint PSK alkalmazsra: 180 fok helyett tbb kisebb eltolsi rtk alkalmazsval egy tviteli idegysgben tbb bit tvitele is megoldhat. Klnsen gyakran alkalmazott a 4 szint PSK (Quadrate PSK, QPSK), ahol 0, 90, 180 s 270 fokos eltolsokat alkalmaznak. ("Egy idegysg alatt kt bitnyi informci vihet t!")


7. fejezet - Topolgik A topolgik a csompontok trbeli elrendezsi, sszekttetsi lehetsgeit vizsgljk. A kvetkezkben a legfontosabb (legalapvetbb) topolgiatpusokat tekintjk t, s vizsgljuk, hogy egy esetleges csatorna meghibsods (pl. kbelszakads) milyen hatst gyakorol az adott topolgia tovbbi mkdsre.

1. Csillag (kiterjesztett csillag)

A kiterjesztett csillag topolgia az egy kzpponttal rendelkez klasszikus csillag elrendezs kiterjesztse. (Egy eredeti csillag cscspontot egy jonnan kiptend csillagkzppont tulajdonsggal ruhzunk fel). A kiterjeszts "mlysge" tipikusan egy-kt szint.

Kiterjesztett csillag topolgia esetn a csatorna meghibsodsa tipikusan egymstl elklnl, de nmagukban mkdkpes hlzati egysgekre bontja fel a hlzatot.

2. Gyr

Gyr topolgiban az tvitel tipikusan irnytott, minden llomsnak van "megelzje" s "rkvetkezje". A leggyakrabban hasznlt gyr topolgik esetn a feladott keretet az ad lloms tvoltja el a gyrbl, gy a gyr srlse a teljes rendszer lellst okozhatja. Ennek a problmnak a kezelsre/elkerlsre specilis megoldsokat hasznlnak (pl. ktkrs, ellenttes irnytottsg gyr kiptse).

3. Busz (sn)

Topolgik


Busz (vagy ms nven sn) topolgia esetben tipikusan tbb csompont csatlakozik egy kzs csatornra (kbelre, buszra). A kzsen hasznlt kbel srlse a teljes rendszer lellst eredmnyezheti, mert a szakadsi helyen megjelen (nagymrtk) impedancia-homogenitsi klnbsg a szakads helyrl igen ers jelvisszaverdst eredmnyez (azaz, azon llomsok sem tudnak egymssal kommuniklni, melyek kztt a galvanikus kapcsolat mg megmaradt).

4. Fa

A fa topolgia a kiterjesztett csillag topolgia ltalnostsaknt is felfoghat, ahol a "kiterjesztsek" mlysgnek szma nem korltozott (de a valsgban trtn implementciknl termszetesen vges). Tipikus jellemzje, hogy jelents forgalomintenzitsi eltrsek jelenhetnek meg benne (pl. a fa "gykernl" ill a "levl" elemeknl.)


III. rsz - Adatkapcsolati rteg Ebben a rszben az adatkapcsolati rteg mkdst vizsgljuk. Az ltalnos funkcionalitsok ttekintse utn konkrt implementcikat tanulmnyozunk LAN s WAN adatkapcsolati rteg megoldsokra. Az egyik leglnyegesebb, legfontosabb fejezet a LAN megoldsok terletn szinte egyeduralkod Ethernet technolgik ttekintse.


8. fejezet - Adatkapcsolati rteg ltalnos jellemzi

1. Szolgltatsok

Jvhagys nlkli, sszekttets-mentes: J (megbzhat) fizikai sszekttets esetn clszer alkalmazni. A vev semmifle visszajelzst nem ad az ad fel a keret vtelvel kapcsolatban. Igen sok implementci hasznlja (pl. tipikusan a vezetkes Ethernet technolgik alkalmazsai).

Jvhagysos, sszekttets-mentes: Nem megbzhat (hibs, zajos) fizikai sszekttets esetn clszer. Alkalmazsa tipikusan a vezetk nlkli technolgiknl a leggyakoribb.

Jvhagysos, sszekttets-alap: Keretsorozatok tvitele esetn hatkony, ahol nem minden egyes keretre vonatkozan trtnik visszajelzs.

2. Keretezs

Keretezs: A hlzati rteg fell rkez bitfolyamot keretekre kell trdelni, s a kereteket kell tovbbtani (a fizikai rtegre tmaszkodva). A keretek egymstl val elhatrolsra (azaz arra, hogy az egyik keret vge, s a kvetkez keret eleje ne olvadjon egybe) tbb megoldsi tletet alkalmazhatnak:

Keretek kztti sznetek alkalmazsa (idzts!)

Karakterszmlls - a keret elejn szerepel a keret hossza. Gondot jelenthet a hossz mez srlse.

DLE STX s DLE ETX (DataLink Escape/Start of TeXt, End of TeXt, azaz kezd- s zrkarakterek) alkalmazsa karakterbeszrssal. A keretben megjelen DLE karakter DLE DLE dupliktumknt megy t.

3. IEEE LAN adatkapcsolati rteg szabvnyok


9. fejezet - Kzeghozzfrsi alrteg (MAC)

1. MAC osztlyozs

Statikus csatornafeloszts

Frekvenciaosztsos multiplexelsen alapul hozzfrs (FDMA). A csatornt (klnbz frekvencikon alapul) alcsatornkra osztjuk, gy cskkentjk a versenyhelyzetet. Idelis esetben minden ad ms-ms alcsatornra (frekvencira) kerl, gy az tkzs teljesen eliminlhat.

Idosztsos multiplexelsen alapul hozzfrs (TDMA). A kzs csatornt elre meghatrozott idszelet-hasznlati besorolssal megosztjuk a versenyhelyzetben lv adk kztt, ezzel biztostva, hogy egy idpillanatban csak egy ad kldhessen informcit a csatornn.

Hullmhossz-osztsos multiplexels (WDM). Hasonl az FDM-hez, de ezt az optikai tvitelnl, a fny frekvenciatartomnyban alkalmazzuk.

Dinamikus kzeghozzfrs

Tovbbts figyels nlkl

Idrselt (Time Slot)

Tovbbts figyelssel (Carrier Sense Multiple Access)

tkzsrzkelses (Collision Detect)

Vezrjeles (Token)

Kdosztsos (Code Divison Multiple Access)

Megjegyezzk, hogy maga a multiplexels (FDM, TDM) a fizikai rteghez ktd fogalom, de erre alapozva (egyszer, statikus) kzeghozzfrsi mechanizmus alakthat ki, s ez a funkcionalits mr az adatkacsolati rteghez (MAC) tartozik.

2. Frekvenciaosztsos multiplexels (FDM)

Hny rszre (alcsatornra) osszuk fel a csatornt?

tkzs teljes kizrsa: Az alcsatornk szma az adk szmval azonos. Egyszeren implementlhat, de a mkdsi hatkonysga alacsony (az ppen nem aktv adk erforrsfoglalsa vesztesgknt jelentkezik).

tviteli id (tlagos vlaszid) minimalizlsa: A mkdsi hatkonysg optimalizlsra helyezzk a hangslyt: A keretek csatornn val tviteli idejt szeretnnk minimalizlni.

Sorbanllsi modell N rszre osztott csatornra:

A keretek rkezsi s tovbbtsi idejt fggetlen, exponencilis eloszls valsznsgi vltoznak ttelezzk fel.

Kapacits: C/N bps 1 bit tviteli ideje: N/C sec.

Keretrkezsi intenzits: /N keret/sec N/ msodpercenknt rkezik keret.

Kerethossz: 1/ bit/keret

Egy keret tviteli ideje: N/(C) sec (C)/N az n. "kiszolglsi intenzits".

Kzeghozzfrsi alrteg (MAC)


Little-ttel: tlagos vlaszid = 1/(kiszolg. int. - rk. int.) = N/(C-)

A keret vrhat tovbbtsi ideje teht az alcsatornk szmval linerisan nvekszik.

3. ALOHA

Tovbbts figyels nlkli (legegyszerbb) kzeghozzfrs:

A tovbbtand keret azonnal a csatornra kerl.

Eredet: Hawai Egyetem szigetek kztti rdis kommunikci.

Egyszer mkds, knnyen implementlhat.

Az tkzsek miatt a csatorna vrhat maximlis kihasznltsga alacsony (18%).

Kerettvitelre veszlyes idtartam ALOHA esetn (T0 - a keret kldsnek kezdpillanata; t - egy keret tviteli ideje):

4. Rselt ALOHA

A tovbbtand keret a kvetkez idrs elejn kerl a csatornra.

A csatornakihasznltsg egyszeren nvelhet (36%).

Kerettvitelre veszlyes idtartam rselt ALOHA esetn:


10. fejezet - Ethernet (CSMA/CD)

1. Ethernet (802.3) keretformtum

2. Ethernet

Klasszikus Ethernet - mkdsi paramterek:

tviteli sebessg 10 Mbps (Manchester kdols)

Rsid 512 bitid

Keretek kzti id 9,6 s

tviteli ksrletek max. szma 16

Zavar bitek szma (jam size) 32

Legnagyobb kerethossz 1518 bjt

Legkisebb kerethossz 64 bjt

Clcm lehet:

Egy lloms pontos cme

Csupa '1' bit: zenetszrs (broadcast) - az zenetet minden lloms veszi.

A kld lloms cme nem lehet tbbes cm!

3. Ethernet kerettovbbts (CSMA/CD)

1. Vrakozs tovbbtand keretre, majd a keret formzsa.

2. Csatorna foglalt?

Igen: Ugrs a 2. lpsre.

Ethernet (CSMA/CD)


Nem: Keretek kztti id kivrsa, majd a kerettovbbts megkezdse.

3. Van tkzs?

Igen: Zavarjelek kldse. Tovbbtsi ksrletek szmnak nvelse. Folytats a 4. lpssel.

Nem: tvitel befejezse. Sikeres tvitel jelzse. Ugrs az 1. lpsre.

4. Elrtk a max. ksrletszmot (16)?

Igen: Sikertelen tovbbts jelzse. Ugrs az 1. lpsre.

Nem: Ksleltets kiszmtsa s az id kivrsa. Ugrs a 2. lpsre.

A keret ksleltetsi idejnek meghatrozsa:

A rsid vagy krbejrsi ksleltets az az id, ami alatt a keret els bitje a kt legtvolabbi lloms kztt ktszer megfordul. Ennyi id alatt az llomsok biztonsggal szlelik az tkzst. (Kbelksleltets: ~5 s/1000 m)

Rsid = 2 * (kbelksleltets + ismtlk ksleltetse ) + tartalk id

Rsid = 51,2 s (2 * (2,5 km + 4 ismtl ksleltetse), 512 bit tvitelnek ideje)

A vrakozsi id a rsid vletlen szm tbbszrse, amely az tviteli ksrletek szmnak fggvnye:

1. tkzs utn 0 vagy 1 rsidnyi vrakozs vletlenszeren

2. tkzs utn 0, 1, 2 vagy 3 rsidnyi vrakozs vletlenszeren

3. tkzs utn 0, 1, 2 7 rsidnyi vrakozs vletlenszeren

i. tkzs utn 0, (2i-1) rsidnyi vrakozs vletlenszeren

10. tkzs utn 0, 1023 rsidnyi vrakozs vletlenszeren

11. tkzs utn - " -

. - " -

15. tkzs utn - " -

16. tkzs utn az interfsz krtya nem prblkozik tovbb, jelzi az tvitel sikertelensgt.

4. Ethernet keret fogadsa

1. Van bejv jel?

Van: Csatorna foglaltsgnak jelzse. Bitszinkronizls, vrakozs a keretkezdet-hatrolra. Keret beolvassa.

Nincs: Ugrs az 1. lpsre.

2. Ellenrz sszeg (CRC) rendben (s kerethossz rendben)?

Igen: Tovbb.

Nem: Keret eldobsa. Ugrs az 1. lpsre.

3. Clcm = sajt cm vagy csoportcm?

Igen: A vett adat tovbbtsa a felsbb protokollrtegnek, majd ugrs az 1. lpsre.

Nem: Keret eldobsa, majd ugrs az 1. lpsre.

Ethernet (CSMA/CD)


5. Fast Ethernet (802.3u)

Kifejlesztsnek clja:

10BASE-T Ethernethez (IEEE 802.3) kpest 10-szeres tviteli sebessg elrse

Kbelezsi rendszer megrzse

MAC mdszer s keretformtum megtartsa

A 10BASE-T hlzatok nagy rsze 100 m-nl rvidebb kbelekkel csatlakozott a hlzathoz. Kt lloms tvolsga legfeljebb 200 m (egy jelismtl alkalmazsval). 100 Mbps tviteli sebessg esetn 512 bit tviteli ideje alatt a legtvolabbi llomsok is rzkelik az tkzst, gy a maximlis hosszak lervidtsvel a CSMA/CD MAC mdszer megtarthat.

A szabvny:

100BASE-TX fl-duplex mdban 100 Mbit/s, duplex mdban pedig 200 Mbit/s sebessg adattvitelre kpes.

100BASE-FX klnll adsi (Transmit, Tx) s vteli (Receive, Rx) tvonalai sszesen 200 Mbit/s sebessg tvitelt tesznek lehetv.

100BASE-X (100BASE-TX, 100BASE-FX).

Klnbz mdiumokra (X) terveztk:

Category 5 rnykolatlan (UTP) kbel

Category 5 rnykolt (STP) kbel

Optikai szl

Az FDDI hlzatra kifejlesztett 4B5B (4B/5B) bitkdolst adaptltk a 100BASE-X-re. Az adat minden 4 bitjt (nibble) 5 biten kdoljk. Csak olyan 5 bites szimblumokat hasznlnak, amelyben legfeljebb kt '0' bit van egyms mellett. A garantlt 2 bitenknti jeltmenet j bitszinkronizlst biztost.

A 100BASE-X vltozat 4B/5B kdolst hasznl, melyet rz kbelezsnl tbbszint tvitellel (Multi-Level Transmit, MLT-3) tovbbtanak.

6. 4B/5B bitkdols

4B/5B adatszimblumok:

4 bites adatcsoport 5 bites szimblum

0000 11110

0001 01001

0010 10100

0011 10101

0100 01010

0101 01011

0110 01110

0111 01111

1000 10010

1001 10011

Ethernet (CSMA/CD)


4 bites adatcsoport 5 bites szimblum

1010 10110

1011 10111

1100 11010

1101 11011

1110 11100

1111 11101

7. Gigabit Ethernet (802.3ab, 802.3z)

1000BASE-TX:

Cat5e UTP kbelre (802.3ab)

A Cat5e kbelek megbzhatan legfeljebb 125 MHz-es tvitelre kpesek egy rpron.

A Gigabites svszlessg biztostsra mind a ngy rprt hasznlatba vettk.

Egyetlen rpron is duplex tvitelt lehetv tv ramkrkre (n. hibrid ramkrkre) van szksg; segtsgkkel a svszlessg 250 Mbit/s-ra ntt.

A ngy rpr alkalmazsval elrhetv vlt a kvnt 1000 Mbit/s sebessg.

1000 Mbit/s sebessg Ethernetnl a rsid 4096 bit, vagyis 512 oktett.

1000BASE-SX:

850 nm-es lzer vagy LED-es fnyforrs tbbmdus optikai szlon

Olcsbb, kisebb tvolsgok thidalsra alkalmas.

1000BASE-LX:

1310 nm-es lzerforrsok egy- vagy tbbmdus optikai szlon

Az egymdus optikai szlakon lzert hasznlva akr 5000 mteres tvolsgra is tovbbthatk a jelek.

Az adsra (transmit, Tx) s a vtelre (receive, Rx) kln optikai szl szolgl, az sszekttets eleve duplex jelleg.

8. Ethernet kapcsols, szegmentls

tkzsi tartomny akkor jn ltre, ha tbb szmtgp is csatlakozik ugyanahhoz a megosztott tviteli kzeghez, mdihoz (HUB).

A msodik rtegbeli kszlkek felosztjk az tkzsi tartomnyokat. Ezek az Ethernet kszlkekhez rendelt MAC-cmek alapjn szablyozzk a keretek tovbbtst. Msodik rtegbeli kszlknek a hidak s a kapcsolk szmtanak.

A msodik s harmadik rtegbeli kszlkek az tkzseket nem tovbbtjk. Az tkzsi tartomnyokat a harmadik rtegbeli kszlkek is kisebb tartomnyokra osztjk.

9. Kapcsolk (switchek)

A kapcsol lnyegben egy gyors mkds tbbportos (2. rtegbeli) hd. Mindegyik port kln tkzsi tartomnyt hoz ltre. (Pl. egy 24 portos kapcsol 24 klnll tkzsi tartomnyt hoz ltre.)

Ethernet (CSMA/CD)


A kapcsolk minden portjukhoz egy tblzatban (n. kapcsolsi tblban) troljk le az adott porton elrhet gpek Ethernet (vagy ms nven MAC) cmt. A kapcsolk dinamikusan tltik fel s tartjk karban kapcsolsi tbljukat (az rkez keretek forrscme alapjn). A kapcsolsi tblt egy n. tartalom szerint cmezhet memriban troljk (content-addressable memory, CAM).

A CAM olyan memria, amely a hagyomnyos memrikhoz kpest fordtottan mkdik: ha valamilyen adatot tpllunk be (Ethernet cm), a hozz tartoz memriacmet adja kimenetknt. A CAM rvn a kapcsolk keres algoritmus futtatsa nlkl is meg tudjk tallni az adott MAC cmhez tartoz portot.

10. Ethernet kapcsols folyamata (Ethernet switching)

A kapcsol a berkez Ethernet keret clcmt keresi a kapcsolsi tbljban:

Ha a clcm zenetszrsi cm (48 db 1-es bit rtk), akkor a keretet a kapcsol valamennyi portjn tovbbtja (kivve az rkezsi portot).

Ha a clcm nem tallhat meg a kapcsolsi tblban, akkor valamennyi portjn tovbbtja a keretet (kivve az rkezsi portot).

Ha a clcm megtallhat a kapcsolsi tblban, akkor a hozz tartoz porton tovbbtja a keretet (feltve, hogy az nem azonos a keret rkezsi portjval).

Kapcsolsi mdszerek:

Trol s tovbbt: A keret tovbbtsa a teljes keret megrkezse utn kezddik meg. A kapcsol jraszmtja a keretellenrz sszeget (CRC, vagy ms nven Frame Control Sequence, FCS), s ha a keret hibs, eldobja.

Kzvetlen kapcsols: A clcm (6 bjt) megrkezse utn azonnal megkezddik a keret tovbbtsa a kimeneti porton.

Tredkmentes kapcsols: A minimlis keretmret (64 bjt) megrkezse utn kezddik a keret tovbbtsa a kimeneti porton. (Esetlegesen tkz keret nem kerl tovbbtsra.)

Az Ethernet kapcsols mkdsi vzlata (interaktv animci)


11. fejezet - Vezrjeles kzeghozzfrs, Token ring

1. Vezrjeles gyr, Token ring (ISO/IEEE 802.5)

A vezrjeles gyr eliminlja az tkzst: van egy specilis keret (vezrjel, token), s egy lloms csak akkor adhat keretet, ha birtokolja a vezrjelet. Az lloms az ads utn a vezrjelet tovbbadja a soron kvetkez llomsnak.

Az llomsok logikailag gyr topolgia alapjn mkdnek (megelz, rkvetkez csompont), de fizikailag a csompontok egy n. TCU (Trunk Coupling Unit) egysghez csatlakoznak (fizikailag csillag topolgia). A TCU relket s mkdtet elektronikt tartalmaz, a logikai gyr szervezse a TCU feladata. Ez biztostja, hogy egy lloms kikapcsolsakor (esetleg meghibsodsakor) a gyr zrdjk.

Ma mr kevsb elterjedt, de a mkdsi filozfit clszer ttekinteni.

Vezrjeles gyr mkdsi elve:

1. Ha egy lloms keretet akar tovbbtani, elszr meg kell vrnia vezrjelet (token-t).

2. Ha megjtt a vezrjel, a tovbbtand keretet (amely tartalmazza a felad s a clcmet) bitenknt tovbbtja.

3. Minden lloms bitenknt veszi s (a rkvetkez fel) tovbbkldi a keretet.

4. A cmzett lloms a beolvasott keretet feldolgozza, s ugyangy tovbbtja, mint a tbbi lloms, azzal a klnbsggel, hogy a cmzett a vlasz biteket is belltja a keret vgn (jelezve a sikeres, vagy sikertelen tvitelt).

5. A keretet a felad lloms tvoltja el a gyrbl. A felad a vlasz biteket is feldolgozza.

6. A felad lloms tovbbkldi a vezrjelet.

A vezrjel tovbbadsnak alternatv megoldsai:

Lass gyr (4 Mbps): Egyszerre csak 1 keret van a gyrben. A vezrjelet a felad lloms csak a keret visszarkezse utn tovbbtja.

Gyorsabb gyr (16 Mbps): Egyszerre tbb keret van a gyrben. A vezrjelet a felad lloms a keret elkldse utn azonnal tovbbtja a rkvetkez llomsnak (early token release).


12. fejezet - Kdosztsos kzeghozzfrs (CDMA)

1. Alaptletek

Klasszikus problma: Egy rdifrekvencis csatornn egy idpillanatban csak egy ads folyhat.

Hogyan lehetne egy csatornn prhuzamosan tbb adst is folytatni?

Megoldsi tletek, analgik:

TDMA: Egyszerre csak egy valaki beszlhet.

FDMA: A beszlgetk klnbz helyekre vonulva (egymst nem zavarva) beszlgetnek.

CDMA: A beszlgetk klnbz nyelveken beszlgetnek.

2. Matematikai httr

Kiindulsi llapot: Minden llomshoz egy m bit hossz kdot (chip-et, tredket) rendelnk (bipolris kdolssal reprezentlva). Ez a chip reprezentlja az llomstl feladott 1 bitrtket, a 0 bitrtket pedig az inverze. Jells:

S1 = (s1, ..., sm),

S0 = (-s1, ..., -sm); si=+1, vagy -1, i=1,...,m.

S s T chip sszege: S + T = (s1 + t1, ..., sm + tm)

S s T chip (skalris) szorzata: S * T = (1/m)(s1 t1 + ... + sm tm)

A bipolris kdolst kihasznlva a szorzs s sszeads defincijnak felhasznlsval az albbiak knnyen belthatk:

S1*S1= S0*S0 = 1,

S1*S0= -1,

S*(A+B)= (S*A) + (S*B).

Mkdsi felttel: A klbz llomsokhoz rendelt chip-ek ortogonlisak, azaz skalris szorzatuk zr:

S1*T1= S1*T0 = S0*T1 = S0*T0 = 0

Vteli folyamat: A vett (rzkelt) vektorsszegbl az adchippel szorozva a neknk kldtt bitrtk meghatrozhat.

Plda a CDMA mkdsre.

Hrom lloms (A, B, C) egyidej adst vizsgljuk. Legyen m = 4.

A1 = (+1, +1, -1, -1); (1-es bit jelzse). A0 = (-1, -1, +1, +1); (0-s bit jelzse).

B1 = (+1, -1, +1, -1); (1-es bit jelzse). B0 = (-1, +1, -1, +1); (0-s bit jelzse).

C1 = (-1, -1, -1, -1); (1-es bit jelzse). C0 = (+1, +1, +1, +1); (0-s bit jelzse).

Az llomsok ltal egyidben feladott bitrtkek:

Kdosztsos kzeghozzfrs (CDMA)


A: 0 (-1, -1, +1, +1); B: 1 (+1, -1, +1, -1); C: 0 (+1, +1, +1, +1)

A csatornn megjelen vektor (jelsorozat): A0 + B1 + C0 = (+1, -1, +3, +1)

A partnere: A1 * ( A0 + B1 + C0 ) = A1 * A0 = -1, teht A 0-s bitrtket kldtt.

B partnere: B1 * ( A0 + B1 + C0 ) = B1 * B1 = +1, teht B 1-es bitrtket kldtt.

C partnere: C1 * ( A0 + B1 + C0 ) = C1 * C0 = -1, teht C 0-s bitrtket kldtt.


13. fejezet - WAN adatkapcsolati rteg megoldsok

1. SLIP

A SLIP (Serial Line Internet Protocol, els verzi: RFC 1055) egy rgi WAN adatkapcsolati rteg megolds. Clja az IP csomagok kldse soros (pont-pont) linken keresztl. Szmos kellemetlen elrsa/hinyossga miatt ma mr kevsb hasznljk:

Csak IP hlzati protokoll tmogatott.

Statikus IP cmkiosztst felttelez.

Nincs hibajelzs, -javts.

Nincs authentikci.

2. PPP

A PPP (Point to Point Protocol, els verzi: RFC 1661, 1662, 1663) az egyik legelterjedtebb nylt, gyrtfggetlen standard (tbbprotokollos) WAN adatkapcsolati rteg protokoll. A keretezst eleje s vge jelzkarakterekkel oldja meg.

Kt rszbl ll: LCP (Link Control Protocol): Link felpts, tesztels, lellts. NCP (Network Control Protocol): Hlzati protokoll tmogats. Minden hlzati rteg protokollhoz kell egy azt tmogat NCP.

Tbbfle autentikcit tmogat: PAP (Cleartext jelsztvitel a kommunkci kezdetn.) CHAP (Titkostott jelsztvitel, brmikor krhet.)

PPP keretformtum.

WAN adatkapcsolati rteg megoldsok


LCP opcikkal a mezk mrete cskkenthet (hatkonysgnvels, pl. Protocol 2/1).

3. N-ISDN technolgia

ISDN: Integrated Services Digital Network. Ksrlet az analg telefonok digitlis levltsra.

Standard csatornatpusok:

A: 4 kHz analg telefoncsatorna.

B: 64 kbps digitlis hang vagy adatcsatorna.

C: 8/16 kbps digitlis csatorna.

D: 16/64 kbps digitlis csatorna (signaling).

Hrom standard kombinci:

Basic: 2B + 1D(16)

Primary: 23B + 1D(64) (USA), 30B + 1D(64) (EU)

Hibrid: 1A + 1C (kevsb elterjedt)

Ez a 64 kbps-os csatornra fkuszl megolds a Narrowband ISDN.

Ma mr nagyobb svszlessg ignyek tapasztalhatk.

4. Szlessv, tbbszolgltats hlzatok (B-ISDN)

A mai hlzatoknl sokfle szolgltatsi ignnyel tallkozhatunk:

Adattovbbts, hang- s videotvitel, multimdia dokumentumok tvitele, szmtgppel segtett oktats (Computer Aided Learning = CAL)

Ezeket a szolgltatsokat nyjt szmtgpeket szoktuk tbbszolgltats munkallomsoknak nevezni. A hlzatokat pedig, amelyek sszekapcsoljk ket, szlessv, tbbszolgltats hlzatoknak (B-ISDN) nevezzk.

A kvetelmnyek messze meghaladjk az adathlzatokkal szemben tmasztott kvetelmnyeket.



Klnbz applikcis mdiatpusok svszlessg-szksgletei:

Az audi s vide tvitele lland bitsebessget, s kicsi ksleltetst ignyel.

Videkonferencia rendszerekben az egyms utni kpkockk keveset vltoznak, kptmrts lehetsges.

Hang, kp s vide tvitele esetn a tmrts lehet informciveszt, amely jelentsen cskkenti az tviend informcit.

Az lland bitsebessget ignyl mdiatpusok az eddig trgyalt (minsgi garancikat nem tmogat) hlzatokkal nem vihetk t biztonsggal.

Olyan j technolgira van szksg, amely az adattvitelen kvl a tbbi mdiatpus tvitelre is alkalmas. Az egyik ilyen hlzat az ATM (Asynchronous Transfer Mode) cellakapcsolt hlzat.

5. ATM (Asynchronous Transfer Mode)

5.1. Az ATM protokoll architektrja

Az ATM hrom rteggel rendelkezik, amelyek az OSI 1-2 rtegnek felelnek meg:



Az ATM hlzat klnbz szolgltatsokat knl a klnbz tpus alkalmazsok szmra. Az ATM adaptcis rteg knlja ezeket a szolgltatsokat az alkalmazsok szmra, s fedi el a cellakapcsolst, amellyel az tvitelt az als kt rteg vgzi.

5.2. ATM

A klnfle tviend mdiatpusok miatt, amelyeknek egy rsze minsgi szolgltatst kvetel meg a hlzattal szemben, nem lehet osztott hasznlat tviteli kzeget hasznlni. Az ATM hlzat hlszer (mesh) topolgit kvet, amelyben egymssal sszekttetsben lv kapcsolk (ATM switch-ek) biztostjk az tvitelt a kommunikl llomsok kztt. Az elv hasonlthat a telefon hlzathoz.

Mieltt kt lloms kommuniklna egymssal, a kapcsolkon keresztl egy tvonalat kell felptenik. Minden cella, amely az adott hvshoz tartozik, ezen az tvonalon halad keresztl. Az tvonalat (ill. az azon mkdtetett kommunikcis kapcsolatot) virtulis ramkrnek, vagy virtulis sszekttetsnek nevezzk (Virtual Circuit: VC). Kt tpusa van: PVC (Permanent VC): Kzi konfigurcival alaktjk ki. SVC (Switched VC): A kommunikci eltt alaktjk ki (majd a vgn lebontjk).

A kapcsolat felptse sorn az ignyelt szolgltatstpusnak megfelel tviteli kapacits lesz lefoglalva a kapcsolkban. Van olyan szolgltats, amely rgztett bit sebessget ignyel; van olyan, amelyik vltoz bit sebessggel dolgozik, de az tvitt adatok tlagos mennyisge rgztett; s van olyan, amelynl nincs semmilyen megkts a szolgltats minsgre.

5.3. Mkdsi vz



5.4. Az ATM cella felptse

Az ATM cella (fix, 53 bjt hosszsg keret) 5 bjtos fejrszbl s 48 bjtos adatmezbl ll. A fejrsz alapjn kt klnbz ATM cellatpust klnthetnk el: A felhasznli vgberendezs (ami tipikusan forgalomirnyt, vagy ms "DTE" eszkz) egy n. "UNI - User to Network Interface" tpus cellaformtumot hasznl a szolgltati oldal (tipikusan ATM switch, vagy ms DCE eszkz) elrsre. Az ATM kapcsolk egyms kztt pedig egy n. "NNI - Network Node Interface" tpus cellaformtumot hasznlnak. Mindkt cella fejrszben az egyik legfontosabb (legtbb bitet hasznl) informcit a kapcsolat azonostsra szolgl VPI (Virtual Path Identifier) s VCI (Virtual Channel Identifier) mezk adjk. A VPI ugyanazon vgponthoz men csatornkat (VCI-ket) fogja ssze. A VPI s VCI mezk egyttesen ltjk el az azonostsi funkcit. rtkk tipikusan nem globlis (ATM felh egszre rvnyes) azonost, hanem csak az adott ATM kapcsolra rvnyes azonost. Az ATM kapcsolk a cella fejrszben lecserlhetik a VPI s VCI rtkeket a cella tovbbtsa sorn.

Cellakapcsols plda:



5.5. Az ATM kapcsols hatkonysgi vizsglata

A kapcsolstechnikban (switching) egy nagyon fontos hatkonysgot befolysol krds, hogy az esetleges forgalmi tlterhelsek esetn hogyan kpezzk a vrakozsi sorokat. A cellk sorrendhelyes kzbestst az ATM technolginak garantlnia kell egy ramkrn bell. Azonban a tbb bemenetrl ugyanarra a fizikai kimenetre tart cellk tovbbtsnl tbbfle tovbbtsi elv is vizsglhat.

A kvetkezkben egy kis pldn keresztl vizsgljuk az ATM kapcsol mkdst: Az els esetben a vrakoztatsi sort a bemeneti oldalon kpezzk, a msodik esetben pedig a vrakoztatsi sort a kimeneti oldalon hozzuk ltre.

ATM switch mkdse input puffer alkalmazsval:

ATM switch mkdse output puffer alkalmazsval:

Eredmny: Kevesebb kapcsolsi ciklus szksges, ha a vrakoztatsi sort a kimeneti oldalon (output puffer) kpezzk.

Karol, Hluchyj s Morgan 1987-ben "Input Versus Output Queueing on a Space-Division Packet Switch," cm cikkkben bebizonytottk, hogy az output pufferek alkalmazsa hatkonyabb.


14. fejezet - ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)

1. Alaptletek

1.1. Az ADSL mkdsnek jellemzi/tletei

A felhasznlk nagytmeg letltshez nagy(obb) svszlessg szksges. A (vrhatan lnyegesen kisebb mennyisg) adatfeltltshez kisebb svszlessg is elelgend. Ennek kvetkeztben a rendelkezsre ll svszlessget (frekvenciatartomnyt) aszimmetrikus mdon clszer felosztani.

A telefonos technolgiban a vgfelhasznlk csatlakoztatsra hasznlatos rz rpr mr lehetv teszi 1-2MHz-es svszlessg hasznlatt km nagysgrend tvolsgra, gy ez mr a gyakorlatban is alkalmazhat telefonvezetken kialaktand nagysebessg kapcsolat ltrehozsra.

1.2. ADSL frekvenciatartomnyok

Az ADSL alapveten FDM alapon osztja fel a csatornt a hrom kommunikcis cl (hang, adatfeltlts, adatletlts) kztt. A telefonos hangkommunikci szmra nhny kHz svszlessg szksges, erre a clra foglaljk le az als ~30 kHz-es tartomnyt (melyet a tnyleges hangtvitel nem hasznl ki teljesen). A kvetkez ~80 kHz-es tartomnyt az adatfeltltsi clra alkalmazzk. A megmarad ~1000 kHz-es tartomny pedig az adatletltsi clt szolglja:

1.3. Zavarforrsok az ADSL adattvitelben

Az ADSL letltsi irnyban komoly zavarforrsknt jelennek meg a kzelben mkd nagyteljestmny kzphullm rdiadk: Pl. a Solton mkd rdiad 540 kHz-en 3MW (megawatt!) teljestmnnyel sugrozza a Kossuth rdi msort. Az ad kzelben ez nagyon rossz jel-zaj viszonyt eredmnyez ("a zaj ersebb a jelnl").

A problma kezelsre egy szleskren alkalmazott megolds a DMT (Discrete MultiTone) modulcis technolgia: A rendelkezsre ll frekvenciatartomnyt nagyon kicsi (4,3 kHz) svszlessg alcsatornkra bontjk, s az egyes alcsatornkon kln-kln meghatrozzk a jel-zaj viszonyt (ill. erre plve a bitrtt):

ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)


1.4. Az ADSL rendszertechnikai felptse

Az ADSL elfizeti oldaln az elfizeti vonal (helyi hurok, local loop) vgn egy szrvel klntik el a hang- s adattviteli frekvenciatartomnyokat. A szolgltati hlzat vgpontjt az ADSL NT (Network Termination, vagy ADSL modem) eszkz kpviseli. Ennek kimenete egy hlzati csatlakozsra kzvetlen mdon hasznlhat (tipikusan RJ-45) interfsz, melyre az elfizet Ethernet (vagy authentikcis clok miatt PPP over Ethernet) technolgival kapcsoldik. A szrt s az ADSL NT-t termszetesen egyetlen eszkzben is implementlhatjk, s esetlegesen tovbbi (pl. forgalomirnytsi) funkcikkal is kiegszthetik.

A szolgltati oldalon az elfizeti vonalakat (tbb szz elfizeti vonalat) egy DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer) eszkzbe csatlakoztatjk. A DSLAM egysg egy nagykapacits ("trnk") vonalon multiplexlja az elfizetk forgalmt az Internet fel.

Az ADSL technolgik (ill. ezek szimmetrikus varinsai) risi fejldsen mentek keresztl. Ennek kvetkeztben szmos DSL verzi ltezik. A kvetkez tblzat egy rvid ttekintst ad a legfontosabb technolgik jellemzirl:

Megnevezs Letltsi sebessg (Mbps) Tvolsg (m) Megjegyzs

ADSL 8 6000 1.1 MHz

ADSL2 12 4000 1.1 MHz

ADSL2+ 24 4000 2.2 MHz

ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)


Megnevezs Letltsi sebessg (Mbps) Tvolsg (m) Megjegyzs

SDSL 1.5 3000 Szimmetrikus

VDSL 50 1500 50Mbps - 300m

VDSL2 100 1500 30MHz


IV. rsz - Hlzati rteg A hlzati rteg feladata a kommunikcis kapcsolat (adattvitel) megvalstsa olyan csompontok kztt is, melyek kztt nem ll fenn kzvetlen csatorna (vagy adatkapcsolati rtegbeli) sszekttets. A legfontosabb feladat a hlzati rtegben a cmzsi rendszer kialaktsa s a forgalomirnyts. Ebben a rszben az IP hlzati technolgit tekintjk t.


15. fejezet - Az IP technolgia hlzati rtege

1. Az IP hlzati protokoll

IP (Internet Protocol, RFC 791) a TCP/IP referenciamodell ltalnos adatszlltsra szolgl hlzati rteg protokollja. sszekttets mentes (datagram) szolgltatst nyjt a szlltsi rteg fel. Az IP fejrsz minimum 5, maximum 15 db 32 bites szbl ll. Az Ethernet keret tpusmezjnek rtke 0x0800.

Internet fejrsz szerkezete:

IP fejrsz els sz:

Az els sz ltalnos informcikat tartalmaz: Verziszm; IP fejrsz hossza (szavakban); szolgltats tpusa (TOS); adatmez hossza (bjtokban mrve).

IP fejrsz msodik sz:

Az IP fejrsz msodik szava a csomag darabolsval kapcsolatos informcikat tartalmazza. Darabolsra akkor van szksg, ha a csomag (tl nagy mrete miatt) nem gyazhat be az adatkapcsolati rteg keret adatmezjbe. Az azonost a csomagdarabok sszetartozst jelzi. A DF jelzbit a csomag darabolhatatlan voltt jelzi. Az MF jelzbit 0 rtke jelzi, hogy az adott darab (fragment) a sorozat utols eleme. Az offset rtk a darab eredeti csomagbeli helyt mutatja (8 bjtos egysgben mrve).

IP csomagok darabolsa (fregmentls):

Az azonostt az ad lloms adja, s minden fregmentben vltozatlan marad. Az offset kezdetben nulla tk. Darabolst brmely lloms (router) vgezhet a csomag ill. csomagdarab kldse eltt. (Datalink MTU miatt). Darabols az adatmez valamely 8 bjtos egysghatrn kvetkezhet be. Az offset rtkben a fregment els bjtjnak az eredeti (nem darabolt) csomagbeli helyt jelezzk 8 bjtos egysgben szmolva. A darabok sszeillesztst a cllloms vgzi az IP fejrsz msodik szavnak adatai alapjn.

Az IP technolgia hlzati rtege


Darabols plda:

A forrs llomson kldsre vr egy 2000 bjt mret csomag (+20 bjt IP fej).

A forrs 1024+20 bjt MTU rtk linkhez kapcsoldik.

Az els forgalomirnyt 512+20 bjt MTU rtk linken kldi tovbb a csomagot.

1. Az eredeti (darabolatlan) csomag IP fejrsznek 2. szava:

Offset = 0

2. A forrs ltal feladott csomagok informcii (2. sz):

Offset = 0

Offset = 0 + 1024/8 = 128

3. A router ltal tovbbkldtt csomagok informcii (2. sz):

Offset = 0

Offset = 0 + 512/8 = 64

Offset = 128

Offset = 128 + 512/8 = 192

Harmadik sz:



A harmadik sz adatai - ltalnos informcik:

8 bit: TTL a csomag htralev letidejnek jelzse. Az tvlasztnak ktelez legalbb 1-et levonni a rajtuk thalad csomag TTL rtkbl. Ha a TTL mez rtke nullra cskken, akkor a csomag "halottnak" tekintend, s el kell dobni.

8 bit: Felsbb (transzport) rtegbeli protokoll kdja RFC 1700.

16 bit: A fejrsz ellenrz sszege.

Negyedik s tdik sz:

A negyedik s tdik sz adatai - cmzsek:

32 bit: A forrs IP cme.

32 bit: A cl IP cme.

Hatodik sztl:

A hatodik sztl - 32 bites opcionlis informcik, pl.:

Record route - A tovbbts tvonalnak naplzsa.

Timestamp - A ksleltetsi idk naplzsa.

2. IP cmek

Az IP cm a csompont interfsznek hlzati rtegbeli azonostja. A bjt rtkeket ponttal elvlasztva (n. pontozott decimlis megjelentsi formban) szoktuk felrni: pl. 157.45.190.57. Az azonostk kezelst nemzetkzi szervezet (IANA, InterNIC) ltja el, a vgfelhasznlk internet szolgltatktl kaphatnak IP cmet. Az intzmnyek nem egyedi cmeket, hanem cmtartomnyokat (hlzat azonostkat) kapnak.

Az IP cm eleje a hlzat (vagy intzmny) azonostja, a vge pedig a csompont azonostja a hlzaton bell. Az IP forgalomirnyts a hlzati azonostkra pl (nem kell minden csompont cmt letrolnunk a forgalomirnytsi tblban).

Hny bit hossz legyen a hlzat azonostja? Ha tl kicsi, akkor a nagy tartomnyok kihasznlatlanok. Ha tl nagy, akkor csak kis alhlzatok kezelhetk.

2.1. IP cmosztlyok



A osztly

B osztly

C osztly

A mezk feletti szmok a bitek szmt jelentik.

2.1.1. Els bjt szably

Kezdbit(ek) 1. bjt rtke Osztly

0 0 - 127 A

10 128 - 191 B

110 192 - 223 C

2.2. Hlzati maszk

A hlzati maszk (netmask): Egy olyan 32 bites maszk, mely 1-es bit rtkeket tartalmaz a hlzat s alhlzat azonostsban rsztvev bithelyeken, s 0-s bit rtkeket tartalmaz a csompont azonostsra szolgl bithelyeken.

A hlzati maszk segtsgvel az eredetileg az osztlyba sorols ltal (statikusan) meghatrozott hlzat-gp hatr mdosthat.

Prefix hossz: A hlzati maszkban szerepl 1-es rtkek darabszma (a hlzat azonost bithelyek darabszma).

Az egyes osztlyokhoz tartoz alaprtelmezett hlzati maszkok:

A osztly: Hlzati maszk: 255.0.0.0 Prefix hossz: 8

B osztly: Hlzati maszk: 255.255.0.0 Prefix hossz: 16

C osztly: Hlzati maszk: 255.255.255.0 Prefix hossz: 24

2.3. Specilis IP cmek

A specilis IP cmek nem ltalnos csompont azonostsi funkcit ltnak el, hanem valamilyen (definci alapjn meghatrozott) specilis funkcit ltnak el.



Nem definilt IP cm (aktulis gp): 32 db "0" bitrtk. A csompont sajt magra val hivatkozsknt hasznlhatja, ha nincs ennl alkalmasabb cme (pl. DHCP cmkrskor felad IP cmknt szerepelhet).

Loopback IP cm (egy gpen belli kommunikci): A 127.0.0.0/8 cmtartomny "loopback" clra hasznlt. A loopback interfsz egy specilis (valdi hardverhez nem ktd) interfsz, melynek clja, hogy egy csomponton bell is lehessen szablyos IP kommunikcit folytatni. A csomag ebben az esetben nem hagyhatja el a csompontot (nem jelenhet meg a tnyleges hlzati vonalon/csatornn).

Hlzat azonost IP cm: A hlzat azonost IP cm csompont azonost bitpozciiban mindentt "0" rtk szerepel (a hlzat azonost bithelyeken pedig a hivatkozott hlzat azonostja). Ezt a cmet (tipikusan) nem rendeljk hozz csomponti interfszhez, hanem az egsz hlzati egysg hivatkozsra hasznljuk. (Leggyakrabban a forgalomirnytsi tblzatokban tallkozunk ilyen cmmel).

Aktulis hlzaton belli zenetszrs IP cme: 32 db "1" bitrtk. Az aktulis zenetszrsi tartomny valamennyi csompontja szmra szl zenet clcmeknt hasznlhat.

Irnytott zenetszrs IP cme (directed broadcast): Az irnytott zenetszrs esetn egy megadott azonostj hlzat valamennyi csompontja szmra kldnk csomagot. Az irnytott zenetszrsi IP cm hlzat azonost rszben az elrni kvnt csompontok kzs hlzat azonostja szerepel, a csompont azonost rszben pedig mindentt "1" bitrtk.


16. fejezet - Internet Control Message Protocol

1. Az ICMP protokoll

Az ICMP IP-re pl (logikailag felsbb szint) protokoll, de funkcija miatt a hlzati rteghez soroljuk.

Az IP-vel egytt ktelez implementlni.

Clja: Az IP datagramok tovbbtsa sorn elfordul problmk (hibk) jelzse, jelzzenetek kldse. Az IP csomagtovbbts nem megbzhat. Az IP fejrsz protokoll mezjnek rtke 1. A forrst informljuk a bekvetkez problmkrl. ICMP zenetek (tovbbtsi) hibira nem generlunk ICMP zenetet.

2. ICMP csomagszerkezet

Tpus: Az zenet oka (Destination unreachable, Redirect, Time exceeded, Echo request, Echo reply)

Kd: A tpushoz tartoz kiegszt kd (pl. Destination unreachable tpus esetn Network unreachable, Host unreachable, Fragmentation needed and DF set)

Adat: Tipikusan cmzsi (s egyb) informcik az zenettel kapcsolatosan


17. fejezet - IP forgalomirnytsi alapok

1. Forgalomirnytsi alapfogalmak

Forgalomirnyts (routing): Csomagok (IP datagramok) tovbbtsi irnynak meghatrozsval kapcsolatos dntsek meghozatala.

Forgalomirnytsi tblzat (routing table): A forgalomirnytshoz szksges informcikat tartalmaz tblzat. Tipikus (legfontosabb) mezk:

Clhlzat Netmask Kimen int. Kvetkez csompont (next hop)

Metrika

2. Hlzati protokollok forgalomirnytsi felosztsa

Forgalomirnytott protokoll (routed protocol): Olyan hlzati rteghez ktd ltalnos adatszllt protokoll, amelyet a forgalomirnyt (router) irnytani kpes (pl. IP, IPX).

Forgalomirnytsi protokoll (routing protocol): A forgalomirnytsi tblzat(ok) felptshez szksges informcik tovbbtst (routerek kztti cserjt) ler protokoll (pl. RIP, OSPF, BGP).

Egyb protokoll: Az elzekhez nem sorolhat hlzati protokoll (pl. ICMP).

3. Forgalomirnytk (alapvet) mkdse

1. A router az input interfszen rkez csomagot fogadja.

2. A router a csomag clcmt illeszti a routing tblzat soraira.

Ha a clcm tbb sorra illeszkedik, akkor a leghosszabb prefix sort tekintjk illeszkednek.

3. Ha nem ltezik illeszked sor, akkor a cl elrhetetlen, a csomag nem tovbbthat.

A csomagot a router eldobja s ICMP hibajelzst kld a feladnak.

4. Ha ltezik illeszked sor, akkor a csomagot az ebben szerepl kimeneti interfszen tovbbtjuk (adatkapcsolati rtegbeli begyazssal) a kvetkez hopknt megadott szomszdhoz, ill. a clllomshoz, ha mr nincs tbb hop.

4. IP cm illeszts

1. A routing tbla sorait prefix hossz szerint cskken sorrendbe rendezzk. N=1.

Ezzel biztostjuk, hogy tbb illeszked sor esetn a leghosszabb prefixt fogjuk eredmnyknt kapni.

2. Ha nem ltezik a tblzatban az N. sor, akkor nincs illeszked sor, s vge.

3. A csomag clcme s az N. sor hlzati maszkja kztt bitenknti AND mveletet hajtunk vgre.

4. Ha a bitenknti AND mvelet eredmnye megegyezik az N. sor clhlzat rtkvel, akkor a cm az N. sorra illeszkedik s vge.

5. N=N+1; folytassuk a 2. pontnl.


18. fejezet - IP alhlzatok

1. IP alhlzatok

Az intzmnyek logikai mkdsk, vagy trbeli elhelyezkedsk alapjn kisebb (azonos mret) rszekre oszthatjk a hlzati cmtartomnyukat. A felosz

Documents

0046 Szamitogep-halozatok Oktatasi Segedlet