SzgHalok_Lencse

S Z C H E N Y I I S T V N EGYETEM

Lencse Gbor

SZMTGP HLZATOK

UNIVERSITAS-GYR NONPROFIT kft.

Lencse Gbor

SZMTGP HLZATOK

2. kiads

UNIVERSITAS-GYR NONPROFIT Kft.

Gyr, 2008.

S Z C H E N Y I I S T V N E G Y E T E M

G Y R

Ez az egyetemi jegyzet a S Z E Tvkzls i T a n s z k t m o g a t s v a l kszl t .

r t a : D r . L e n c s e G b o r egyetemi docens , P h D

L e k t o r l t k : D r . S z a b C s a b a A t t i l a e g y e t e m i tanr, D S c V a r g a G y r g y okleveles v i l l amosmrnk, h lzat i rendszergazda.

D r . Lencse G b o r , 2008.

M i n d e n jog fenntar tva , belertve a sokszorosts, a m b v t e t t , illetve rvid t e t t v l t o z a t a k i a d s n a k j o g t is. A szerz rsbel i h o z z j r u l s a nlkl sem a teljes m , sem a n n a k rsze semmifle f o r m b a n n e m s o k s z o r o s t h a t .

I S B N 978-903-9819-15-3

Kiad ja az U N I V E R S I T A S - G Y R Nonprof i t Kft. Felels k i a d dr . Szily I s tvn . Mszaki szerkesz t dr. Lencse G b o r . Ksz l t a P a l a t i a N y o m d a s K i a d Kft. n y o m d j b a n . Felels vezet R a d e k Jzsef.

Tartalomjegyzk

1. Bevezets 1.1. Alapfogalmak 2 1.2. Az OSI s a TCP/IP referenciamodell 6 1.3. Hlzati topolgik 11

1.3.1. Pont-pont sszekttets esetn 12 1.3.2. Tbbszrs hozzfrs csatorna esetn . 13

1.4. MAC protokollok 14 1.4.1. ALOHA 14 1.4.2. Rselt ALOHA 15 1.4.3. CSMA 15 1.4.4. CSMA/CD 19 1.4.5. Token Ring 20 1.4.6. Token Bus 20

2. Helyi hlzatok 23 2.1. Ethernet hlzatok 24

2.1.1. Ethernet hlzatok fajtinak ttekintse . 25 2.1.2. Ethernet hlzatok fizikai kzegei s csat

lakozi 26 2.1.3. Vonali kdolsi megoldsok 34 2.1.4. Ethernet hlzatok MAC protokollja . . . 37 2.1.5. Ethernet keret felptse 38 2.1.6. Ethernet keretek hibi 41

I

2.1.7. Ethernet hlzatok aktv elemei 42 2.1.8. Ethernet hlzatok fejldse 46 2.1.9. Ethernet hlzatok egyes fajtinak ssze

foglalsa s rtkelse 50 2.2. Strukturlt kbelezs 54

2.2.1. Tervezsi szablyok 57 2.3. Vezetknlkli helyi hlzatok 60

2.3.1. Vezetknlkli helyi hlzatok alapvet krdsei 60

2.3.2. Vezetknlkli hlzati termkek fontosabb jellemzi 67

2.3.3. Az IEEE 802.11 szabvnycsald 69

Internet protokollkszlet 71 3.1. Internet Protocol 73

3.1.1. Az IP cmek 73 3.1.2. Az IP datagramok felptse s hasznlata 75 3.1.3. Amivel az IP nem foglalkozik 82

3.2. Transmission Control Protocol 84 3.2.1. A TCP szegmens felptse 85 3.2.2. TCP kapcsolatfelvtel 88 3.2.3. A TCP adatforgalom 90 3.2.4. A TCP kapcsolat lebontsa 94

3.3. User Datagram Protocol 95 3.4. Internet Control Message Protocol 97

3.4.1. ICMP zenetformtum 98 3.4.2. Fontosabb ICMP zenetek 99 3.4.3. Felhasznlk szmra is elrhet ICMP

zenetek 102 3.5. Kiegszt protokollok 103

3.5.1. Address Resolution Protocol 103 3.5.2. Reverse Address Resolution Protocol . . . 104

3.6. Az Internet Protocol 6-os verzija 105

II

3.6.1. Az IPv6 protokoll kialaktsnak fbb szempontjai 106

3.6.2. Az IPv6 datagram felptse 107 3.6.3. IPv4 - IPv6 fejrszeinek sszehasonltsa . 110 3.6.4. IPv6 cmek 111

. 111 vonalvlaszts 117 4.1. Datagramok tovbbtsa 118

4.1.1. Tblzat alap tvonalvlaszts 118 4.1.2. Forrs ltal vgzett tvonalvlaszts . . . 121 4.1.3. Transparent router 122 4.1.4. Proxy ARP 123 4.1.5. Alhlzati tvonalvlaszts 124 4.1.6. Classless Inter-Domain Routing 129

4.2. tvonalvl. tbl. kialaktsa 133 4.2.1. Routing Information Protocol 134 4.2.2. Open Shortest Path First 138 4.2.3. Border Gateway Protocol 140

i. Tovbbi tmakrk 141 5.1. Hlzati alkalmazsok 142

5.1.1. A portszmok kiosztsa 142 5.1.2. Domain Name System 144 5.1.3. Tovbbi alkalmazsok 151

5.2. TCP/IP socket interface 156 5.2.1. A TCP/IP socket interface programozsa 157 5.2.2. A hlzati bjtsorrend figyelembe vtele . 163

G.3. Teljestkpessg-vizsglat 164 5.3.1. Clok, alapfogalmak 164 5.3.2. Mrs 169 5.3.3. Analitikus mdszer 170 5.3.4. Szimulci 173 5.3.5. Mrsi eredmnyek kezelse 178

5.4. Eredmnyek megjelentse 179

111

5.4.1. ltalnos szempontok 179 5.4.2. brzolsi mdok 182 5.4.3. Trkkk 190

A. Unix bevezet 195 A.l. Alapismeretek 195 A.2. Fjlrendszer 196

A.2.1. Knyvtrszerkezet 197 A.2.2. Fjlrendszerrel kapcsolatos parancsok . . 199 A.2.3. Jogosultsgok s kezelsk 201

A.3. Hlzat kezelse 202 A.4. Programfejleszts 203 A.5. Egyb szksges Unix parancsok 204

IV

Elsz

Ez a jegyzet a Szchenyi Istvn Egyetem msodves villamosmrnk BSc hallgatinak oktatott Szmtgp-hlzatok trgyhoz kszlt. A trgy egyrszt az sszes villamosmrnki szakirny szmra nyjt alapvet ismereteket a szmtgp-hlzatokrl, msrszt fontos alapot jelent a tvkzls-informatika szakirny1 tbb trgya (Protokollok s szoftverek, Hlzati opercis rendszerek, Kommunikcis rendszerek programozsa s Hlzatok biztonsga) szmra.

A jegyzet elszr a szksges alapismereteket trgyalja. Ezutn rszletesen foglalkozik a legfontosabb loklis hlzati megoldsokkal (Ethernet s vezetknlkli hlzatok klnbz fajti), majd az internet protokollkszlettel s az tvonalvlasztssal. Betekints szintjn bemutatja a legfontosabb hlzati alkalmazsokat s a TCP/IP socket interface programozst. Vgl egy rvid sszefoglalst ad a szmtgp-hlzatok teljestkpessg-vizsglatra alkalmazhat eljrsokrl s az eredmnyek megjelentsnek mdszereirl, trkkjeirl. A fggelkben tallhat egy rvid Unix sszefoglal, amivel a trgy laborgyakorlatain hasznlt Linux opercis rendszer kezelshez kvnunk segtsget nyjtani a hallgatink szmra.

A szakirnyt csak a nappali tagozatos hallgatink szmra hirdetjk meg.

V

Az rdekld olvask az egyes tmakrknl bsgesen tallnak hivatkozsokat olyan mvekre, melyek az adott tmakrt rszletesebben trgyaljk. Ezek kztt szerepelnek magyar nyelvek is, de a tbbsgk angol nyelv. Ersen btortjuk a hallgatinkat az angol nyelv szakirodalom olvassnak gyakorlsra, mert mrnkknt a megoldand feladataikhoz sok esetben csak angol nyelv szakirodalom ll majd rendelkezskre.

Ha valaki hibt fedez fel ebben a jegyzetben, akkor azt a tvkzls-informatika szakirny honlapjn [20] a trgynl megtallhat mdon tudja bejelenteni.2 Ugyanott megtallhat az aktulis hibajegyzk elrhetsge is.

Jelen kiads a 2007. vi els kiads javtott vltozata. Ksznetemet fejezem ki mindazoknak, akik a hibkat bejelentettk, s ezzel hozzjrultak a jegyzet minsgnek javtshoz.

Lencse Gbor

2 A trgy hallgati az elsknt bejelentett hibkrt valamilyen jutalma

zsban rszeslnek, ennek mdjt s mrtkt flvenknt llaptjuk meg.

VI

1 . f e j e z e t

Bevezets

E jegyzet terjedelme nem teszi lehetv, hogy a szmtgp-hlzatok ltrejttnek trtnetvel, fejldsvel rszletesen foglalkozzunk.1 Elszr definiljuk, hogy mit tekintnk szmt-gp-hlzatnak, majd megvizsgljuk, mi is a clja, feladata.

Definci: A szmtgp-hlzat autonm (nll mkdsre kpes) szmtgpek sszekapcsolt (informcicserre kpes) rendszere.2

De mirt hasznlunk szmtgp-hlzatokat, mi a szmtgp-hlzat clja, feladata?

kommunikci ember-ember kztt, pldul: e-mail, IP telefon, hrcsoportok, stb.

erforrs-megoszts - pldul adatok, httrtr, processzor, memria, perifrik megosztsa ms szmtgpek, illetve azok felhasznli szmra

1 Ebben a fejezetben fleg az irodalomjegyzkben tallhat [17J knyvre

tmaszkodunk, amit - mint a tmban alapmvet - minden rdekld szmra ajnlunk.

2Ma mr ennl szlesebb rtelemben is hasznljuk.

2 FEJEZETI. BEVEZETS

nagy megbzhatsg erforrs tbbszrzssel, akr klnbz telephelyeken (pldul szmtsi kapacits tbbszrzse vagy adatbzisok repliklsa katasztrfa elleni vdekezsre)

kltsghatkonysg feladatsztosztssal: szuperszmtgp helyett munkallomsok csoportja (lnyegesen olcsbban elrhet a kvnt szmtsi kapacits, termszetesen csak bizonyos feladat osztlyra hatkony)

Hogyan valsthatk meg ezek a clok s ms hasonlk? Ez sajnos nem tartozik vizsgldsunk krbe3, a fenti alkalmazsok viszont kell motivcit nyjtanak a szmukra nlklzhetetlen szmtgp-hlzatok alapos megismersre.

1 . 1 . A l a p f o g a l m a k

Nemsokra ltni fogjuk, hogy nem kevs feladatot kell megoldanunk ahhoz, hogy kt egymstl tvoli szmtgp kommuniklni tudjon egymssal. A tervezsi bonyolultsg cskkentse rdekben a megoldand feladatot rtegekre bontssal strukturlhatjuk. Ezek a rtegek egymsra pl szinteket jelentenek. Egy rteg az alatta lev (egyszerbb feladatot megold) rteg szolgltatsait felhasznlva annl bonyolultabb, rtknvelt" szolgltatst nyjt a felette lev rtegnek. Egy adott rteg vizsglatakor az alatta lev rtegeket fekete doboznak tekinthetjk: nem foglalkozunk azzal, hogy milyen a bels mkdse, szmunkra csak az rdekes, hogy hogyan viselkedik.

A hlzat valamely rtege, mint fekete doboz az 1.1. brn lthat. A rajz kt oldaln tallhat A" s B" entitsok,

3 r d e k l d h a l l g a t i n k a tvkzls-informatika s z a k i r n y o n v l a s z t k a p h a t n a k e r r e a k r d s r e .

1.1. ALAPFOGALMAK

p r o t o k o l l

1.1. bra. A fekete doboz modell

vagy processzek egymssal kommuniklni akarnak. Az A" k-rst4 intz az alsbb rteghez, amely szmra fekete dobozknt ltszik, eltakarva a bels mkdst. A krst ez a rteg valamilyen formban eljuttatja B"-hez (bejelents). B" egy vlaszt kld szintn az alsbb rteget hasznlva, mely A" fel egy megerstst tovbbt. Pldnkban A" kommuniklt B"-vel. A kommunikci nyelve" a, protokoll, amelyet mindkt entits rt. Fizikailag azonban nem egymssal beszlnek", hiszen nem ltjk" egymst, hanem mindketten az alsbb szintet krik meg a kommunikci lebonyoltsra. A fekete doboz belseje hasonlkppen pl fel, benne kt jabb entits tallhat, valamilyen

4 k r s , b e j e l e n t s , v l a s z , m e g e r s t s : a z 1.2 a l f e j e z e t b e n t r g y a l t O S I m o d e l l k i f e j e z s e i .

4 FEJEZET 1. BEVEZETS

(a fentitl eltr) nyelvvel, amelyet mindketten rtenek, s az interfszek segtsgvel ismt egy alsbb rtegen keresztl jut t az informci.

Definiljuk most formlisan is az j fogalmakat: Definci: Az entits (vagy ms kifejezssel: processz) az

egyes rtegekben lv aktv cselekv. Az azonos rtegben lv entitsokat trsentitsoknak (peer entities) nevezzk.

Definci: A protokoll a klnbz gpeken fut n-edik szint (= n-edik rtegben elhelyezked) entitsok (vagy pro-cesszek) egymssal val kommunikcija sorn hasznlt szablyok s konvencik sszessge.

Definci: A szolgltats elemi mveletek (primitvek) halmazval rhat le, amelyek a szolgltatst elrhetv teszik a felhasznl vagy ms entitsok szmra.

Definci: Az interfsz az adott rteg ltal az eggyel felette lv rteg szmra biztostott elemi mveletek s szolgltatsok sszessge.

Definci: A hlzat architektrja rtegeket s protokollokat tartalmaz.

A hlzati architektra a definci szerint nem tartalmazza az interfszeket. A kvetkez pldnkban szemlletesen ltszik, hogy azonos architektrk, de eltr interfszek hasznlata esetn mkdik a kommunikci. Az "A" entitsunk most legyen egy sketnma ember, a B" entits pedig egy vak s bna ember. Az alkalmazott interfszek teht eltrek lesznek, az elsnl monitor s billentyzet, mg a msodiknl fejhallgat s mikrofon. Mivel azonban mindketten magyarul beszlnek, meg fogjk rteni egymst, feltve, hogy (pldul) a B" gpn egy program az A" levelt felolvassa, s a B" beszdt ASCII szvegg alaktva az A"-nak elkldi.

Vizsgljuk meg a rtegek kztti kapcsolatokat ltalnosan! Az 1.2. brn hrom rteg lthat. (Az azonos szinten lv entitsok kztt kellen nagy fizikai tvolsg is lehet, pldul

1.1. ALAPFOGALMAK 5

1.2. bra. Rtegek kztti kapcsolat

Az 1.2. bra rvidtsei:

Ent. - Entity (entits)

SAP - Service Access Point (szolgltats elrsi pont)

PDU - Protocol Data Unit (protokoll adategysg)

PCI - Protocol Control Information (protokoll vezrlsi informci)

SDU - Service Data Unit (szolgltats adategysg)

Magyarorszg - USA.) Az N-edik szinten az entitsok egymssal az N-edik szint protokollal kommuniklnak logikailag. Fizikailag az alattuk lv N 1-edik rtegtl az N 1-edik szint interfsz megfelel szolgltats elrsi pontjn (SAP) keresztl krnek szolgltatsokat. Az N 1-edik rteg szolgltats elrsi pontjai kztt N 1-edik szint kapcsolat jn ltre. Az bra jobb oldaln az N-edik rtegben lthatjuk az N-edik rteg protokoll adategysgt (PDU), mely kt rszbl, a fejrszbl (PCI)

FEJEZET 1. BEVEZETS

s a szolgltats adategysgbl (SDU) tevdik ssze. A PCI gyakorlatilag a szolglati kzlemny az N-edik szint trsentits (peer entity) szmra, az SDU pedig az tvinni kvnt adat, amit az N-edik szint entits az N + 1-edik rtegtl kapott. Az egyes rtegek teht mindig hozzteszik a sajt vezrlsi informcijukat a felettk lv rtegtl kapott informcihoz mintegy begyazva (packing) az elkldend adatot, mg a msik oldalon felfel haladva pedig kibonts (unpacking) trtnik, aminek az eredmnye a korbban becsomagolt informci lesz.

Termszetesen a rtegek szma mindig vges, vagyis a legals rtegben mr nem vesszk ignybe egy jabb rteg kzremkdst, hanem valamilyen mdon megtrtnik az informci tvitele. A rtegek szma tervezi dnts.

1.2. Az OSI s a T C P / I P referenciamodell

Az OSI hivatkozsi modell az 1.3. brn lthat. Ez a modell a Nemzetkzi Szabvnygyi Szervezet (ISO - International Organization for Standardization) ajnlsa. Ezt a modellt hivatalosan OSI (Open System Interconnection = nylt rendszerek sszekapcsolsa) hivatkozsi vagy referenciamodellnek nevezik, s egy olyan ajnlst definil, amelynek megfelel rendszerek egymssal elvileg kpesek egyttmkdni. Br valban lteznek is OSI szerinti hlzatok, mi ezt csak referenciamodellknt hasznljuk, azaz klnbz hlzatok trgyalsakor az egyes rtegekben definilt funkcikszletre a rteg nevvel vagy szmval5 hivatkozunk.

Most rviden sszefoglaljuk az egyes rtegek feladatt (alulrl felfele haladva).

Fizikai r t e g A fizikai rteg (physical layer) feladata az, hogy tovbbtsa a biteket a kommunikcis csatornn. (Azaz a

5 A r t e g e k e t a lu l rl felfele 1-tl 7-ig s z m o z z u k .

1.2. AZ OSI S A TCP/IP REFERENCIAMODELL 7

1.3. bra. OSI referenciamodell

rtegnek biztostania kell azt, hogy az egyik oldalon elkldtt l-es bit a msik oldalon is 1-knt rkezzen meg, a 0 rtk bit pedig 0-knt.) Ez a rteg tipikusan olyan krdsekkel foglalkozik, hogy milyen tviteli kzeget s milyen csatlakozkat hasznljunk, milyen kdolsokat (modulcit) alkalmazzunk (pldul: milyen feszltsgszintet hasznljunk a logikai 1, s mekkort a logikai 0 reprezentlshoz), mennyi ideig tartson egy bit tovbbtsa, az tvitel megvalsthat-e egyszerre mindkt irnyban, miknt jn ltre s hogyan bomlik le az sszekttets, ha mr nincs szksg r, stb. Az tvitel adategysge a bit vagy szimblum.

A d a t k a p c s o l a t i r t e g Az adatkapcsolati rteg (data link layer) legfontosabb feladata az, hogy a fizikai szint szolgltatsainak ignybevtelvel a hlzati rteg szmra hibktl mentes tvitelt biztostson szomszdos llomsok


kztt. Ehhez az tviend informcit kereiekbe (frame) szervezi (ezek tipikusan nhny szz vagy nhny ezer bjtbl llnak), amelyek az adatokon kvl termszetesen szolglati kzlemnyeket" (azaz a trsentitsnak szl vezrl informcit) is tartalmaznak (pldul melyik lloms kldi melyik llomsnak, a cmzettnek mit kell a kerettel tennie) ezeket a megfelel sorrendben elkldi a clllomsnak, majd vgl feldolgozza a vev ltal visszakldtt nyugtz kereteket (aminek sorn esetleg nhny keretet jra kell adnia). A kommunikci adategysge teht a keret.

Hlzati rteg A hlzati rteg (network layer) f feladata az, hogy az adatkapcsolati rteg szomszdos llomsok kztti tviteli kpessgre ptve megoldja a csomagok eljuttatst a forrsgptl a clgpig. A legfontosabb krds itt az, hogy milyen tvonalon kell a csomagokat a forrsllomstl a clllomsig eljuttatni. A torldsvdelem (congestion control) megvalstsa is e rteg feladata. Ebben a rtegben az adategysget csomagnak nevezzk.

Szlltsi rteg A szlltsi rteg (transport layer) legfontosabb feladata az, hogy kijavtsa a hlzati rtegben elfordul esetleges hibkat (pldul csomagveszts, sorrendcsere), s gy vgponttl vgpontig terjed megbzhat tvitelt biztostson. Ebben a rtegben (a fltte lev rtegekhez hasonlan) nincs kln specilis neve az adategysgnek, egyszeren csak szlltsi szint adategysgnek nevezzk.

Viszony rteg A viszony rteg (session layer) feladatra j plda az ellenrzsi pontok alkalmazsa. Nagy fjlok tvitelekor a kapcsolat megszakadsa esetn az utols ellenrzsi ponttl folytathat az tvitel.

1.2. AZ OSI S A TCP/IP REFERENCIAMODELL 9

Megjelentsi rteg A megjelentsi rteg (presentation layer) tipikus feladata az adatok szabvnyos mdon trtn kdolsa. Pldul ASCII, EBCDIC, Unicode; a klnbz szm brzolsok, stb.

Alkalmazsi rteg Az alkalmazsi rteg (application layer) szmos hlzati szolgltats protokolljt tartalmazhatja, pldul: elektronikus levelezs, tvoli bejelentkezs, klnfle fjltviteli s elrsi protokollok. (Ezeket ltja" egy tlag felhasznl a hlzatbl.)

A tovbbiakban az egyes rtegek feladatval rszletesen meg fogunk ismerkedni. Azonban mr a fenti rvid sszefoglalsbl is ltszik, hogy nmely rtegnek tbb, msiknak kevesebb feladata van. gy termszetesen a ksbbiekben ms-ms sllyal fognak szerepelni az egyes rtegek.

Most mg annyit emltnk meg, hogy az OSI modellben az adatkapcsolati rtegbe nagyon sok funkci kerlt, ezrt az IEEE 802 szabvnyban ezt a rteget kt alrtegre bontottk. Kzlk az als a MAC (Media Access Control - kzeghozzfrs vezrls), a fels az LLC (Logical Link Control - logikai kapcsolatvezrls) alrteg.

Hlzati rteg

Adatkapcsolati rteg LLC Logical Link Control

MAC Media Access Control

1.4. bra. Az adatkapcsolati rteg alrtegei

Az alrtegek az albbiak szerint osztoznak az adatkapcsolati rteg feladatain:


A M A C alrteg feladata meghatrozni, hogy az adott pillanatban az llomsok kzl melyik adhat a csatornn.

Az LLC alrteg feladata a forgalomszablyozs (flow control), a hibajavt kdols, a nyugtzs s (szksg esetn) az ismtlskrs.

Az OSI modell a gyakorlatban nem terjedt el, helyette a TCP/IP modell kapta a nagyobb szerepet, de mint referenciamodell jl hasznlhat, mert szerepelnek benne a megvalstand funkcik, s hogy azok hol helyezkednek el, hogyan plnek egymsra.

Az 1.5. brn jl lthatk a klnbsgek: a T C P / I P modell kevesebb rteget definil, mint az OSI modell.

A T C P / I P modell IP (angolul Internet Protocol, magyarul internet protokoll) rtege megfelel az OSI modell hlzati rtegnek, a TCP (Transmission Control Protocol - tvitel vezrlsi protokoll) rtege pedig a szlltsi rtegnek. A T C P / I P modellben a hordoz hlzat az OSI modell kt als rtegnek a funkcijt ltja el. Teljesen hinyzik viszont a megjelentsi s a viszony rtegek megfelelje. Az alkalmazsok termszetesen tartalmazhatjk ezeket a funkcikat, de nem felttlenl tallhatk meg bennk. (Pldul egy hagyomnyos f t p programnl megszakads esetn kezdhetjk ellrl a letltst, de vannak olyan fjlletlt programok, amelyek kpesek folytatni a megszakadt letltst.)

6 E g y l a s s a b b l l o m s n a k l e h e t s g e v a n a r r a , h o g y egy g y o r s a b b l l o m s n e k i szl a d s t fkezze, s a g y o r s a b b l l o m s c s a k o l y a n sebessggel a d j o n , h o g y a l a s s a b b k p e s legyen feldolgozni.

1.3. HLZATI TOPOLGIK 11

1.5. bra. OSI s a T C P / I P referenciamodellek sszehasonltsa

1.3. Hlzati topolgik

Egy szmtgp-hlzat fontos jellemzje annak topolgija7. Attl fggen, hogy az llomsainkat sszekt hlzat pontpont kapcsolatokbl ll, vagy zenetszrsos csatornt tartalmaz, ms-ms topolgik lehetsgesek. A pont-pont sszekttets azt jelenti, hogy minden hlzati csatorna pontosan kt csomponthoz kapcsoldik, mg az zenetszrsos csatorna esetn a csatornra (bizonyos hatron bell) tetszleges szm lloms kapcsoldhat.

7 A t o p o l g i t a m a t e m a t i k u s o k gumi geometrinak. is nevezik, m e r t c s a k

a z s z m t , h o g y m e l y p o n t o k m e l y p o n t o k k a l v a n n a k sszektve, s n e m foglalkozik a z o k t n y l e g e s e lhelyezkedsvel , a k z t k lev tvo l sgokka l .


1.3.1. P o n t - p o n t s s z e k t t e t s e s e t n

tfle topolgit klnbztetnk meg: csillag, fa, gyr, teljes s szablytalan (1.6. bra).

1.6. bra. Topolgik: a) csillag, b) fa, c) gyr, d) teljes, e) szablytalan

A csillag topolgiban egy kzponthoz (csillagpont) kapcsoldik az sszes tbbi lloms.

A fa struktra egy krmentes grf, gy brmely kt pontja kztt csak egy tvonal ltezik.

A gyr topolgia grfja egy krbl ll, minden llomsnak kt szomszdja van.

A teljes grf megoldsban minden lloms minden llomssal kzvetlenl ssze van ktve. A kapcsolatok szma n csompont esetn: n(n l)/2.

Szablytalannak nevezzk mindazt, ami az els ngybe nem fr bele. (Termszetesen rszgrfknt tartalmazhatja azok brmelyikt.)

Az els ngyet helyi hlzatoknl, a szablytalant fleg nagy tvolsgok thidalsnl alkalmazzk.

1.3. HLZATI TOPOLGIK 13

1.3.2. T b b s z r s hozzfrs c s a t o r n a e s e t n

A topolgia lehet busz vagy gyr, illetve megklnbztetjk a mholdas adatszrs topolgijt (1.7. bra).

1.7. bra. Topolgik: a) busz, b) gyr, c) mholdas

A busz rendszerben ha valaki ad, azt mindenki hallja. A busz vgein hullmimpedancival val lezrst kell alkalmazni, hogy a jelek ne verdjenek vissza (mintha vgtelen hossz lenne a vezetk).

A gyr megvalstsa pont-pont kapcsolatokbl ll. gy lehet mgis zenetszrsos csatornaknt hasznlni, hogy az llomsok ismtelnek, mg az informci vissza nem r az adhoz, s az eredeti ad vonja ki a gyrbl. gy minden llomson keresztlhalad az informci, teht lehetsg van arra, hogy akr mind az sszes, akr csak a cmzett vegye azt, hasonlan a busz topolgihoz.

A mholdas rendszerben az llomsok nem ltjk egymst (azaz kzvetlenl nem kpesek egymssal kommuniklni, csak a mholdon keresztl), a mholdat a fldi llomsok egy bizonyos frekvencin szltjk meg, s az egy msik frekvencin vlaszol nekik.


1 . 4 . M A C p r o t o k o l l o k

Most megismernk nhny MAC protokollt. Ezek kzl nmelyeket olyan rendszerhez fejlesztettek ki, amelyet mr nem hasznlnak, de a trtneti rdekessgen tl azrt is rdemes8

mindegyiket alaptlet szintjn megismerni, mert a hlzatok fejldsvel ismt elllhat olyan helyzet, amikor alkalmazhatk lesznek.

1.4.1. A L O H A

Az ALOHA protokollt rdis rendszerre terveztk. Master-slave (mester-szolga) hierarchiban lev gpek kztti kommunikcit biztost. A kitntetett llomst (master) kt csatorna kti ssze a tbbi llomssal (zemi s nyugtz). Egy slave brmikor adhat az zemi csatornn, azonban ha egy msik slave egy idben adott vele, akkor tkzs lp fel. tkzs esetn mindkt slave kerete elveszik akkor is, ha az tlapolds csak rszleges. Amennyiben a master helyesen vette az adst, nyugtt kld a slave-nek. Mivel ezt a nyugtz csatornn vgzi, nem lphet fel tkzs {ugyanis ezen a csatornn csak a master adhat). Ha a slave nem kap nyugtt az elkldtt keretrl, akkor jra leadja azt, felttelezve, hogy az elz kerete tkzst szenvedett s elveszett. Egy ilyen tkzst szemlltet az 1.8. bra. A protokoll elrja az azonos kerethosszak hasznlatt.

Vgtelen populcij modell szerint, ha az ignyek Poisson eloszlsak, a maximlis kihasznltsg legfeljebb 18% lehet, lsd az 1.14. brt a 19. oldalon. A grbn lthatjuk, hogy a kihasznltsg egy hatrig n, de aztn ahogy a prblkozsok

8 E z e n k v l d i d a k t i k a i l a g i s h a s z n o s a k : n m e l y i k i s m e r e t e e lseg t i a m s i k m e g i s m e r s t , v a l a m i n t t e l j e s e b b k p e t n y e r n k a l e h e t s g e k r l , h a o l y a n M A C p r o t o k o l l o k k a l i s t a l l k o z u n k , a m e l y e k e t a j e l e n l e g e l t e r j e d t e b b h l z a t o k b a n p p e n n e m a l k a l m a z n a k .

1.4. MAG PROTOKOLLOK 15

1.8. bra. ALOHA keretek tkzse hrom lloms esetn (t = tkzs miatt elveszett id)

Szma emelkedik, az teresztkpessg egyre cskken. Ez termszetesen az tkzsek egyre nvekv arnya miatt van gy.

1.4.2. R s e l t A L O H A

Az ALOHA protokolljbl nyerjk idrsekkel val kiegsztssel. Az zemi csatornn egymssal verseng slave llomsok az idrs elejn kezdhetnek adni. Az idrsek kezdett a master ltal kibocstott szinkron jel jelzi. (Egy idrs termszetesen valamennyivel hosszabb az egy keret leadshoz szksges idnl, ez vd a terjedsi id okozta gondokkal szemben.) Az idrsek hasznlata miatt az tkzsek teljesek (1.9. bra). gy ha tkzs trtnik, akkor azzal 1 idrst vesztnk, szemben az ALOHA protokollal, ahol szerencstlen esetben kt keret tkzse kzel 2 keretidnyi vesztesget okozhatott. A maximlis kihasznltsg gy 36%-ra nhet, lsd az 1.14. brt.

1.4.3. C S M A

A CSMA-t (Carrier Sense Multiple Access = vivrzkelses tbbszrs hozzfrs) kbeles rendszerekben alkalmazzk. Itt

FEJEZET 1. BEVEZETS

1.9. bra. Rselt ALOHA keretek tkzse hrom lloms esetn (t = tkzs miatt elveszett id)

biztonsggal megoldhat, hogy az llomsok figyelik a csatornt, s addig nem adnak, amg az foglalt. A protokollnak tbb vltozata van.

1-perzisztens C S M A

Az A" lloms belehallgat a csatornba. Ha foglalt, addig vr, mg a B" lloms be nem fejezte a keretet (kzben figyeli a csatornt), s utna azonnal adni kezdi a sajtjt (1.10. bra).

B A

1.10. bra. 1-perzisztens CSMA

A mdszer htrnya: ha a B" lloms adsa alatt az A" s a C" lloms is adsra ksz, amikor B" befejezi az adst,

1.4. MAC PROTOKOLLOK 17

mind a kett adni kezd; ekkor kereteik tkznek s elvesznek (1.11. bra).

1.11. bra. tkzs 1-perzisztens CSMA esetn

Nemperzisztens C S M A

Az A" lloms belehallgat a csatornba, mivel foglalt, t ideig vr, majd jra megvizsglja, hogy szabad-e a csatorna. Ha szabad, akkor ad, ha nem, megint vr t ideig s jra prblkozik (1.12. bra). Ez abban az esetben elnys, ha sokan akarnak adni, mert nagy valsznsggel elkerlik azt, hogy egy keret befejezdsekor tbben egyszerre adjanak.

t

1.12. bra. Nemperzisztens CSMA


p-perzisztens C S M A

Az A" lloms belehallgat a csatornba, ha foglalt, addig vr, mg B" lloms be nem fejezte a keretet, s utna p valsznsggel adni kezdi sajtjt, illetve (1 p) valsznsggel t ideig vr, majd jra prblkozik (0 < p < 1) (1.13. bra).

p valsznsggel (1 -p) valsznsggel

1.13. bra. p-perzisztens CSMA

C S M A vltozatok sszehasonltsa

Az 1.14. bra azt sugallja, hogy minl kisebb a perzisztencia, annl jobb a csatornakihasznltsg. Ez igaz is, de egy fontos tnyrl nem szabad megfeledkeznnk. A csatorna kihasznltsg nvelsnek ra van. Ha a 0,01-perzisztens CSMA-t nzzk, ilyen nagy kihasznltsg elrshez az kell, hogy egy adsra ksz lloms csak 0,01 valsznsggel kezdjen adni, miutn a msik abbahagyta. Ennek az lesz a kvetkezmnye, hogy az llomsoknak igen sokig kell vrniuk! A kihasznltsg magas, viszont a felhasznlk sokat vrakoznak. sszegzsknt megllapthatjuk teht, hogy egyik protokollt sem nevezhetjk jobbnak a msiknl, viszont a forgalom mrtktl fggen egyik vagy msik hatkonyabb lehet.

1.14. bra. Vletlen hozzfrs protokollok sszehasonltsa a terhels fggvnyben mrt csatornakihasznltsg alapjn (S = teresztkpessg/keretid, G = prblkozsok szma/ke-retid) [17]

1.4.4. C S M A / C D

A CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection = tkzsrzkelssel kiegsztett vivrzkelses tbbszrs hozzfrs) azt jelenti, hogy valamelyik CSMA-t kiegsztik tkzsrzkelssel, teht ha egy lloms nem rzkelt vivt s adni kezdett, utna figyeli a csatornt, s ha egy msik lloms adst rzkeli, akkor abbahagyja az adst. Ezt teljestmnymrssel valstja meg: ha nagyobb teljestmnyt rzkel, mint amit kiadott, tkzs trtnt. Ez a mdszer azt felttelezi, hogy a kt legtvolabbi lloms kztt is csak olyan kis csillapts megengedett, hogy az llomsok mg rzkeljk


egyms teljestmnyt.9 A protokoll tovbbfejlesztett vltozatt alkalmazzk az Ethernet hlzatoknl, gy ezzel rszletesen fogunk foglalkozni.

1.4.5. T o k e n R i n g

A Token Ring (vezrjeles gyr, IEEE 802.5, 1.15. bra) mr elavult hlzatnak szmt, gy ezzel nem fogunk rszletesen foglalkozni, de a MAC protokolljt rdemes egy kicsit megismerni. A fbb tulajdonsgai:

gyr topolgit hasznl (pont-pont kztti kapcsolatok fizikailag)

a token (vezrjel) egy specilis keret

az adhat, akinl a token van

tbbi lloms ismtel (a cmzett trolja is a keretet)

a tokent megszabott id utn tovbb kell adni

tkzs nincs, gy j kihasznltsg rhet el

1.4.6. T o k e n B u s

A Token Bus (vezrjeles sn/busz, IEEE 802.4, 1.16. bra) is a mlt, itt is csak a MAC protokolljra vetnk egy pillantst. Fbb jellemzi:

a topolgia: busz/sn

9 V e g y k szre, hogy a z e g y r e k i f i n o m u l t a b b p r o t o k o l l o k ( A L O H A , rselt A L O H A , C S M A , C S M A / C D ) egyre t b b fe l t te l t k v e t e l n e k m e g a z a l k a l m a z h a t s g u k h o z !

1.4. MAC PROTOKOLLOK 21

1.15. bra. Token Ring

az llomsok a token tovbbtsa szempontjbl gyrt alkotnak (logikai gyr), azaz mindegyik lloms tudja, hogy melyik llomstl kapja s kinek adja tovbb a vezrjelet

egy lloms adatkeretet brmely llomsnak kldhet

A logikai gyrbe val belps versengses protokollal trtnik, ahol tkzs lehetsges, de az adatforgalom a tokenes MAC protokoll miatt itt is tkzsmentes.

1.16. bra. Token Bus


Helyi hlzatok

A szmtgp hlzatokat kiterjedsk alapjn ltalban a kvetkez kategrikba szoktk sorolni:

L A N (Local Area Network - helyi hlzat) A hlzat tmrje nhny 100 mter (esetleg nhny km). Tipikusan egy plet vagy egy telephely szmtgpeit ktikssze. Ide soroljuk az Ethernet hlzatok klnfle fajtit s a mr elavultnak szmt vezrjeles gyr s vezrjeles busz hlzatokat. Ujabban egyre terjednek a WLAN (wireless LAN - vezetknlkli LAN) megoldsok.

M A N (Metropolitan Area Network - nagyvrosi hlzat) A hlzat tmrje nhnyszor 10 km. Rgebben els szm kpviselnek szmtott az FDDI, s ide tartozott a gyakorlatban nem sokat hasznlt DQDB is. Ma a MAN rsznek tekintjk a - hozzfrsi hlzatknt hasznlt -ADSL-t, ADSL2-t s VDSL-t is. A kbel TV fltti adattviteli megoldsok (pl. DOCSIS) sorolhatk mg ebbe a kategriba.

21 2. FEJEZET. HELYI HLZATOK

WAN (Wide Area Network - nagy kiterjeds hlzat) A hlzat tmrje nhny 100 km-tl terjedhet a kontinenseket behlz hlzatokig. Technolgiailag ide tartoznak: X.25, frame relay, brelt vonal, SDH, ATM, stb.

A csoportosts meglehetsen hozzvetleges. A WLAN hlzatokat is szoktk hozzfrsi hlzatknt hasznlni akr nagyvrosban1 is, de mg inkbb ritkn lakott terleteken, illetve az vegszlas Ethernet hlzatok bizonyos fajti is hasznlhatk ilyen clra!

Megklnbztethetjk mg a Personal Area Net-work (szemlyes trbeli hlzat) kategrit is, ami tipikusan az lm -10 m tmrj hlzatokat jelenti, ezeket azonban nem felttlenl (klasszikus rtelemben vett) szmtgpek, hanem egyb eszkzk, pldul mobiltelefonok, PDA-k, stb. csatlakoztatsra hasznljk. A technolgik kzl ide sorolhat pldul a Bluetooth. Ezzel a kategrival e jegyzet keretben mlyebben nem foglalkozunk.

2.1. Ethernet hlzatok

Az Ethernet hlzatokrl tbb knyv is elrhet magyar nyelven, ezek kzl egy ttekint m: [6], melynek eredeti angol vltozata is beszerezhet: [7]. Csak a Fast Ethernettel foglalkozik: [13].

Az Ethernet hlzatokat eredetileg hrom egyttmkd cg, a D E C 2 , az Intel s a Xerox alkotta meg."1 Ezt 1980-ban publikltk az n. kk knyvben (Blue Book). Azutn 1982-ben kiadtk a msodik verzit is: Ethernet v2.0, ami nhny dologban eltr az eredetitl.

1 W M A N - n a k kel lene n e v e z n i ! 2 D i g i t a l E q u i p m e n t C o r p o r a t i o n , a m i k s b b b e o l v a d t a C o m p a q - b a ,

a m i v i s z o n t a z u t n egyesl t a H P - v e l . k e z d b e t i k a l a p j n ezt a v e r z i t D I X E t h e r n e t n e k i s hvjk.

2.1. ETHERNET HLZATOK 25

Az IEEE lnyegben tvette az Ethernet elrsait, de tfogalmazta, preczebb tette, valamint bevezetett nhny mdostst is, ez lett az IEEE 802.3 szabvny. Mindezek csak a (nemsokra ismertetsre kerl) vastag koaxilis kbel alap technolgit tartalmaztk. Azta sok ms kzeget is hasznlunk (vkony koaxilis kbel, csavart rprnak s vegszlnak tbbfle tpusa), ezek az IEEE szabvnyban kiegsztsknt szerepelnek, amit a szabvnyszmhoz rt kisbetvel jellnk, pldul IEEE 802.3a. A tovbbiakban az egyszerbb szhasznlat kedvrt az IEEE 802.3 csaldba tartoz sszes technolgit egyszeren csak Ethernetnek hvjuk.

2 . 1 . 1 . E t h e r n e t h l z a t o k fajtinak t t e k i n t s e

Az Ethernet hlzatok fajtit a kvetkezkppen jelljk. A Base szcskval fejezzk ki, hogy a fizikai rtegben alapsvi kdolst hasznlunk (s nem valami vivfrekvencit modullunk). A Base szcska el rjuk az tviteli sebessget Mbit/s-ban megadva. A korbban kifejlesztett koaxilis kbel alap tpusoknl a Base utn egy szmjegy ll, ami (a tpus azonostsn tl) megadja a szegmenshossz kzelt rtkt 100m-ben kifejezve: 10Base5 s 10Base2. Az sszes tbbi esetben a Base utn ll bet, betkombinci vagy bet s szmkombinci csupn azonostja a tpust, s nem hordoz kzvetlenl szegmenshossz informcit. Pldul: 10BaseT, 100BaseT4, 1000BaseSX.

A 2.1. tblzatban rviden ttekintjk az Ethernet hlzatok fajtit.4 Az els kett (10Base5 s 10Base2) busz topolgit hasznl, a tbbi csillagot. A busz topolgia elnye, hogy nem ignyel kln aktv eszkzt, htrnya viszont, hogy ha valahol megsrl, akkor az egsz szegmens zemkptelen lesz. A csillag topolgia esetben a csillagpontban valamilyen (2.1.7.-ben megismerend) aktv eszkz tallhat. Ebben az esetben egy

4 V a n 1 0 G b i t / s s e b e s s g E t h e r n e t s z a b v n y is, d e az t n e m t r g y a l j u k .


szegmens srlse miatt csak az adott szegmensen lev lloms nem tud kommuniklni. Amint a tblzatban lthattuk, a busz topolgij hlzatok koaxilis kbelt hasznlnak. Ennek nyilvn az az oka, hogy kifejlesztsk idejn az akkori technolgia mellett ez a kbel volt alkalmas a megbzhat tvitelre az akkor meglehetsen nagynak szmt 10 Mbit/s sebessg mellett. A technolgia fejldse azonban lehetv tette, hogy rnykolatlan csavart rprat hasznljunk ugyanakkora, st egyre nagyobb tviteli sebessg mellett. (Az tviteli kzegekrl bvebben: 2.1.2.) Az Ethernet hlzatok egyes fajtival kln-kln is foglalkozunk 2.1.9-ben, de elbb mg meg kell szereznnk a szksges elismereteket.

2.1.2. E t h e r n e t h l z a t o k f i z ika i k z e g e i s csat lakoz i

Vastag koaxilis kbel

Az Ethernet hlzat legels fajtja, a 10Base5 50 ohm-os vastag koaxilis kbelt5 hasznl tviteli kzegknt. A busz topolgibl addan a kbel vgt a reflexi elkerlse rdekben hullmimpedancival (50ohm) le kell zrni, ami azt jelenti, hogy a kbel vgein a kbel bels (n. meleg) ere s a kls rnykols kz kell bektni a megfelel teljestmnyre mretezett 50 ohm-os ellenllsokat, amint a 2.1. bra is mutatja.

A vastag koaxilis kbel hasznlatnak egyik jelents htrnya az, hogy a kbelt (a szerkezetnek megvsa rdekben) csak kellen nagy sugar vben szabad hajltani, gy a szerelse nagy gondossgot ignyel.

A kbelen 2,5 mterenknt elre kialaktott s megjellt csatlakozsi pontok tallhatk. Ezeken a helyeken a kbel szerkezett gy alaktottk ki, hogy alkalmas legyen a transcei-

5 A k b . h v e l y k u j j n y i v a s t a g s g , s r g a sz n (egyesek s z e r i n t k e r t i locsolcsre e m l k e z t e t ) koaxi l i s k b e l t a n g o l u l yellow cablenek is nevez ik .


Tpus tviteli kzeg Max. szegm. hossz

Csatlakoz

10Base5 vastag koax 500 m vmpr 10Base2 vkony koax (RG 58) 185 m

(200 m) BNC, T-dug

10BaseT UTP (Cat3) 100 m RJ 45 10BaseF vegszl 2000 m SC, ST 100BaseTX UTP (Cat5) 100 m RJ 45 100BaseT4 UTP (Cat3) 100 m RJ 45 100BaseT2 UTP (Cat3) 100 m RJ 45 100BaseFX vegszl 2000 ni SC, ST 1000BaseT UTP (Cat5e) 100 m RJ 45 1000BaseSX vegszl

(MMF 62,5 mikrom) 220 m

275 m

SC, ST, LG, MTRJ

1000BaseSX vegszl

(MMF 50/125 H 500 m

550 m

SC, ST, LC, MTRJ

1000BaseLX vegszl (MMF) 550 m SC, ST, LC, MTRJ

1000BaseLX vegszl (SMF, 9 mikrom) 5 km SC, ST, LC, MTRJ

1000BaseCX STP 25 m rnykolt RJ 45

2.1. tblzat. Ethernet hlzat fajtk nhny jellemzje [6].

verek (magyarul advevk) vmprcsatlakozval trtn csatlakoztatsra. A vmprcsatol tskje ppen annyira hatol be


2.1. bra. Kbellezrs

a kbelbe, hogy mr biztos kontaktust teremtsen a kbel meleg ervel, de ne vgja el azt. A 2.2. brn ez kinagytva is lthat. A transceiver ltja el az ads, a vtel s az tkzs rzkels feladatt. A transceiver az AUI kbelen (Attachment Unit Interface cable) keresztl 4 rpr segtsgvel kommunikl a szmtgpben tallhat hlzati krtyval: ads, vtel, vezrls, tpellts. (Rgi hlkrtykon mg megfigyelhet a 15 rintkezs AUI csatlakoz.) Az Ethernet hlzatok tbbi tpusnl a transceiver a hlzati krtyn tallhat!

A 10Base5 szabvny szerint egy szegmensre legfeljebb 100 lloms kapcsolhat.

AUI cable

2.2. bra. Transceiver vmprcsatlakozval


Vkony koaxilis kbel

A tipikusan szrke vagy fekete szn RG 58-as jelzs vkony koaxilis kbel mr jval knnyebben kezelhet, mint a vastag. Egyrszt kisebb a hajltsi sugr, msrszt knnyebb a szerelse, mert kznsges ipari BNC csatlakozkat hasznlhatunk. 10Base2 hlzat ptsekor a kbelt minden olyan helyen el kell vgni, ahol esetleg szmtgp csatlakoztatsra lehet szksg. A kbelvgekre anya tpus (female) BNC csatlakoz kerl, s a kbelvgeket fali csatlakoz dobozban (face plate) rgztik. Ahova nem ktnek be szmtgpet, ott a kt csatlakozt sszektik egy mindkt vgn apa tpus (male) BNC csatlakozval szerelt rvid koax kbellel (tkts). Ha egy szmtgpet szeretnnk a hlzatba ktni, akkor eltvoltjuk az tktst, s kt megfelel hosszsg koax kbellel egy T dugt ktnk be a hlzatba, a T fggleges" szrt pedig a szmtgpben tallhat hlzati krtyhoz csatlakoztatjuk. Tbb gp esetn a gpeket egyms utn felfzzk. Termszetesen a hlzati krtyk villamosan ekkor is egymssal prhuzamosan vannak bektve, s a 10Base5-hz hasonlan itt is 50ohm x 50ohm = 25 ohm ellenllst ltnak egy helyesen lezrt hlzat esetn. A hlzati krtyknak termszetesen elvileg vgtelen, gyakorlatilag 100 kohm nagysgrend ellenllst kell kifele mutatniuk.

A 10Base2 szabvny szerint egy szegmensre legfeljebb 30 lloms kapcsolhat.

Csavart rpras megoldsok

A jelfeldolgozsi technolgia fejldse lehetv tette a kzs m-dus zavarok hatkony kiszrst. gy a drga s nehezen szerelhet koaxilis kbel helyett ma mr csavart rprat hasznlhatunk az Ethernet hlzatainkhoz. (Pldul: 10BaseT, 100BaseTX, 1000BaseT.) Ezek kzs jellemzje, hogy egy kbel 8 eret tartalmaz, amelyeket pronknt sszesodortak: gy 4 rprat


kaptunk. A sodrs clja, hogy az rprak mindegyikben (j kzeltssel) azonos zavarjelek indukldjanak. Az rprak kztti elektromgneses csatols cskkentse rdekben az egyes rprak sodrsi szma6 eltr. Az ennek kvetkeztben fellp hosszklnbsgbl add ellenlls-klnbsg kompenzlsra a nagyobb sodrsi szm rprak vastagabbak.

A csavart rpras kbelek egyik fontos jellemzje az tvitt frekvenciatartomny. Ennek alapjn definiltk a kvetkez k-belkategrik:

Cat3 16MHz-ig

Cat4 20MHz-ig

Cat5 100MHz-ig (eredetileg)

Cat5e 100 MHz-ig + tovbbi kvetelmnyek teljestse: NEXT (Near End Cross Talk - kzelvgi thalls), FEXT (Far End Cross Talk - tvolvgi thalls). Aztn megsznt a Cat5e s a Cat5-nek nevezett tudja azt, amit addig Cat5e-nek hvtak.

Cat6 250 MHz-ig (2002. nyartl szabvny.)

Cat7 600 MHz-ig (Ajnlsok vannak r, de teljes rendszer nem ltezik belle.)

Egyes gyrtk ettl eltr rtkeket is garantlhatnak, pldul 150 MHz. Azt azonban fontos ltnunk, hogy az tvitt frekvenciatartomny dimenzija a MHz. Bizonyos gyrtk ezzel szemben Mbit/s dimenzij jellemzt adnak meg, ami nem sszemrhet vele! Az elrhet tviteli sebessg termszetesen az alkalmazott kdolstl is fgg, ami NEM a kbel jellemzje!

6m t e r e n k n t h n y s o d r s v a n

2.1. ETHERNET HLZATOK

A gigabites hlzatok az tvitt frekvenciatartomnyon tl a kbellel szemben ms fontos kvetelmnyeket is tmasztanak, gy mint csillapts, NEXT (Near End "Cross Talk - kzelvgi thalls) s FEXT (Far End Cross Talk - tvolvgi thalls).

Mind az thalls, mind a kls zavarjelek bejutsa ellen vdekezhetnk az egyes rprak, illetve a kbel rnykolsval. rnykolsra kbelharisnyt vagy fmflit hasznlnak. A 2.3. bra klnbz megoldsokat mutat be azok szabvnyos megnevezsvel. A /" jel eltti betk a kbel kls rnykolsra, az utna llk pedig az rprak rnykolsra vonatkoznak:

U: Unshielded = rnykolatlan

S: Shielded = kbelharisnyval rnykolt

F: Foiled = fmflival rnykolt

Csavart rpras hlzataink esetn a kbeleket RJ-45 jel csatlakozval csatlakoztatjuk. Ez a telefonos RJ-11 csatlakozhoz hasonl, de 8 r csatlakoztatsra alkalmas. Az ereket a manyag bortsuk sznvel azonostjuk. Az rprak egyik ere a narancs, zld, kk s barna sznek kzl valamelyik, a vele sszecsavart pedig fehr az adott szn cskkal. Az erek bektse gy a sznsorrenddel adhat meg. A 2.2. tblzatban az EIA/TIA 568 szabvny szerinti A s B sznsorrend lthat.

Erek sorszma 1 2 3 4 5 6 7 8 EIA/TIA 568 A ZF Z NF K KF N BF B EIA/TIA 568 B NF N ZF K KF Z BF B

2.2. tblzat. Csavart rpras kbel sznsorrendje

A ma legelterjedtebb 100BaseTX hlzatnl csak kt rprat hasznlnak: egyet adsra, egyet pedig vtelre. A helyes mkdshez az egyik lloms adjt a msik lloms vevjre kell


U/UTP

F/UTP

2.3. bra. Csavart rpras kbelek [38]

ktni s viszont. Ha kt llomst kzvetlenl szeretnnk egymssal sszektni, akkor teht keresztkbelt (cross-over cable) kell hasznlnunk, amelynek az egyik vgnek a bektse az A, a msik vgnek bektse pedig a B sorrendet kveti. Az aktv eszkzk csatlakozjnl mr elvgeztk a csert, ezrt aktv eszkz s szmtgp kz egyenes kbelre van szksg. (Ez lehet akr A-A, akr B-B bekts, az utbbit szoktuk hasznlni.) Kt aktv eszkz sszektsre termszetesen keresztkbelt kell hasznlni.

2.1. ETHERNET HLZATOK

A strukturlt kbelezssel a 2.2. alfejezetben kln foglalkozunk, mivel a strukturlt kbelezs az Ethernet hlzatokon kvl msra is hasznlhat.

vegszlas megoldsok Az vegszl a teljes visszaverds fizikai jelensge miatt alkalmas tviteli kzegnek. Alapveten kt fajtja van: a tbbszrs mdus vegszl (MMF - Multi Mode Fibre), aminek a magtmrje viszonylag nagyobb (50 mikrom vagy 62,5 /mikrom), s az egyszeres mdus vegszl (SMF - Single Mode Fibre), aminek a magtmrje kisebb (9 mikrom).

A tbbszrs mdus vegszlban a fny tbb ton is terjedhet. Termszetesen az eltr thosszak megttelhez szksges id is eltr, gy a jel diszperzit szenved, aminek az a kvetkezmnye, hogy az thidalhat tvolsg kisebb, mint az egyszeres mdusnl.

A magtmrk ismeretben rthet, hogy az vegszlak csatlakoztatsa kellen nagy pontossgot ignyel. Az egyik legelterjedtebb csatlakoz az SC, ami kzeltleg ngyzet keresztmetszet s csatlakoztatskor bekattanva rgztdik, gy nem eshet ki, csak viszonylag nagyobb ervel lehet kihzni. Van amikor a kt irny (ads s vtel) vegszlnak csatlakozja egyben van, gy egy darab tglalap keresztmetszet dugval tallkozunk. A msik elterjedt csatlakoz az ST, ami a BNC-hez hasonl, de vkonyabb. Ezt fleg a patch paneleken hasznljk. Egy harmadik megolds, amivel pldul 3Com eszkzknl tallkozhatunk, az MTRJ. Ez jval kisebb mret, s a kt szlat egyttesen csatlakoztatja (duplex). jabban egyre jobban terjed az LC csatlakoz. Ez kinzetre az SC-hez hasonlt, de lnyegesen kisebb annl, aminek elnye, hogy krlbell akkora helyet foglal el mint egy RJ 45, gy portsrsgben j. ltalban duplex.

A lefektetett optikai kbelek tbb (4-8-12, stb.) optikai szlat tartalmaznak, s megfelel mechanikai vdelemmel vannak


elltva.

2.1.3 . Vonal i kdols i m e g o l d s o k

Digitlis informci tvitelre sokfle kdols alkalmazhat. Ismerjnk meg nhnyat a 2.4. bra alapjn!

2.4. bra. Kdolsi eljrsok

N R Z (Non Return to Zero) kdols esetn egy bit 0 rtknl a jel a teljes bitid alatt -V feszltsgszintet vesz fel, 1 rtknl pedig +V rtket. Gondot jelenthet, ha


hossz egyes (vagy nulls) sorozat van, mert pozitv (vagy negatv) egyenram komponens jelenik meg, valamint a szintvlts hinya miatt szinkronveszts7 kvetkezhet be.

N R Z I (Non Return to Zero Inverted) kdolsnl l~es bit esetn a bitid kzepn invertlni kell a feszltsgszintet, 0 esetn nincs vlts. Hossz 0 sorozat esetn itt is bekvetkezhet a szinkronveszts.

Manchester kdols esetn a bitid kzepn 0 rtk bitnl lefel kell vinni a feszltsgszintet, mg 1-nl felfel. Ha azonos rtk bitek rkeznek egyms utn, a bitid hatrn vltani kell, klnben nem. A megolds elnye, hogy mivel a bitid kzepn mindig van szintvlts, ezrt nem kvetkezhet be szinkronveszts. Ennek az ra viszont a megnvekedett svszlessg igny!

Differencilis Manchester kdolst hasznlva 0-nl a bitid elejn s kzepn is van vlts, mg 1-nl csak a kzepn. Szintn vd a szinkronveszts ellen, szintn a svszlessg rovsra.

MLT-3 kdols esetn a jelnek 3 feszltsgszintje lehet: pozitv, negatv, s 0. A vltsok a kvetkez sorrendben trtnnek: 0 +V 0 -> -V -> 0 .. stb. Az 1-esnl a bitid elejn vlts trtnik a megadott sorrend szerint, 0-nl pedig nincs vlts. Hossz 0 sorozat esetn itt is bekvetkezhet szinkronveszts. A svszlessg felhasznlsa kedvez.

FM-0 kdolsnl a jelszint a bitid elejn s vgn mindig az ellenkezjre vlt, 0-nl a kzepn is vlt, l-esnl kzpen nem vlt. Az rajelet megtartja.

7 A v e v n e m t u d j a az a d ra je lt k v e t n i .


A fentiekbl gy tnhet, mintha a szinkronveszts kikszblse s a svszlessg hatkony felhasznlsa egymst kizr kvetelmnyek lennnek. Ez nincs gy, csak fejlettebb kdolsi eljrsokra van szksg. Nzznk meg nhnyat ezek kzl is!

4b/5b kdols esetn a bemenet minden 4 bitjt egy-egy alkalmas 5 bites szimblummal helyettestjk. Mivel gy a 24 16 helyett 25 = 32 szimblum ll rendelkezsnkre {2.5. bra), megoldhat, hogy csak olyan szimblumokat hasznljunk, melyeknek az elejn legfeljebb egy, a vgn legfeljebb kt nulla rtk bit ll. Ezzel a vlasztssal elrtk, hogy egyms utn maximum hrom nulla rtk bit helyezkedhessen el. gy megakadlyoztuk a hossz 0 sorozat kialakulst, ami azrt fontos, mert a 4b/5b kdols utn ltalban az NRZI kdolst hasznljuk, ahol a hossz 0 sorozat szinkronvesztst okozhatna.

A 16 db adatszimblum mellett van 8 specilis szimblum, ami pldul keret eleje/vge, vonalllapot, logikai rtkek, stb. jelzsre hasznlhat. A tovbbi 8 szimblum rvnytelen.

8b/10b kdolsnl a 2 1 0 = 1024 lehetsges kdszimblumbl 28 = 256 db-ot hasznlunk az adatok kdolsra.

8b/6t kdolsnl minden 8 bitet 6 db hrom szint (tercilis) szimblummal kdolunk.

PAM-5 kdolsnl 5 szintet hasznlunk: -2, -1, 0, 1, 2. Teht: ha mr nem lehet a kbelen a frekvenciatartomnyt nvelni, a feszltsgszintek szmt mg igen!


2.1.4. E t h e r n e t h l z a t o k M A C p r o t o k o l l j a

A 10Base5 s a 10Base2 hlzatok MAC protokollja az 1-perzisztens CSMA/CD kettes exponencilis visszatartssal kiegsztve. A csavart rpras hlzatok kzl half duplex8, zemmdban ezt hasznlja pldul a 10BaseT s a 100BaseTX.

Hogyan mkdik ez a protokoll? Ha egy llomsnak van adni valja, belehallgat a csatornba. Ha adst rzkel, akkor megvrja, amg az abbamarad, kzben folytonosan figyeli a csatornt. Amikor szabad(d vlt) a csatorna, azonnal adni kezd. Ha a keret adsa sorn nem rzkel tkzst, akkor a feladatt befejezte. Ha tkzst rzkel (teljestmnymrssel), akkor egy rvid ideig (32 bit ideje) zavarjelet (lvletlen bitsorozatot) ad,

8 Olyan k t i r n y t v i t e l , a m i k o r az egyik s a m s i k i r n y b a n c s a k e g y m s u t n v l t a k o z v a t r t n h e t a z a d a t t o v b b t s .


hogy a tbbi lloms is rzkelje az tkzst. Ezutn az adst abbahagyja. Ez most az els tkzse volt, amiben rszt vett. Tegyk fel, hogy mr az n-edik sikertelen ksrletnl tart. Ekkor a 2^nT hossz (ahol T egy adott rtk) intervallumbl vletlenszeren vlasztott idt vr, mieltt jra prblkozna. Az intervallum hossza legfeljebb 21 0T-ig n, a ksbbi prblkozsoknl vltozatlan, s sszesen legfeljebb 16-szor prblkozik. Mivel az intervallum hossza exponencilisan n, ezrt mg ha nagy szm lloms vett is rszt az tkzsben, akkor is kellen hamar megtrtnik az tkzs feloldsa. (Valamelyik llomsnak sikerl a tbbit megelznie, s amikor a tbbiek rzkelik az adst, akkor mr termszetesen nem vgnak a szavba.)

Ahhoz, hogy ez az algoritmus hasznlhat legyen, felttlenl szksges, hogy mg a keret adsa alatt minden rsztvev lloms felismerje az tkzst! Nzzk meg, mi trtnne, ha a 2.6. brn lthat szituci llna el! Az brn a fggleges tengely mentn helyezkednek el az llomsok, a vzszintes tengely pedig az idt brzolja. Az A" s a C" lloms adsa szemmel lthatan tlapoldik, de az tkzst egyikk sem rzkeli, mert mire a msik lloms kerete odar hozzjuk, arra mr befejeztk a sajt keretk leadst. Annak rdekben, hogy ezt a szitucit elkerljk, a keret hossznak9 el kell rnie egy bizonyos rtket. Helyesen megvlasztott kerethossz esetn a problma nem ll el: 2.7. bra. A legkisebb megengedett kerethossz 64 byte.

2.1.5. E t h e r n e t keret f e l p tse

Topolgitl s adatsebessgtl fggetlenl az Ethernet hlzatok sszes fajtja a 2.8. brn lthat keretszerkezetet hasznlja. Az els kt mez tulajdonkppen a fizikai rteghez tar-

9 V a l j b a n a d s i i d t a r t a m n a k , de ez a 10Base5 s 1 0 B a s e 2 h lzat o k n l m g u g y a n a z t j e l e n t e t t e .

tozik, de ezeket is bele szoktuk rteni a keretbe. Az IEEE 802.3 keret az albbi mezket tartalmazza:

P R E A M B L E eltag, (bjtonknt: 10101010) Ez a bitsorozat arra szolgl, hogy a vev az rjt az ad rjhoz szinkronizlhassa. (Pldul 10Mbit/s sebessg hlzatnl 1bit ideje: 100ns, a 7bjt 56bitjnek ideje teht 5,6 mikros.)


START OF F R A M E keretkezdet hatrol (10101011) Az eltaghoz kpest az utols bit l-es rtke jelzi, hogy utna mr a cllloms cme kvetkezik.

D E S T I N A T I O N A D D R E S S clcm Br az IEEE 802.3 megengedi a 2 bjtos hosszt is, gyakorlatilag mindig 6 bjt hossz. Clszer volt a tbbi mez el tenni, hogy minden lloms minl elbb felismerhesse, hogy kinek szl a keret.

S O U R C E A D D R E S S forrscm

L E N G T H adatmez hossza (IEEE 802.3) A DIX Ethernet s annak v2.0 vltozata ezt a mezt EtherType-nak nevezi, ami azt adja meg, hogy az adatmezben milyen protokoll adategysge utazik. (A kt megolds akr egy hlzaton bell is hasznlhat, ugyanis az aktulis rtkbl felismerhet, hogy hogyan kell rtelmezni! Ha a mez rtke 0-1500 bjt kztti, akkor hossz, ha ettl eltr, akkor Ether Type.)

DATA adatok Itt tallhat begyazva a felsbb rtegbeli protokoll adategysge.


P A D D I N G kitlts A keret minimlis hossza 64 bjt, ha nincs annyi, ki kell egszteni.

C H E K C S U M ellenrz sszeg Ha megegyezik a szmtott s a vett rtk, akkor a keretet hibtlannak tekintjk, ellenkez esetben a keret srlt.

Az sszes Ethernet hlzati krtya egyedi cmmel rendelkezik. Ezt gy valstjk meg, hogy a cm 6 bjtjt kt rszre bontottk. Az els 3 bjtot az IEEE osztja ki a gyrtk rszre.10 A msik 3 bjtot pedig a gyrtk osztjk ki az ltaluk gyrtott eszkzknek. Br az OUI (Organizationally Unique Identifier) elvileg 24 bites, gyakorlatilag csak 22 bitet hasznlnak a gyrtk azonostsra, ugyanis az els kt bit ms clt szolgl: az I/G bit (individual / group) 0 rtke azt jelenti, hogy valban egy krtya egyedi cmrl van sz, az 1 rtke esetn a cm egy csoportcm (multicast address). Ha az U/L (universal / local) bit rtke 0, akkor valban univerzlisan (helyesebben: globlisan) adminisztrlt cmrl van sz, aminek az egyedisge az imnt emltett mdon biztostott, ha pedig a bit rtke 1, akkor a cmet a rendszergazda osztotta ki (erre bizonyos protokollok esetn szksg lehet).

Itt emltjk meg mg a broadcast cmet, ami 48 darab l-es bitbl ll. Az ilyen cmre kldtt kereteket minden hlzati krtya veszi.

2.1.6. E t h e r n e t keretek hibi

Ethernet hlzatokban akr zemszer/helyes mkds kzben, akr meghibsods miatt keletkezhetnek hibs keretek. Ezeket a kvetkez (nem diszjunkt) csoportokba soroljuk:

A k i o s z t o t t a z o n o s t k l i s t ja m e g t a l l h a t : [25]

42

R u n t A kerethossz kisebb, mint 64 bjl, I >>-


maximum 3 szegmensen lehetnek llomsok (a tbbi csak inter-repeater link lehet)

Termszetesen a repeaterek alkalmazsa nem mindig felel meg a cljainknak. Az gy sszekapcsolt szegmenseken lev llomsok ugyanazon a svszlessgen osztoznak, nem lehetsges, hogy pldul a 2.9. brn lthat hlzat esetben az A" lloms a B"-nek, a D" pedig az F"-nek egyidejleg kldjn keretet, hiszen a repeater miatt ezek tkznek. Ehhez 2. rtegbeli sszekapcsolst vgz eszkzre van szksg, amit bridgnek neveznk.

A bridge olyan hlzati eszkz, amely miutn megtanulta, hogy melyik portjn milyen MAC cm llomsok vannak, egy keretet csak akkor tovbbt (azon a portjn keresztl, ahol a cmzett tallhat), ha az nem azon a porton rkezett, amelyiken a cmzett van. A keretek tovbbtsakor szablyosan lejtssza a MAC protokollt, hiszen a 2. rtegben mkdik. A bridge teht a hozz kapcsold szegmensekbl kln tkzsi tartomnyokat kpez. gy a 2.10. brn tallhat hlzat esetn mr kpes az A" lloms a B"-nek, a D" pedig az F"-nek egyidejleg keretet kldeni. ltalnos esetben egy bridge-nek kettnl tbb portja is lehet, ilyenkor termszetesen csak arra a portra tovbbtja a keretet, ahol a cmzett van. 1 4

Ennl magasabb szint, 3. rtegbeli sszekapcsolssal majd a 3. fejezetben foglalkozunk.

A csillag topolgij hlzatokban pedig eleve szksg van egy aktv eszkzre, ami sszekapcsolja az llomsokat. Ezt megtehetjk akr az 1. rtegben a hub vagy a 2. rtegben a switch segtsgvel.

A hub a tbbportos repeater jabb neve a csillag topolgij hlzatokban.

A switch pedig egy tbbportos bridge, ami kln tkzsi

1 4 A m g n e m t u d j a , h o g y hol v a n , a d d i g m i n d e n p o r t r a t o v b b t j a .


tartomnyokat kpez. Alapveten kt mdban mkdhet:

store and forward - vgigveszi a keretet s trolja, majd a MAC protokoll szablyai szerint tovbbtja

cut through - elkezdi venni a keretet, majd kis ksleltetssel (a clcm megllaptsa utn) a MAC protokoll szablyai szerint tovbbtja

Lehetsg van egy harmadik, adaptv mdra is, ami azt jelenti, hogy a fenti kt md kzl a forgalomnak megfelelt hasznljk: kis forgalom esetn a cut through zemmdot hasznljk, majd ha az tkzsek msodpercenknti szma meghalad egy korltot, tvltanak store and forward zemmdba. Ha az tkzsek szma lecskken, akkor termszetesen ismt cut through zemmdba vltanak.

Megjegyezzk, hogy (amint fent emltettk) a swicth portjai kln collision domaint alkotnak, de egy broadcast domaint kpeznek, azaz a broadcast cmre kldtt kereteket a switch az sszes portjra tovbbtja.

sszefoglalsul azt mondhatjuk, hogy a szegmensek sszekapcsolsa trtnhet fizikai szinten (ekkor az sszes lloms


egy tkzsi tartomnyt alkot, 2.11. bra) s adatkapcsolati szinten (ekkor a szegmensek kln tkzsi tartomnyt kpeznek, 2.12. bra). A csillag topolgij hlzatoknl mindenkppen szksges valamilyen aktv eszkz, ezeket mskpp nevezik, mint a busz topolgij hlzatoknl. Az elnevezseket a 2.3. tblzatban foglaltuk ssze.

busz topolgia csillag topolgia adatkapcsolati szinten bridge switch

fizikai szinten repeater hub

2.3. tblzat. Hlzatrszek sszekapcsolsra szolgl aktv eszkzk megnevezse

2.11. bra. Hlzatrszek sszekapcsolsa fizikai szinten

2.1.8. E t h e r n e t h l z a t o k fej ldse

Azt mr emltettk, hogy az Ethernet fajti kztt a 10Base5 volt az els, majd a 10Base2 kvette. A 10BaseT sem volt gyorsabb, a jelentsge az, hogy bevezettk a csavart rpras kbelek hasznlatt.


2.12. bra. Hlzatrszek sszekapcsolsa adatkapcsolati szinten

Az igazi elrelpst a Fast Ethernet jelentette, ami megtzszerezte a sebessget. Ehhez a 100BaseX technolgit az FDDI-tl 1 5 (Fibre Distributed Data Interface) vettk t. A 100 Mbit/s-os Ethernet hlzatok fejldst a 2.13. brn kvethetjk. A 100BaseX technolgia a csavart rprbl mr a Cat5 minsget ignyli, s ezen full duplex mkdsre kpes: ez a 100BaseTX, mg vegen 100BaseFX-nek hvjk.

E jegyzet rsnak idejn16 a hasznlatban lev s a teleptsre kerl Ethernet hlzatok dnt tbbsge Magyarorszgon a 100BaseTX (Cat5/Cat5e kbelezssel). Mshol 1 7 azonban mr egy-kt vtizeddel korbban nagy sszegeket ruhztak be a Cat3 (esetleg Cat4) kbelezsbe. Annak rdekben, hogy ez a beruhzs ne vesszen el, kifejlesztettek ilyen kzegeken mkd 100Mbit/s sebessg Ethernet hlzatokat is. Elbb a 100BaseT4-et, amely mind a ngy rprat hasznlja18, ezrt egyszerre csak egy irnyban tud forgalmazni (half duplex),

1 5 A z r d e k l d k n e k a j n l u n k a z F D D I - r l egy kivl k n y v e t : [11]. 1 6 2 0 0 6 . 1 7 p l d u l : U S A 1 8 E g s z e n p o n t o s a n kt r p r k t i r n y a m s i k k t r p r p e d i g egyik,

i l le tve m s i k i r n y r a v a n f e n n t a r t v a , gy i r n y o n k n t h r o m r p r a t haszn l .


100BaseFX

2.13. bra. A 100Mbit/s-os Ethernet hlzatok fejldse [6].

majd a 100BaseT2-t, amely egy rpron ri el ezt a sebessget, gy full duplex mkdsre kpes. Nlunk azonban ezek a rendszerek egyltaln meg sem jelentek, nem volt mirt!

A gigabites Ethernet hlzatok fejldse kt irnybl mertett . Egyrszt a 100BaseT2 technolgira ptve kifejlesztettk a Cat5 kbelen mkd 1000BaseT hlzatot, msrszt a Fibre Channel technolgia fizikai rtegt tvve megalkottk az vegszlat hasznl 1000BaseSX s 1000BaseLX valamint az STP kbelen mkd 1000BaseCX hlzatokat: 2.14. bra.

A 2.15. brn kvethetjk a gigabites technolgia logikai felptst. A MAC rteg (ami azonos az alacsonyabb sebessg Ethernet hlzatokval) vezrli a kzegfggetlen gigabites interfszt (GMII - Gigabit Medium Independent Interface). Ha ez alatt a Fibre Channelbl tvett megolds van, akkor elbb egy 8b/10b kdols trtnik, majd a megfelel optikai (1000BaseLX, 1000BaseSX) vagy rz alap (1000BaseCX) interfsz kvetkezik. Egybknt pedig az 1000BaseT megolds megfelel rtegei tallhatk.


1000BaseLX

2.14. bra. Az 1Gbit/s sebessg hlzatok fejldse [6].

2.15. bra. Gigabites technolgia architektrja [40]

Gigabites hlzatokat jelenleg mg fknt gerinchlzati 1 9 H l z a t o k fe lp tsvel a 2.2. a l fe jeze tben foglalkozunk, o t t t i s z t z z u k

m a j d a g e r i n c h l z a t j e l e n t s t .


clra hasznlnak, de mr terjedben vannak a gigabites munkallomsok is. 2 0

Lteznek mr 10Gbit/s sebessg Ethernet hlzatok is. Ezekkel nem foglalkozunk.

Vgl fontosnak tartjuk megemlteni, hogy a csavart rpras technolgik eszkzei ltalban (de nem mindig) visszafele kompatibilisek abban az rtelemben, hogy egy nagyobb sebessg eszkz kpes alacsonyabb sebessgen is mkdni. A mkdsi mdban a hlzati eszkzk automatikusan megllapodnak [auto negotiation). A kvetkez sorozatbl a lehet legjobb olyat vlasztjk, amit mindkt eszkz s a kbelezs is lehetv tesz: 1000BaseT full duplex, 1000BaseT half duplex, 100BaseTX full duplex, 100BaseT2 full duplex, 100BaseTX half duplex, 100BaseT2 half duplex, 100BaseT4, 10BaseT full duplex, 10BaseT half duplex.

2.1.9. E t h e r n e t h l z a t o k e g y e s fajtinak sszefoglalsa s r t k e l s e

sszefoglaljuk az Ethernet hlzatok egyes fajtinak legfontosabb jellemzit. Termszetesen az egyes fajtkkal jelentsgknek megfelelen foglalkozunk. A 27. oldalon tallhat 2.1. tblzat adatait nem ismteljk meg. (A hivatkozsra kerl kdolsok lersa a 34. oldaltl tallhat meg.)

10Base5 s 10Base2

Vastag s vkony koaxilis kbelen mkd, busz topolgij hlzatok. A fizikai rtegben Manchester kdolst hasznlnak. Csupn trtneti jelentsgk miatt s didaktikai clbl (a ksbbiek megrtse rdekben) rdekesek, egybknt a gyakor-

2 0 J o b b m i n s g P C a l a p l a p o k o n a z i n t e g r l t h l z a t i i l leszt m r l ta l

b a n 1 0 B a s e T / l O O B a s e T X / 1 0 0 0 B a s e T , d e l t a l b a n ezek c s a k lOOBaseTX-k n t m k d n e k , mivel i lyenek a t e l e p t e t t h l z a t i a k t v eszkzk.


latban a hallgatink fleg gy kerlhetnek kapcsolatba velk, hogy le kell bontaniuk ket. :-)

10BaseT

Legalbb Cat3 csavart rpras kbelen mkd csillag topolgij hlzat. A gyakorlatban fleg gy tallkozunk ilyen eszkzkkel, hogy a Cat5 kbelezs hlzatainkon tallhat mg nhny ilyen eszkz is. Mivel a 100BaseTX aktv eszkzei ltalban mind 10 mind 100Mbit/s mkdsre kpesek (dual speed), ezrt legtbbszr nem okoznak problmt. Gondot akkor okozhat, ha valamely aktv eszkz csak 100Mbit/s mkdsre kpes. 2 1

100BaseTX

Legalbb Cat5 minsg csavart rpras kbelen mkd csillag topolgij hlzat. A fizikai rtegben elszr 4b/5b kdolst hasznl, az eredmnyt pedig NRZI kdolssal adja ki a vonalra. Mkdhet half duplex zemmdban hub hasznlatval is, de ma mr ltalban full duplex zemmdban switch hasznlatval mkdtetjk a hlzatainkat. Hallgatink a trgy gyakorlatain alaposan megismerhetik, mert jelenleg ez a legelterjedtebb hlzat. Figyeljk meg, hogy a 4b/5b s NRZI kdols miatt a jelzsi sebessg 125 Mbaud!

2 1 T e r m s z e t e s e n a p r o b l m a n e m m e g o l d h a t a t l a n : P C e s e t n i lyenkor l t a l b a n olcsn 1 0 0 B a s e T X - r e c s e r l h e t j k a 10BaseT h l z a t i i l lesztk r t y t . V a n n a k o l y a n eszkzk, m s z e r e k , a h o l e z n e m t e h e t m e g , ekkor p e d i g k e r e s n n k kell egy d u a l s p e e d a k t v eszkzt, a m i t e g y r s z t sszekt n k a z z e m s z e r e n h a s z n l t , csak 100 M b i t / s - o s m k d s r e k p e s a k t v e s z k z n k k e l , m s r s z t r k t j k a 10 M b i t / s - o s eszkzket.


100BaseFX

A 100BaseTX vegszlas prja. Jelentsgt fleg a nagyobb thidalhat tvolsg adja. Hasznlatt ezenkvl villmvdelmi, specilis krlmnyek kztt rintsvdelmi szempontok indokolhatjk. j gerinchlzat ptse esetn valsznleg inkbb gigabites optikai kapcsolatot ptnk.

100BaseT4

8b6t kdolst hasznl, majd a kdolt informcit az irnyonknti 3 fizikai csatornn meglehetsen bonyolult mdon viszi t. gy 100Mbit/s sebessg half duplex tvitelt tesz lehetv legalbb Cat3 minsg sodrott rpras hlzaton.

Magyarorszgon nincs gyakorlati jelentsge.

100BaseT2

tszint impulzus-amplitd modulci (PAM-5) hasznlatval 100Mbit/s sebessg full duplex tvitelt tesz lehetv legalbb Cat3 minsg sodrott rpras hlzaton.

Magyarorszgon nincs gyakorlati jelentsge.

1000BaseT

A 100BaseT2-hz hasonlan az 1000BaseT is PAM-5 kdolst alkalmaz, viszont a 100BaseTX-hez hasonlan Cat5/Cat5e kbelen 125 Mbaud jelzsi sebessggel mkdik, de a 4 rpr mindegyikt egyidejleg hasznlva.

A rendszer azrt kpes mgis full duplex mkdsre, mert a szuperpozci elvt kihasznlva az llomsok a vett jelbl kivonjk a sajt maguk adst, s gy megkapjk, hogy mit kldtt a msik lloms, lsd 2.16. bra.

Az 1000BaseT megolds jelentsge azrt igen nagy, mert az elterjedten hasznlt Cat5/Cat5e kbelezsen kpes gigabi-


2.16. bra. Full duplex tvitel megoldsa [40]

tes sebessget nyjtani. gy kivlan alkalmas akr gerinchlzatnak, akr szerverek csatlakoztatsra, akr - igny esetn -egyedi munkallomsok szmra nagy sebessg hlzati kapcsolatnak.

1000BaseSX

A Fibre Channel technolgit vette t. Tbbszrs mdus vegszlon, rvid hullmhosszon (850 nm) mkdik. A fizikai rtegben 8b/10b kdolst hasznl.

Kivlan alkalmas gerinchlzati clokra. (Az ra miatt asztali gpekhez nem hasznljuk.)


1000BaseLX

Az 1000BaseSX-hez kpest annyi a klnbsg, hogy a hullmhossza 1300 nm s egyszeres mdus vegszlon az thidalhat tvolsg lnyegesen nagyobb. (Lsd a pontos adatokat a 27. oldalon tallhat 2.1. tblzatban.)

1000BaseCX

Br a Fibre Channelbl ezt is tvettk s a szabvnynak rsze, a gyakorlatban az 1000BaseT-vel szemben meglehetsen eslytelen a negyedakkora thidalhat tvolsg miatt, radsul rnykolt technolgit kvetel.

2.2. Strukturlt kbelezs - a passzv hlzat2 2

Ez nem egy msik hlzattpus, hanem csupn egy kbelezsi szabvny, azrt trgyaljuk kln alfejezetben s nem az Ethernettel egytt, mert msra is hasznlhat. ppen az a lnyege, hogy egy vgpontrl nem kell elre eldntennk, hogy mire hasznljuk. Nem ksztnk kln telefonhlzatot s szmtgphlzatot, hanem csak egyetlen strukturlt hlzatot. Ugyanaz a csavart rpr mindkt clra alkalmas lehet, csak a bektskor kell dntennk, s igny szerint ksbb a cljt meg is vltoztathatjuk.

A strukturlt kbelezsi rendszer passzv rszei:

Frendez (szmtgp-hlzati, illetve telefonos rendez egytt)

2 2 K r p t i Lszl, a P r i m u s N e t Kft . m u n k a t r s a e l a d s a n y a g n a k [38] f e l h a s z n l s v a l kszl t .

2.2. STRUKTURLT KBELEZS 55

Gerinckbelezs (vertiklis kbelezs, jabban optikai kzegen)

Alrendezk (vzszintes kbelezs elosztkzpontjai)

Vzszintes kbelezs (rzalap sodrott rpras kbelezs)

Fali csatlakozk, padl dobozok

Egy strukturlt kbelezssel ksztett szmtgp- s telefonhlzat lthat a 2.17 brn.

A rendezszekrnyekben patch paneleken vgzdtetik a kbeleket. A rendszer rszeit hierarchikus rendszerben szmozzk, gy pldul az Rl 2/15" az 1. sz. rendezszekrny 2. sz. patch panelnek 15. sz. vgpontjt jelenti. Itt tallhatk az aktv eszkzk is, amelyekbe patch kbelek segtsgvel ktik be a kvnt vgpontokat. Ugyancsak patch kbel segtsgvel ktik be a fali csatlakozra (vagy padldobozba) a szmtgpeket: 2.18 bra.

Fontos, hogy a strukturlt kbelezsnl minden csatlakoz RJ-45-s, gy ha analg tvbeszl kszlket szeretnnk bektni, akkor a telefonzsinr egyik vgre is ilyen csatlakozt kell szerelnnk, mert az RJ-ll-es dug tnkreteszi az RJ-45-s vgpontot! (IP telefon esetn ilyen problma nem merl fel.)

Egy rendszer tervezsekor fontos a megfelel kbel kivlasztsa. Ez egyrszt jelenti a kbel tpust/fajtt, teht hogy a csavart rpr milyen rnykolssal rendelkezzen, msrszt a kbel kategrit.

Ami a kbel kategrit illeti, Cat5/Cat5e-nl gyengbb kbelt sehol sem hasznlunk. Ennl jobb minsg kbel hasznlatt a beruhzs idllsgval szoktk indokolni, ami az adott esetben megfontols trgyt kpezi.

Az rnykols tekintetben orszgonknt eltr a hozzlls. Nhny plda:

USA: elg az UTP, mert az megfelel.


2.17. bra. Strukturlt kbelezs

Nmetorszg: legyen rnykolt, biztos ami biztos.

Magyarorszg: UTP, mert az olcsbb (de rnykolt, ha nmet rdekeltsg a cg)

Mszakilag alapesetben teljesen megfelel az UTP, viszont sok elektromos zajjal terhelt (pldul ipari) krnyezetben, illetve olyan krnyezetben, ahol ppen a hlzat elektromgneses sugrzsa okozhat gondot, megfontoland valamilyen rnykolt


rendez

2.18. bra. Elemek a strukturlt hlzatban

megolds vlasztsa. Ha az rnykols mellett dntnk, akkor annak gy van r

telme, ha az egsz rendszerre kiterjed, teht falkbel, csatlakozk, patchkbelek. Fontos, hogy az rnykol rendszert fldelni kell!

2 . 2 . 1 . Tervezs i szablyok

Egy strukturlt hlzat megtervezshez a trgy kereteit meghalad ismeret s jrtassg szksges, az albbiakban csak tjkoztat jelleggel kzljk a Krone rendszer tervezsi szablyainak kivonatt.

Csatlakozk szma:

Fali csatlakoz:

* 1 munkahely / 10 ngyzetmter


* 2 csatlakoz / munkahely (telefon + LAN) * 2 tartalk csatlakoz / szoba (vagy: +10 %)

pldul: iroda 2000 ngyzetmter = 220 dupla csatlakoz

Padldoboz:

* 1 munkahely / 10 ngyzetmter * 2 csatlakoz / munkahely (telefon + LAN) * 2 tartalk csatlakoz / szoba (vagy: +10 %)

A vgpontoknak 1/3-a nem hozzfrhet az asztalok s szekrnyek miatt!

Port szm s a rendezk szksges mrete:

ltalban 24 s 32 portos RJ 45-s fellet patch panelt hasznlunk. Leginkbb 24 portosat, mert akkor sokkal kezelhetbb a szekrny.

A rendezszekrnyek magassga a kiszolgland vgpontok szmtl fgg, az egysge a rack unit23. Minden kt patch panel utn egy kbelterelt (gyrs panel) kell tervezni a kezelhetsg rdekben.

A szksges aktv eszkzket, sznetmentes tpegysgeket, villamos-hlzati csatlakozkat, esetleg szerverek helyignyt is be kell tervezni a rendez szekrnyek magassgba. gyeljnk a szksges hts betervezsre is! Szksges lehet a ht leveg szrse, a por ugyanis tnkreteheti az aktv eszkzket!

Fontos a szekrny szlessge is, lehetleg 800 mm szleset tervezznk, hogy legyen hely a patch kbelek fggleges elvezetsre!

Kbelhosszak:

1 r a c k u n i t ( rv id tve 1U) = 44,45 mm (1.75 i n c h )


- Szigor szably EIA/TIA 568 s ISO/IEC 118021: Minden link (patch paneltl az aljzatig) kevesebb legyen mint 90 m!

Egy vgpont kbelezsnek a hossza = az plet szintjeinek belmagassga + a rendez s a gerinc kztti nyomvonal hossza + a kbel gerincen futsnak hossza + a szoba hossza + a szobban val rhagys + 1,5 m rhagys a bektsnl

Patch kbel hossza:

- Szigor szably EIA/TIA 568 s ISO/IEC 118021: Minden channel (switch - patch kbel - patch panel - falikbel - aljzat - patch kbel - szmtgp) kevesebb kell legyen, mint 100 mter.

- A rendez oldali patch kbel minimum 1 m, a szmtgp lengkbele maximum 9 m 2 4 .

Struktra meghatrozsa

Mindig kell biztonsgi tvolsggal tervezznk

Megfelel helyekre tervezzk a nyomvonalakat

- Kell tvolsg az ersram hlzattl

Csillag topolgival tervezznk

2 4 V e g y k szre, h o g y a legfeljebb 100 m t e r s z e g m e n s h o s s z b l legfeljebb

10 m l e h e t p a t c h k b e l s legfeljebb 90 m fal ikbel. Ez a z r t v a n , m e r t a fa lkbel s a p a t c h k b e l k l n b z felpts, a p a t c h kbel h a j l k o n y a b b , de k e d v e z t l e n e b b e k a v i l l a m o s je l lemzi .


2.3. Vezetknlkli helyi hlzatok Ez az alfejezet egykori hallgatm, Lugosi Zoltn szakdolgozatnak [39] felhasznlsval kszlt. A tma irnt mlyebben rdekldknek ajnljuk: [5]

2.3.1 . V e z e t k n l k l i h e l y i h l z a t o k a l a p v e t krd s e i

A kvetkez krdsekkel fogunk foglalkozni: Milyen vezetknlkli tviteli megoldsok lteznek? Milyen problmk addnak a vezetknlkli tvitelbl s hogyan tudunk ellenk vdekezni? Milyen frekvenciasvokat s milyen modulcis megoldsokat hasznlhatunk?

Vezetknlkli tviteli megoldsok

Vezetknlkli szmtgp-hlzathoz szksges tvitelre a kvetkez megoldsok lteznek:

Optikai ton:

- Infra

- Laser

- Bluetooth egyes vltozatai

Rdicsatornn keresztli

- Bluetooth

- HiperLAN/2

- IEEE 802.11 s vltozatai

- IEEE 802.16 (hivatalosan Wireless MAN) - PAN megoldsok, pldul: IEEE 802.15

- (GSM adatcsatorna, GPRS, EDGE, HSDPA)

2.3. VEZETKNLKLI HELYI HLZATOK 61

Az optikai megoldsokkal egyltaln nem foglalkozunk, a WLAN-ok kzl is csak nhnnyal.

Mobilits szempontjbl a 2.19. brn lthat mdon csoportosthatjuk a jellegzetesebb megoldsokat.

2.19. bra. Egyes hlzati megoldsok mobilits s tviteli sebessg jellemzi

A rdis tvitel problmi

A rdis hlzatok mkdst negatvan befolysol tnyezk a kvetkezk:

Fading Tbbutas terjedsnl ellenttes fzisban rkezhet meg a direkt s a visszavert hullm, amik igen ersen gyengtik egymst. Lsd a 2.20. brn.


Vdekezs: a rdis tvitelnl kezeljk, pldul: trbeli diverziti (diversity) vtel (tbb vev hasznlata eltr elhelyezkeds antennkkal).

Zaj Nem a rendszerbl szrmaz (vletlenszer) villamos jel. Vdekezs: hibajavt kdolssal.

Interferencia (vagy tkzs) ms lloms adsval Vdekezs: szrt spektrum megoldsok

Rlts hinya Az ad s a vev kztt a Fresnel-zna [36] nem (teljesen) res.

Vdekezs: visszavert jel hasznlata "feljavtssal": szrt spektrum

2.20. bra. Fading kialakulsa


Felhasznlhat frekvenciasvok

Kt alkalmazott frekvenciasv ltezik:

ISM (Industrial, Scientific and Medical)

- 2,4-2,4835 GHz/14 elre kijellt frekvencia Fldrajzi rgik szerint klnbzhet.

(Eurpa, USA, Japn, Franciaorszg, Spanyolorszg)

UNII (Unlicenced National Information Infrastructure)

- 5,150-5,250 GHz/12 elre kijellt frekvencia Fldrajzi rgik szerint klnbzhet.

(Eurpa, USA, Japn, Franciaorszg, Spanyolorszg)

Szrt spektrum modulcis eljrsok Hrom szrt spektrum megolds ltezik:

DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum)

FHSS ( Frequency Hopping Spread Spectrum)

CDMA (Code Division Multiple Access) Mindhrom megoldsnl a jel spektrumt mintegy sztke

nik". Az tviend jel spektrumt valamilyen transzformcival az eredetinek tbb tzszeresre kiszlestik, s kisebb teljestmnysrsggel viszik t. Az ltalunk trgyalt rendszerek a DSSS s az FHSS mellett nem a CDMA-t, hanem az OFDM-et (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) hasznljk mg, ami nem szrt spektrum megolds.

D S S S (Direct Sequence Spread Spectrum) esetn chipek25 megfelel sorozatval kdoljuk az egyest s a nullt. A 2.21. brn lthatunk egy pldt. Ha nhny chip invertldik is

2 5a b i t n l k i s e b b a d a t e g y s g

64

valamilyen zaj miatt, nagy valsznsggel mg felismerhet lesz a bit.

Ezzel a megoldssal jcskn megntt a szksges svszlessg. Hrom viv fr bele oldalsvjaival (22 MHz) a rendelkezsre ll tartomnyba: 2.22. bra.

Hrom klnbz frekvencival mr lefedhet gy a sk, hogy a szomszdosak minden oldalrl klnbznek, gy elkerlhet a zavartats, az interferencia minimlis lesz: 2.23. bra.

F H S S (Frequency Hopping Spread Spectrum) rendszerben a frekvenciasvban 75db vivfrekvencit definilunk. Az ad egy lvletlen genertorral vlasztja ki kzlk, hogy melyiken adjon. (2.24. bra). Termszetesen a vev ugyanazt az lvletlen genertort hasznlja, s azonos rtkrl


2.23. bra. Frekvencia jrahasznosts (DSSS)

indulnak.2 6 Egy adott terleten egyszerre adni kvn llomsok nagy valsznsggel eltr frekvencikat vlasz-

2 6 H a a z lv le t len g e n e r t o r egy kr ip togr f ia i lag ers v l e t l e n s z m gen e r t o r , azaz az p p e n h a s z n l t f rekvencibl n e m lehet e lrejelezni a kv e t k e z t , a k k o r a m e g o l d s k a t o n a i a l k a l m a z s o k h o z is kivl, h i szen az e r e d m n y e s z a v a r s h o z a tel jes s v b a n kell z a v a r je le t a d n i , a m i lnyeges e n n a g y o b b e n e r g i t ignye], m i n t a k o m m u n i k c i h o z h a s z n l t a d s .


O F D M (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) esetn a 2.25. brn bemutatott megoldst alkalmazzuk. Legfell egy ngyszg jel s a spektruma lthat. Alatta tallhat - viszonytsi alapknt - egy klasszikus frekvencia osztsos multiplex (FDM - Frequency Division Multiplex) jel spektruma. Lthat, hogy a szomszdos csatornk vivfrekvencii csak annyira kzelthetk egymshoz, hogy az tlapolds energiatartalma olyan kicsi legyen, hogy a dekdols hibamentesen elvgezhet legyen. Az bra harmadik rsze egy ortogonlis frekvencia osztsos multiplex (OFDM) jel frekvenciatartomnybeli sszerakst" mutatja. Mirt tolhatk egymsba" ennyire az egyes csatornk vivfrekvencii? Az eljrs alapja az ortogonlis frekvencik hasznlata. Ortogonlisak azok a frekvencik, amelyekre fennll az F

n = (F0 + n/T) kapcsolat. Tekint

sk ezeknek a frekvenciknak a spektrumt: 2.26. bra. Az egyes alvivk kzpfrekvencijn a tbbi jel spektruma mindig 0 rtket vesz fel. Ez a magyarzata annak, hogy mirt tolhatk egymsba" a klasszikus FDM-hez kpest


Klasszikus frekvencia osztsos multiplex (FDM) jel spektruma.

Ortogonlis, frekvencia osztsos multiplex ( O F D M ) jel spektruma.

2.25. bra. Orthogonal Frequency Division Multiplexing

sokkal srbben az OFDM vivfrekvencii.

Az OFDM elnyei:

jobb spektrum kihasznls kls zavarok elleni hatsosabb vdelem kzvetlen rltst nem ignyl (non-line-of-sight) m

kds

2.3.2. V e z e t k n l k l i h lzat i t e rmkek fontosabb j e l l e m z i

Ismerjnk meg nhny vezetknlkli hlzati megolds fontosabb jellemzit!

tanak (feltve, hogy nincsenek tl sokan).

2. FEJEZET. HELYI HLZATOK

2.26. bra. Ortogonlis alvivk spektruma

Bluetooth

Ez egy PAN megolds

Bluetooth Special Interest Group fejlesztette Alacsony fogyaszts eszkzk

Maximum 8 eszkz egy hlzatban

Rvid tvolsgokra (< 10 mter) Szmtgp s kzi eszkzk kztt

Alacsony sebessg (1 Mbps) ISM frekvenciatartomnyban mkdik

Pont-pont, pont-multipont sszekttets

HiperLAN/2 (High Performance Radio LAN)

European Telecommunications Standards Institute (ETSI) fejlesztse


- thidalhat tvolsg 100 mter - tviteli sebessg 54 Mbps - Mind az ISM, mind az UNII frekvenciasvban

- OFDM modulcis md

IEEE 802.11.x vltozatok fbb paramterei

- IEEE 802.11: 2 Mbps, 300 m, ISM, DSSS

- IEEE 802.11b: 11 Mbps, 100 m, ISM, DSSS

- IEEE 802.11a: 54 Mbps, 200 m, UNII, OFDM

- IEEE 802.11g: 54 Mbps, 200 m, ISM, OFDM, kompatibilis az IEEE 802.11b-vel

2.3.3 . A z I E E E 802.11 szabvnycsa ld

Ezekkel egy kicsit rszletesebben is megismerkednk.

2,4GHz-es W L A N szabvnyok

. IEEE 802.11

- DSSS vagy FHSS modulci

- 1-2-3 Mbit/s brutt tviteli sebessg

IEEE 802.11b (Wi-Fi) High Speed Wireless LAN

- DSSS modulci

- 11 Mbit/s brutt tviteli sebessg

IEEE 802.llg Very high speed Wireless LAN

- OFDM modulci - 54 Mbit/s brutt tviteli sebessg

70

5 GHz-es W L A N szabvny

IEEE 802.11a High Speed Wireless LAN

- OFDM (64 F F T - 54 alviv) - 54 Mbit/s brutt tviteli sebessg

3. fejezet

Internet protokollkszlet

Elszr is tisztzzunk nhny fogalmat! Az internet jelentse: sszekapcsolt hlzat. Az Internet egyetlen vilgmret nyilvnos IP alap internet. Az intranet internet technolgit hasznl intzmnyi bels hlzat. Az internet protokollkszletbe (internet protocol stack) tartoz legfontosabb protokollok: IP (Internet Protocol, magyarul: internet protokoll1)

Az IP egy nem megbzhat datagram2 szolglatot biztost forrs s clgp kztt, fggetlenl attl, hogy ezek hol helyezkednek el (azonos, szomszdos, vagy egymstl tvoli hlzatban).

T C P (Transmission Control Protocol) A TCP az IP-t felhasznlva kt vgpont kztti megbzhat ktirny bjtfolyam tvitelt biztost. Ehhez a kt vgpont kztt kapcsolatot pt fel, amit az tvitel vgn le kell bontani.

U D P (User Datagram Protocol) Az UDP szintn az IP-re ptve sszekttets nlkli (itt

1 F i g y e I j n k o d a a z e l t r he lyes rs ra ! 2 A c s o m a g spec i l i s n e v e a z i n t e r n e t p r o t o k o l l k s z l e t b e n .

71

72 3. FEJEZET. INTERNET PROTOKOLLKSZLET

nincs kapcsolat felpts, bonts) vgpontok kzti nem megbzhat datagram szolgltatst nyjt a felhasznlknak.

I C M P (Internet Control Message Protocol) Az ICMP az IP szolglati kzlemnyeit hordozza (szintn az IP-re ptve) kt IP-t hasznl lloms kztt.

A 3.1. brn megfigyelhetjk a felsorolt protokollok elhelyezkedst a TCP/IP modellben. A hordoz rtegre pl az IP, erre pedig a TCP s az UDP. Az ICMP-t az ltalunk hasznlt egyskos" szmtstechnikai architektrban az IP rteg rsznek tekintjk.3 Elszr ezzel a ngy protokollal ismerkednk meg.

Alkalmazsok SMTP FTP HTTP DNS

TCP UDP

IP [ICMP

Hordoz (pl. LAN, MAN, WAN, WLAN)

3.1. bra. A T C P / I P protokollcsald

Az internet protokollkszlet elemeinek (s sok ms szmtstechnikval, hlzattal kapcsolatos protokollnak) a defincijt az RFC-kben talljuk meg. Az RFC a Request For Comments rvidtse. Ezek a dokumentumok elrhetk pldul a h t t p : / / r f c . n e t webcmen. Az egyes protokolloknl a tovbbiakban mindig megadjuk az azt eredetileg definil RFC szmt

3 A t v k z l s i a r c h i t e k t r b a n p e d i g egy k l n g y n e v e z e t t vezrl ( c o n t r o l ) s k o n he lyezkedik el.

3.1. INTERNET PROTOCOL 73

is. Ajnlott irodalom: Mivel az RFC-k nem tl olvasmnyo

sak, az internet protokollkszlethez ajnlunk nhny knyvet. Elsknt Comer knyvnek els ktett [4] ajnljuk, ami alapjn e fejezet is kszlt. Szintn jl hasznlhat m [19]. Nem olvasmnyos, mivel kziknyv [14]. Magyar nyelv s jabb knyv: [18].

3.1. Internet Protocol

Az IP protokollt eredetileg az RFC 791-ben definiltk.

3.1.1 . A z I P c m e k

Az IP cmek felptse

Az IP-nek kt, brhol elhelyezked szmtgp kztt kpesnek kell lennie adatokat szlltani. Ehhez mindenek eltt megfelel cmzsre van szksge. Amikor egy levelet postn szeretnnk elkldeni valakinek, akkor meg kell adnunk, hogy a cmzett mely orszg mely vrosban, ott milyen utcban s hnyas szm alatt lakik. A cmzs teht hierarchikus.

Az IP 32 bitet hasznl egy lloms megcmzsre. A hierarchikus cmzs kt szinten valsul meg. A cm els rsze a hlzatcm (network address) kivlasztja azt a hlzatot, amelyikre az lloms csatlakozik, a msodik rsze a gpcm (host address) pedig a cm els rsze ltal kivlasztott hlzaton bell azonostja a gpet.

A protokoll tervezi gy dntttek, hogy tbb lehetsget adnak arra, hogy hol legyen a kt rsz hatra a 32 biten bell. Annak ismeretben alaktottk ki az IP cm osztlyokat, hogy nagy szervezetbl kevs van, kzepesbl jval tbb, kicsibl pedig kifejezetten sok. A cm els nhny bitje meghatrozza, hogy az IP cm melyik osztlyba tartozik (A, B, C, D,


E). A 3.2. bra megmutatja, hogy melyik osztlyban mekkora rsz jut a hlzat, illetve a gp cmnek megadsra.4

Specilis jelentse van, ha egy IP cm host rszben minden bit 0 rtk: ez az egsz hlzatot jelent network address; hasonlan annak is, ha a host rszben minden bit 1 rtk: ez az adott IP hlzatba tartoz sszes gpet jelent broadcast address.

Az IP cmek kanonikus (egyezmnyes, szabvnyos) rsmdja a kvetkez: A 32 bites cmeket 4 db oktettre5 bontjuk, majd ezeket tzes szmrendszerben, egymstl ponttal elvlasztva rjuk le. Pldul: 193.224.128.1. Ez a cm binrisan 110-val kezddik, mert a 193 kettes szmrendszerben: 11000001. Teht ez a cm C" osztly. A hlzatcm 3 oktett, a gpcm 1 oktett. 6

4 Az o s z t l y o k o n a l a p u l classful addressing m a m r r s z b e n csak t r t

n e t i j e l e n t s g , lsd : 4.1.6. 5 A b j t m e g n e v e z s e a T C P / I P p r o t o k o l l c s a l d f o g a l o m t r b a n . H a n g

s l y o z o t t a n 8 b i t e t j e lent . 6 V e g y k szre, h o g y m i l y e n k n y e l m e s az, h o g y a z sszes I P c m osz

t l y b a n a k t rsz h a t r a m i n d i g o k t e t t h a t r r a esik!


Az IP hlzatcmek kiosztsa

Az IP hlzatcmek kiosztst legfels szinten az Internet Assigned Number Authority (IANA) [27] vgzi. rdekldk bvebben olvashatnak a tmrl az albbi weboldalon: [23]

A fenti laprl elrhet, jelenleg kiosztott tartomnyok jellsnek megrtshez szksges a 4.1.6-ban trgyalt CIDR jells ismerete.

Egyelre annyit emltnk meg, hogy vannak privt, ms szval nem publikus IP cm tartomnyok, amelyeket brki hasznlhat, anlkl, hogy ignyeln, de ezek hasznlatval csak a sajt intzmnyn bell tud kommuniklni, a vilg tbbi rsze fel nem. (A cmfordtstl7 eltekintve, de ahhoz is kell egy darab publikus IP cm.) Ezekbl az rdekld hallgatink btran oszthatnak a sajt otthoni szmtgpeik szmra IP cmeket, ha hlzatba szeretnk ktni ket. Az RFC 1918 szerint ilyenek:

a 10.0.0.0 A" osztly hlzat

a 172.16.0.0-tl 172.31.0.0-ig terjed 16 darab B" osztly hlzat

. s a 192.168.0.0-tl 192.168.255.0-ig terjed 256 db C" osztly hlzat

3.1.2. A z I P d a t a g r a m o k fe lp tse s h a s z n l a t a

A 5. oldalon tallhat 1.2. brn elviekben mr lttuk, hogyan trtnik az elkldend informci begyazsa s kibontsa. A protokoll adategysg (PDU) kt rszbl ll, a protokoll vezrl informcibl (PCI) s a szolgltats adategysgbl (SDU). A kvetkezkben az IP datagram felptsvel fogunk rszletesen megismerkedni.

7 N A T : N e t w o r k A d d r e s s T r a n s l a t i o n - e j egyzet k e r e t b e n b v e b b e n n e m t u d u n k vele foglalkozni.


0 4 8 18 19 24 31

VERSION IHL S E R V I C E TYPE TOTAL LENGTH

IDENTIFICATION FLAGS FRAGMENT O F F S E T

TTL PROTOCOL HEADER CHECKSUM

S O U R C E IP ADDRESS

DESTINATION IP ADDRESS

OPTIONS (IF ANY) PADDING

DATA

3.3. bra. IP datagram felptse

A 3.3. brn feltntettk egy IP datagram sszes lehetsges mezjt. Az egyes mezk nevt rvidtettk, ezeknek megadjuk a teljes nevt, valamint megadjuk az egyes mezk funkcijt is, kzben lpsrl lpsre megismerkednk az internet protokoll mkdsvel.

Version verzi szm rtke: 0100, mivel az IP 4-es verzijrl van sz. (A ksbbiekben megismerend IPv6 esetn rtke: 0110)

IHL (Internet Header Length) fejrsz hossza 1 egysg = 32 bit (4 oktett), ezrt a fejrsz oktettekben mrt hossznak oszthatnak kell lennie 4-gyel. Tipikus rtke az 5; ha vannak opcik a fejrsz vgn, akkor lehet 6 vagy tbb.

Type of Service szolglat tpusa


Ez a mez tovbbi almezkre bomlik, radsul az rtelmezse vltozott, ezrt kln foglalkozunk vele.

Total Length a datagram teljes hossza

Identification azonosts Sztdarabolt keretek esetn azonostja az sszetartoz tredkeket. (A trdelssel is kln foglalkozunk.)

Flags jelzbitek Hrom bitbl ll, ezek rendre:

0 (reserved) kihasznlatlan rtke ktelezen 0.

DF (Do not Fragment) ne trdeld 0: szabad trdelni 1: nem szabad trdelni

MF (More Fragments) van mg tredk 0: ez az utols tredk 1: ez mg nem az utols tredk

Fragment Offset tredk eltols Trdels esetn megadja, hogy az adott tredk adatrszben a kezd bjt hnyadik volt az eredeti datagram adatrszben. Mivel a mrete 13 bit, ezrt 8 oktettes egysgekben rtend!

Time to Live lettartam Legfeljebb 255 lehet az rtke, minden csompontnl cskkentik az rtkt a vrakozssal eltlttt msodpercek szmval, de legalbb 1-gyel. (A gyakorlatban 1-gyel.) Ha 0-ra cskken az rtke, a csomagot eldobjk. Ennek a clja az, hogy ha esetleg az tvonalvlaszts hibja miatt egy csomag eltved", ne maradjon korltlanul hossz ideig a hlzatban (erforrs pazarls).


Protocol protokoll Megadja, hogy az IP felett milyen protokoll helyezkedik el. (pl. TCP, UDP, ICMP)

Header Checksum a fejrsz ellenrz sszege

Source Address forrs IP cme

Dest inat ion Address cl IP cme

Options opcik Szerepelhetnek egyb belltsok is, de nem felttlenl vannak. Ha vannak, a mretk nem felttlenl a 4 ok-tett egsz szm tbbszrse.

Padding helykitlts Mrete 1, 2 vagy 3 oktett lehet. Azrt szksges, mert az IHL" egysge 32 bit, gy a fejrsz mrett mindig ki kell egszteni annak tbbszrsre.

Data adatok Itt tallhat begyazva az IP fltti protokoll adategysge.

Most visszatrnk a Type of Service mezre, utna pedig a datagramok trdelsvel fogunk foglalkozni.

A Type of Service mez rgi jelentse Mr az IP protokoll tervezsekor is gondoltak arra, hogy attl fggen, hogy mit szllt egy datagram, ms-ms elbnsra lehet szksge. A Type of Service mezt arra terveztk, hogy ezt tmogassa. Az eredeti, RFC 791-ben lert mezit ltjuk a 3.4. brn.

Ezek rtelmezse a kvetkez:


3.4. bra. A Type of Service" mez almezi (RFC 791 szerint)

Az els hrom bit a priorits (elsbbsg) megadsra szolgl.

A D, T s R bitek kzl legfeljebb kt darab rtke lehet 1-es. Amelyik rtke l-es, az tvonalvlasztk a datagram tovbbtsa sorn annak a jellemznek az rtkt igyekeznek optimalizlni, de garancit nem vllalnak. gy nevezik ezt, hogy a hlzat best effort" jelleg.

D (Delay) l-es rtke azt jelenti, hogy a ksleltets minl kisebb rtke a fontos szmunkra.

T (Throughput) az idegysgenknti minl tbb adat tvitelt jelenti.

R (Reliability) pedig a megbzhatsgot, hibamentessget kri.

A 3.1. tblzatban ltunk nhny pldt, hogy a klnbz adatfajtk mire rzkenyek a hrom jellemz kzl.

Az utols kt bitet eredetileg nem hasznltk, rtkk ktelezen 0.

Azonban a routerek (tvonalvlasztk) ltalban nem vettk (s legtbbszr ma sem veszik) figyelembe a Type of Service mezben tallhat rtkeket.

A Type of Service mez j jelentse A Type of Service mez hasznlatnak megvltoztatsra tbbfle javaslat is szletett:


adatfjl

hang tmrtett hang

vide tmrtett vide

delay * * * throughput * * reliability * * *

3.1. tblzat. Mire rzkenyek az egyes tartalmak?

R F C 1349 A Type of Service oktettben hagyjuk meg a hrom bites prioritst, s a kvetkez hrom bites mezt (korbban DTR) TOS nven bvtsk ki mg egy bittel, amivel a kltsgek minimalizlst lehet krni. (Az utols bitet pedig 0-ra kell lltani.)

R F C 1455 Az RFC 1349-ben definilt ngy bites TOS mez (eddig nem megengedett) 1111 rtke jelentse azt, hogy a tovbbts sorn olyan tvonal vlasztst krjk, ami a datagram lehallgatsa e

Documents

SzgHalok_Lencse