Informatika | Hálózatok » Pandur Béla - Számítógép Hálózatok I.

Szerzõdés száma: HU9705-02-01-0028 Pécsi Tudományegyetem Pollack Mihály Mûszaki Fõiskolai Kar Mûszaki Informatika Tanszék Az alkalmazott informatikai képzés regionális fejlesztése. Pandur Béla: Számítógép hálózatok I. 2002 1 Tartalom jegyzék: 1. Bevezetés 3 1.1 Elõszó 3. 1.2 Számítógépes hálózatok kialakulása 3 1.3 Számítógép hálózatok létrehozásának céljai 6 1.4 Hálózati struktúrák 7 1.5 Hálózati hardver 8 1.6 Összekapcsolt hálózatok 12 1.7 Hálózati szoftver 13 1.8 Rétegek tervezési kérdései 16 1.9 17 Terminológia 1.10 Összeköttetés alapú és összeköttetés nélküli szolgálatot 18 1.11 Szolgálatprimitívek .19 1.12 Hálózatszabványosítás 20 2. Fizikai réteg 29 2.1 Elméleti alapok 29 2.2 Az adatátviteli közeg 39 2.3 Adatátviteli módszerek 52 2.4 Digitális átvitel 58 2 1. BEVEZETÉS 1.2 Elõszó A számítástechnika a többi iparághoz

viszonyítva fiatal, de fejlõdési sebessége meghaladta minden más iparág fejlõdési sebességét. A korábban önálló területek: az információ gyûjtése továbbítása tárolása feldolgozása egyre közelebb kerül egymáshoz. A felhasználó szeretné a bárhol rendelkezésre álló információt gyorsan elérni , és hatékonyan felhasználni. Nem egy számítógéppel akar kapcsolatba lépni, hanem azzal információval, amit számítógépek sokasága hordoz. A hálózatok elterjedése számos társadalmi és morális problémát is felvet. A hálózat lehetõvé teszi , hogy az azonos nézeteket vallók nagy távolságból is közös hirdetõtáblákon tegyék közé eszméiket, levelezõ csoportokat hozzanak létre. A szabad információ áramlás akkor válik problémává , ha olyan eszmék és csoportok kapnak teret, melyek a társadalmat érzékenyen érintik. ( Vallás, szex, terrorizmus. ) A jegyzetben csak mûszaki kérdésekkel foglalkozunk, és csak ott

érintjük a jgi és morális vonatkozásokat , ahol ez elkerülhetetlen ( védelmi stratégiák ) . 1. 2 Számítógépes hálózatok kialakulása Az elsõ számítógépek elszigetelten, hatalmas termeket kitöltve mindössze néhány kivételezett számára voltak elérhetõek. Az intézmény teljes számítástechnikai igényét egyetlen gépszolgálta ki. A gépek szaporodásával ezt a modellt felváltotta a különálló , de egymással összekapcsolt számítógépek rendszere. Az ilyen számítógép rendszereket nevezzük hálózatoknak (computer networks). Számítógép hálózatnak az információcserére alkalmas, autonóm gépek rendszerét tekintjük. A meghatározás két lényeges eleme az önállóság, és az 3 információcsere képessége. Nem tekinthetõ számítógép hálózatnak egy olyan rendszer, ahol egyértelmûen mester-szolga kapcsolat van a gépek között. Az információ elérésén túl megjelent egy másik igény is, hogy

egy nagy feladatot , párhuzamosan , osztottan oldunk meg (distributed processing). Az osztott feldolgozás elsõsorban a számításigényes feladatok gyors megoldására alkalmazható eljárás, amikor is több, egymással hálózatba kötött gép egy felügyelõ gép irányítása alatt párhuzamosan dolgozik a globális probléma részfeladatainak megoldásán, ezáltal a teljes megoldáshoz szükséges idõt töredékére csökkenthetjük. A központosítás és az elosztott rendszerek viszonya az elmúlt években sok vita tárgya volt. Napjainkban a nagyvállalati rendszerek többsége biztonsági okokból a központosítás felé hajlik, de a központi erõforrás nem egy számítógép, hanem egy számítógép csoport. A számítógép hálózatok fejlesztésében meghatározó szerepe volt az amerikai védelmi minisztériumnak ( DoD) . Egy olyan parancsközlõ hálózatot kívántak létrehozni, ami túléli az atomháborút (1965, a hidegháborús korszak csúcsa.) A

fejlesztéseket a minisztérium kutatási részlege (Advenced Research Agency) szerzõdésekkel és ösztöndíjakkal támogatta. Az elsõ csomagkapcsolt hálózat létrehozásával a Rand Corporation (Paul Baran ) 1960-as évek elején. A kutatás University of California (UCLA) illetve a Massachusetts Institute of Technology bevonásával folytatódott. Az elméleti tanulmányok alapján egy olyan hálózat megépítésére írtak ki tendert, ami csomóponti gépekbõl (Interface Management Processors) áll , melyeket adathálózat köt össze. Az adathálózatnak mûködõképesnek kell maradni akkor is, ha egyes csomópontjai megsemmisülnek. Egy IMP maximum 8063 bites üzenetet küldhet, amit legfeljebb 1008 bites csomagban kell továbbítani. A tenderre 12 cég jelentkezett . A megbízást a cambridge-i BBN tanácsadó cég nyerte. Az elsõ rendszerben Honeywell DDP-316 számítógépeket használtak, 56kbit/sec sebességû vonalakkal összekapcsolva. Az elsõ csomópontot 1969

õszén állították fel az UCLA-n. Decemberre már négy csomópont mûködött az alhálózaton (UCLA, UCSB, SRI, Utahi egyetem), amely ekkor kapta az ARPA után az ARPAnet nevet. 4 1.1 ábra Az ARPANET hálózata 1971-ben 1971-ben tizenöt csomópont mûködött az ARPAnet-en, 1972-re pedig harminchétre nõtt a számuk. A csomagkapcsolt hálózat elvei, lényege azóta sem változotak. Ezzel elkezdõdött a hálózat terjeszkedése és technológiai fejlõdése. A hetvenes évek végére kiépültek a kapcsolatok az ARPANET és más hálózatok között. A világot ettõl kezdve egy globális számítógépes hálózat fonja be. Az 1980-as években a hálózatoknak ez a hálózata melyet összefoglaló néven Internetnek neveztek, rohamos ütemben nõtt. Ekkor kezdték közhasznú célokra alkalmazni. Az igazi karriere a 90-es években kezdõdött, mikor az üzleti élet kezdte felfedezni magának. Ettõl kezdve vált napjaink leginkább emlegetett, nagy lehetõségeket

kínáló területévé. A robbanásszerû fejlõdésben nagy szerepe volt annak , hogy az Internet lehetõvé tette a levelezést. A fejlesztésekben nagy szerepe volt a svájci CERN laboratóriumában Tim Barns-nak. Barns valójában nem épített új rendszert, 5 csak könnyen használhatóvá tette a meglévõ elemeket. Az elterjedést nagyban elõsegítette egy új alkalmazás a World Wide Web megjelenése . A WWW-hez írt böngészõprogram a „Mosaik” ( National Center for Supercomputer Agency fejlesztés ) megjelenése után egy év alatt a WWW szerverek száma 100-ról 7000-re emelkedett. 1.3 Számítógép hálózatok létrehozásának céljai A hálózat mai célja, hogy a felhasználó ne egy számítógéppel, hanem a hálózat erõforrásaival kerüljön kapcsolatba. Ez a felfogás sok elõnnyel jár • Lehetõvé teszi az erõforrások megosztását. A rendszerben levõ erõforrások (tárolók, nyomtatók) a jogosultságtól függõen elérhetõk bárki

számára. • Nagyobb megbízhatóságú mûködést eredményez, hogy az adatok egyszerre több helyen is tárolhatók, az egyik példány megsemmisülése nem okoz adatvesztést. Az azonos funkciójú elemek helyettesíthetik egymást ( Több nyomtató közül választhatunk ) • Gazdaságosan növelhetõ a teljesítmény. A feladatok egy nagyszámítógép helyett megoszthatók több kisebb teljesítményû eszköz között. Általában tízszeres teljesítmény százszoros árat jelent. A megosztás tehát rendkívül gazdaságos. A közösen használt eszközökbõl kevesebb példányra van szükség mint egyébként. • Elérhetõvé válnak a központi adatbázisok. Ezek az adatbázisok sok helyrõl lekérdezhetõk, és sok helyrõl tölthetõk. Csak így képzelhetõ el pl egy valóban aktuális raktár vagy megrendelés állomány kezelés egy nagyvállalatnál. • A hálózati rendszer kommunikációs közegként is használható. Ez a terület a leggyorsabban

fejlõdõ ág. Ide tartozik az elektronikus levelezés, a hálózati telefon és a videó átvitel is. • Központi programtárolás és kiszolgálás. A programokat nem feltétlenül kell a saját gépünkön tárolni. Elképzelhetõ, hogy a programok csak a futtatás idejére töltõdnek le a gépünkre, és a használatért eseti bérleti díjat fizetünk. 6 Saját hálózatokon ennek a megoldásnak az az elõnye, hogy mindig az aktuális verzió fog futni a felhasználó gépén anélkül, hogy ezzel külön kellene foglalkoznunk. A korszerû vállalati rendszerekben általában helyi programtárolás van, de futtatás elõtt a rendszer ellenõrzi, hogy a példány megegyezik-e a szerveren tárolttal. Ha szükséges frissíti a programot és letölti a hiányzó komponenseket. 1.4 Hálózati struktúrák A hálózati struktúrák és a fogalmak meghatározásában a mai napig érvényesek az ARPA ( Advanced Research Project Agency ) által kidolgozott elvek. •

Hosztoknak (host) nevezzük azokat a gépeket, amelyekben a felhasználó program fut. • Kommunikációs alhálózat ( communication subnet ) köti össze a hosztokat. Az alhálózat az összeköttetést biztosító csatornákból és kapcsológépekbõl áll. A csatornát (channels) szokás még vonalnak, áramkörnek, vagy több vonal esetén trönknek is nevezni. Figyeljük meg, hogy a hoszt nem része az alhálózatnak! • A kapcsológép ( Interface Message Processor ) az interfész üzenet feldolgozó gép. Feladata, hogy a bemenetére kerülõ adatot meghatározott kimenetre kapcsolja. Fizikailag ez lehet egy speciális gép (pl. router), de lehet egy számítógép része is (pl. hálózati kártya) 7 1.2 ábra Kommunikációs alhálózat Egy IMP-hez egy hoszt is tartozhat, de egy IMP-hez több hoszt is kapcsolódhat. Az egy IMP – több hoszt a nagytávolságú hálózatokra jellemzõ. 1.5 Hálózati hardver A hálózati technológiák alapvetõen két csoportba

sorolhatók • Adatszóró hálózatok • kétpontos ( pont-pont ) hálózatok. Az adatszóró hálózatok egyetlen kommunikációs csatornát használnak. Ha egy gép elküld egy üzenetet, azt valamennyi gép megkapja. Ezeket az üzeneteket csomagoknak ( packets ) hívjuk. A feladót és a címzettet a csomag címmezõjében lehet megadni. A fogadó megnézi a csomag címmezõjét, és csak azokkal a csomagokkal foglalkozik, amit neki címeztek. Az adatszóró rendszerek általában lehetõvé teszik, hogy valamennyi gépnek egyidõben küldjünk üzenetet. Ezt az üzemmódot hívják adatszórásnak (broadcasting). Ha a gépek egy csoportját címezzük meg ez a többesküldés 8 (multicasting ) . A többesküldést a címmezõ egy speciális bitjének beállításával jelöljük, és maradék n-1 címbit jelöli a csoportot. 1.3 ábra Adatszóró hálózatok A kétpontos hálózatokban a gépek párosával kapcsolódnak egymáshoz. A lényeg, hogy minden üzenet egy

adott ponttól egy másik címezhetõ pontra kerül. Egy IMP több IMP-hez is kapcsolódhat, de az adatot mindig címzetten egy szomszédos IMP-re küldjük. A csomagot az IMP teljes egészében veszi ,kiértékeli és továbbküldi. Ezeket a hálózatokat szokás tárol- és – továbbít ( Store – and – forward ) , vagy csomagkapcsolt ( packet-swiched ) hálózatnak nevezni. A nagykiterjedésû hálózatok többsége ( a mûholdast kivéve ) ebbe a csoportba tartozik. Ha a csomagok mérete állandó, akkor celláknak is szokás nevezni Ha egy csomóponthoz több másik is csatlakozik, akkor fontos kérdés, hogy a lehetséges útvonalak közül a rendszer melyiket választja ( routing ). 9 Csillag Gyûrû Metszõ gyûrû Fa Teljes 1.4ábra Jellegzetes pont-pont topológiák A hálózatok további szempontok szerint is csoportosíthatók: • kiterjedés • használat jelege • átviteli köteg A hálózat kiterjedése szerint • Lokális hálózat ( Local

Area Network ) 10 m – 1 km átmérõjû. Egy vállalat ,egy intézmény területén belül. • Városi hálózat ( Metropolitan Area Network ) 1 – 30 km átmérõjû, egy várost átfogó hálózat. • Nagykiterjedésû ( Wide Area Network ) hálózatok. Földrajzilag nagy kiterjedésû, országokat, földrészeket átfogó nagy hálózatok. 10 Korábban a hálózatok között jelentõs sebességkülönbségek voltak. A legfontosabb probléma a szûk sávszélesség jó kihasználása volt. Ma a korlát nem a sávszélesség, hanem futási idõ. A mûködés jellegzetességeit a késleltetési idõ határozza meg. Egy WAN hálózat késleltetése 0,5 – 2 másodperc is lehet. A használat jellege szerint: • nyilvános ( public ) • zárt hálózatok vannak. Nyilvános hálózat akkor, ha ahhoz ( megfelelõ díjazás mellett ) bárki hozzáférhet. Az átvitel jellege szerint: • vezetékes • rádiós megkülönböztetés szokásos. Az üvegszálas

kábelek, vagy a lézeres pont – pont összeköttetések használat szempontjából vezetékes jellegûek. A rádiós rendszerek jellemzõje, hogy nincs fizikailag kitüntetett cél, üzenetszórás jellegûek. A vezeték nélküli hálózatok alkalmazása gyorsan terjed magasabb áruk és rosszabb minõségi jellemzõik ellenére. A felhasználó mobilitását biztosítják. A felhasználó mobilitása néhány speciális problémát is felvet, pl. nem tudom elõre, hogy a hálózat melyik részén kell kiszolgálnom. Hogyan irányítsam a neki szóló üzeneteket, ha a tartózkodási helye változik ? Egy jellegzetes alkalmazás a repülõgépen telepített LAN hálózat. Az egész LAN mozog a WAN hálózaton belül. A címzés megoldásról a forgalomirányítási részben lesz szó. 11 1.5 ábra Mozgó LAN hálózat 1.6 Összekapcsolt hálózatok A világon nagyon sok, és sokféle hálózat létezik. A különbözõ hálózatok összekapcsolására szolgáló eszközök

az átjárók (gateway). Az átjáró alkalmas különbözõ hardvert és különbözõ szoftvert tartalmazó hálózatok összekapcsolására. Az összekapcsolt rendszerekben természetesen csak azok a funkciók mûködõképesek, melyek mindkettõben léteznek. Az összekapcsolt hálózatokat hívják internetwork-nek, vagy internet-nek. Az internet WAN hálózattal összekapcsolt LAN-ok csoportja. Fogalmilag fontos, hogy a WAN hálózat tartalmaz hoszt-okat. A WAN hálózaton belül az átviteli vonalak és a routerek együttese az alhálózat, amely nem tartalmazza a hoszt-okat. Az alhálózat és a hoszt általában a tulajdonosok szerint is elkülönül. Az alhálózat a szolgáltató tulajdona, a hoszt ( a felhasználó gépe ) a felhasználóé. A továbbiakban az internet kifejezést ( kis kezdõbetûvel ) általában az összekapcsolt hálózatokra, az Internet ( nagy kezdõbetûvel ) a ma elterjedt világméretû hálózatra alkalmazzuk. 12 1.7 Hálózati szoftver A

hálózati szoftver alatt azokat a szoftvereket értjük, melyek a hálózat mûködtetésével kapcsolatosak. A hálózati operációs rendszerek nem tartoznak a hálózati szoftver fogalomkörébe, bár a mûködéshez elengedhetetlenül szükségesek. Protokollok ( Protocols ) A számítógépek párbeszédének írott és íratlan szabályait együttesen protokollnak nevezzük. A protokoll egy megállapodás, amit az egymással kommunikáló felek párbeszédének szabályait rögzíti. A hétköznapi életben is vannak protokoll szabályok, amiknek betartása megkönnyíti, megsértése megnehezíti a kommunikációt. Az eltérõ szabályok értelmezési nehézségeket okozhatnak. ( Egy bogár elõrehátra mozgatja a fejét, az abban a környezetben „nem”-et jelent, a nálunk megszokott „igen” helyett.) A hálózatok bonyolultak, ezért rétegekbe ( layers ) vagy szintekbe ( levers ) szervezik a mûködést. Minden réteg vagy szint az alatta lévõre épül. Az egyes

rétegek célja, hogy szolgáltatásokat nyújtsanak a felettük lévõnek, és használják az alattuk lévõ szolgáltatásait. Minden réteg csak a szomszédos réteggel van kapcsolatban Az egyes rétegek párbeszédének szabályait a réteg-protokollok tartalmazzák. Példaként nézzünk egy 5 – rétegû hálózatot: 13 1.6 ábra Réteg szemléletû kommunikáció Minden réteg formálisan a vele azonos szintû réteggel társalog. Az adat valójában végighalad az alatta lévõ összes rétegen, de ezt a rendszer elfedi. Az elsõ réteg alatt van a fizikai közeg ( physical medium ). Soha ne feledkezzünk meg arról, hogy a fizikai közegben az adattovábbítás mindig analóg jellegû. Az adatot a fizikai közeg valamely tulajdonságának mértéke hordozza. Az egymással szomszédos rétegek között interfész ( interface ) található. Az interfész definiálja a rétegek közötti elemi mûveleteket, és azokat a szolgáltatásokat amit nyújt, illetve használ. A

rendszerek tervezésének kritikus része az interfészek definíciója . A definíciónak világosnak és egyértelmûnek kell lenni, hogy egy réteg a funkciók megváltozása nélkül tervezhetõ és kicserélhetõ legyen. Egy új implementációban az az elvárás, hogy pontosan azokat a szolgáltatásokat nyújtsa a felette lévõ rétegnek, mint a korábbi. Célszerû, ha az interfészt úgy választjuk meg, hogy az átadandó információ minimális legyen. A rétegek száma is kompromisszum. Ha kevés a rétegszám, bonyolult lesz a megvalósítás. Túlságosan sok réteg lassítja a rendszert, mert a sok interfész programja idõt igényel. 14 A rétegszemlélet megértéséhez vizsgáljuk meg az emberi kommunikációt. Alkalmazás Japán ügyfél japán / angol / japán közös nyelv tolmács titkárnõ Magyar ügyfél magyar/angol/ magyar tolmács közös hordozó titkárnõ FAX levél 1.7 ábra Emberi kommunikáció modellje A modellünkben egy japánnak

akarjuk megüzenni, hogy gyönyörûek a cseresznyevirágai. A kommunikáció 3 rétegbõl áll: Ügyfél (alkalmazás )– tolmács – titkárnõ. Minden réteg saját feladattal rendelkezik. A tolmács feladata, hogy valami globális (mindkét oldalon értelmezhetõ) formára hozza az üzenetet, vagy ezt a globális formát alakítsa lokálissá. A tolmácsnak mindegy, hogy az alatta levõ réteg (titkárnõ) hogyan továbbítja az üzenetet. Neki a vele azonos szinten lévõvel kell azonos protokollt (nyelvet) használni. Látható, hogy semmi nem változna, ha a japán/angol – angol/magyar párosok helyett japán/francia – francia /magyar párosítást használnánk. Cserélhetõ a titkárnõk által alkalmazott hordozó is. Itt is az a fontos, hogy a két oldal azonos szintû rétege „értse” egymást. (Mindkét oldalon azonos szabványú fax készülék legyen) Ezeket az egyeztetéseket végzik el a különbözõ távközlési szervezetek. A megállapodások egy része

kötelezõ (szabvány) , más része ajánlás. A jegyzetben sokszor hivatkozott „OSÍ modell” ajánlás. 15 1.8 Rétegek tervezési kérdései Egy hálózatban sok számítógép van, tehát szükség van egy olyan mechanizmusra, ami a küldõt és a fogadót azonosítja. Sok alkalmazásban szükség lehet arra, hogy a célállomások egy csoportját azonosítsuk. Meg kell határoznunk, hogy az összeköttetés egy irányban mûködjön (szimplex átvitel), változó irányú (fél duplex átvitel) egyidejûleg kétirányú (duplex átvitel) legyen. Célszerû létrehozni külön csatornát a sürgõs nem sürgõs üzeneteknek. A hibajavítási kódokban is meg kell állapodni, mert mindkét oldalon azonosan kell képezni az ellenõrzõ részeket. Gondoskodni kell a feldarabolt üzenet darabjainak helyes sorrendbe rakásáról, és meg kell akadályoznunk, hogy egy hiányzó darabra végtelen ideig várjunk. A vevõ és az adó sebességét össze kell hangolnunk. Ha a vevõ

nem tud adatot fogadni, akkor az adást meg kell szakítani. Az üzenetek hosszát is meg kell határoznunk. A túlságosan rövid, és a túl hosszú üzenet is rontja a hatásfokot. A rövid üzeneteket a címrész növeli meg A hosszú üzenetek akkor rossz hatásfokúak, ha az elküldendõ információ sokkal rövidebb, mint az üzenet. (Egyetlen „a” betû elküldéséhez is teljes keretet kell küldeni !) A párbeszédet folytató folyamat pároknak nem kell tudni arról, hogy az alattuk lévõ rétegek egy vagy több folyamatpárt használnak. Egy fizikai csatornán egy idõben több magasabb szinten lévõ folyamat társaloghat, vagy több fizikai csatornát összevonhatunk a gyorsabb kiszolgálás érdekében. Ha a forrás és a cél között több lehetséges útvonal van, akkor az útvonal kiválasztását is meg kell oldanunk. 16 Az útvonal kiválasztásánál nem csak mûszaki szempontok érvényesülhetnek. Elõírhatjuk, hogy bizonyos országokat kerüljön ki

az adatforgalom gazdasági vagy politikai megfontolások alapján. 1.9 Terminológia A rétegek feladatának pontos leírásához definiált fogalmak kellenek. A pontos leírást általában a szabványok használják, „hétköznapi” használatban bürokratikusnak hatnak, és nehézkesek. ICI IDU SAP SDU PDU Interface Control Information. Interface Data Unit Service Access Points Service Data Unit Procol Data Unit (interfész vezérlõ információ) (interfész adatelem) (szolgálat elérési pontok) ( szolgálati adatelem ) (protokoll adatelem) 1.8 ábra Rétegek kapcsolatai Az n. réteg szolgáltatásokat nyújt az n+1 réteg számára A szolgáltatások a szolgálat elérési pontokon keresztül hozzáférhetõk. Minden szolgálat elérési pont valójában egy cím. A telefon hálózaton pl: egy szolgálat elérési pont a fali csatlakozó. A csatlakozót a telefonszám azonosítja A rétegben lévõ aktív elemeket entitásoknak hívják. Entitás pl egy áramkör, vagy

egy szoftverfolyamat. Az n+1. réteg kommunikációja úgy valósul meg, hogy átad a SAP-on keresztül egy IDU-t az n. rétegnek Az n réteg az alatta lévõ rétegeken keresztül cserél SDU-kat a vele azonos szinten lévõ réteggel . Az n réteghez tartozó SDU-t továbbítása érdekében egy entitás feldarabolhatja kisebb egységekre. Ezeket az adategységeket hívjuk PDU- nak. Az n-PDU az n réteghez tartozó Protocol Data Unit . PDU lehet például egy csomag. 17 1.13 Összeköttetés alapú és összeköttetés nélküli szolgálatot 1.131 Az összeköttetés alapú szolgálat tipikus képviselõje a telefon. A beszélgetés menete: - felemeljük a hallgatót: • tárcsázunk • beszélünk • letesszük a hallgatót A szolgálat igénybevételéhez elõször : • létrehozunk egy összeköttetést • igénybe vesszük a szolgálatot • lebontjuk az összeköttetést. Az összeköttetés „csõként” mûködik. Az egyik végén betöltött

információ a másik végén a sorrend megváltozása nélkül „kifolyik”. 1.132 Az összeköttetés nélküli szolgálat a levélhez hasonló. Minden üzenet (feladóval és címmel) önálló útvonalon halad. A levelek általában a feladás sorrendjében érkeznek meg. A késõbb feladott levél idõnként megelõzheti kézbesítéskor a korábbit. Ez a sorrendcsere az összeköttetés alapú szolgálatoknál nem lehetséges. 1.103 A szolgálatok minõségben (qualiti of service) is különbözhetnek Vannak megbízható és megbízhatatlan szolgálatok. Megbízható szolgálat tipikusan úgy alakítható ki, hogy minden üzenetet nyugtázunk. (Tértivevénnyel adjuk fel a levelet) A küldõ így biztos lehet benne, hogy az üzenete megérkezett. Lehetséges, hogy nem az üzenet, hanem az üzenet nyugtája veszik el, ami további nehézségek forrása. Egy fájl átvitele tipikusan megbízható szolgálatot igényel. Sokszor megelégszünk azzal, hogy az üzenetünk nagy

valószínûséggel célba ér, nem fontos, hogy biztosan odaérjen. (Elküldünk egy kérdést, amire választ várunk. Ha nem kapunk választ, akkor egy idõ múlva megismételjük a kérdést A kérdés nyugtázása nem lényeges.) Elképzelhetõ, hogy az adattovábbítás folytonossága lényegesebb, mint néhány hiba kijavítása. 18 Egy videó kép továbbításánál néhány bit hiba egy pöttyöt eredményez néhány msec-re a képernyõn, ami sokkal kevésbé zavaró mintha „ugrálna” a gép a késleltetések (hiba javítása, nyugtázás) miatt Az összeköttetés nélküli, nem nyugtázott szolgálatot „datagram service”-nek is hívják, a távirat analógiájára. Ha fontos a megbízhatóság, akkor nyugtázott datagram szolgálatot (acknowledged datagram service) használunk. 1.14 Szolgálatprimitívek A szolgálat leírására primitívek (primitíves), azaz elemi mûveletek (operations) halmaza alkalmas. Ezek a mûveletek teszik elérhetõvé a

szolgálatot felhasználó vagy más entitás számára A kommunikáció viszonylag kevés primitív felhasználásával megoldható. Az egyes primitívek egyeztetett részleteit a protokoll tartalmazza. Ha a két állomás eltérõ „javaslatot” tesz, akkor a protokoll eldöntheti, hogy melyiket választja. A szolgálat lehet megerõsített (confirmed), vagy megerõsítetlen (unconfirmed). Megerõsített szolgálat primitívjei: request (kérés) indication (bejelentés) response (válasz) confirm (megerõsítés) Megerõsítetlen szolgálat primitívjei: request (kérés) indication ( bejelentés) A primitívek felhasználásával felépíthetünk és lebonthatunk kapcsolatokat. Egy kapcsolat felépítésére a Connect reqvest (összeköttetés létesítésére irányuló kérés) mindig megerõsített szolgálat, mert a távoli társfolyamattal egyeztetni kell az összeköttetés felépítésérõl. Az adatátvitel lehet megerõsített, vagy megerõsítetlen. Az összeköttetés

lebontása megerõsítetlen szolgálat, mert ha megerõsítésre várunk, lehet, hogy soha nem tudjuk lebontani az összeköttetést. (A problémára a késõbbiekben visszatérünk.) 19 A protokollok olyan szabályhalmazok, melyek megadják, hogy a társ – entitások az adott rétegen belül milyen formátumban, milyen jelentéssel küldenek egymásnak csomagokat, kereteket, üzeneteket. A szolgálat definiálja az objektumon végrehajtható mûveleteket, de nem mondja meg hogyan kell ezeket implementálni. A protokoll a szolgálat implementációja. A protokollok cserélhetõk, ha a szolgálat változatlan marad. 1.15 Hálózatszabványosítás A hálózatok világában a fejlõdés sokszor megelõzte a szabványosító szervezeteket. Sok olyan megoldás van amit mindenki elfogad, ezek a „de facto” szabványok ( Pl.: IBM-PC) A szabványosító szervezetek késõbb sok gyakorlatban már elfogadott eljárást, technológiát szabványként is bevezettek. Ugyanakkor sok már

mûködõ rendszert nem szabványosítottak. A „de jure” szabványok jogilag meghatározottak és elfogadottak. Elõfordul, hogy a precíz jogi kereteket kitöltõ implementáció soha nem születik meg, de a gyakorlathoz jól illeszkedõ „ajánlást” mindenki elfogadja. Valószínûleg nehéz olyan szabvány teljes implementációját elvárni, ahol a feladatok 90%-a a fejlesztési ráfordítások 10%-ával megoldható, a maradék 10% kidolgozása a fejlesztési költség 90%-át igényli. ( Pl.: még nem készült teljes X500 implementáció) 1.121 MAP és TOP A hálózatok alapvetõen két csoportba sorolhatók: - Van garantált minimális szolgáltatás - Nincs garantált minimális szolgáltatás A „nincs garantált minimális szolgáltatás” természetesen azt jelenti, hogy a szolgáltatás nagy valószínûséggel rendelkezésre áll, csak nem határozható meg a legkedvezõtlenebb eset. A két csoport eltérõ felhasználói igényt takar. Egy gyártósor

vezérlésénél, ahol idõkritikus folyamatok vannak, magától értetõdõ, hogy garantálni kell egy adategység legkedvezõtlenebb esetben történõ átviteli idejét. Irodai környezetben megelégedhetünk azzal, hogy az adataink többnyire gyorsan célba jutnak, és az is elõfordulhat, hogy egy idõszakban lassabban 20 érnek célba, és ez a „lassabban” nem definiált.( Szélsõséges esetben egyáltalán nem jut el a célig. ) Az irodai hálózatok alapja Robert Metcalfe 1973-ban írt PhD (M.IT) dolgozata Késõbb a Xerox Corporation-nél fejlesztette ki az ETHERNET-nek nevezett LAN megoldást. A gyors elterjedést elõsegítette, hogy az INTEL kidolgozott hozzá egy egy-csipes vezérlõt, ami nagyban egyszerûsítette a kártyák gyártását. Saját irodaautomatizálásához a Boeing az Ethernet-et választotta, és kifejlesztette a protokollkészletét, ami „Technical and Office Protocol” néven vált ismertté. A gyártás automatizálásában erõsen

érdekelt General Motors vezérjeles sínre alapozott protokollt hozott létre, a „Manufacturing Automation Protocol”-t A protokollt sok gyártó azonnal átvette. Szerencse, hogy a két rendszer tervezõi együttmûködtek, és a felsõbb rétegekben kompatíbilis a két féle megoldás. Harmadikként az IBM jelentkezett a vezérjeles gyûrûre alapozott protokolljával (TOKEN RING), ami karbantarthatóságával, megbízhatóságával mutatott elõnyöket. A szabványosító testületben egyik elõterjesztés sem kapott abszolút többséget, így mindhárom megoldást szabványosították. IEEE 802.3 Elhernet alapú IEEE 802.4 Vezérjeles sín IEEE 802.5 Vezérjeles gyûrû 1.122 Hivatkozási modellek A gyakorlatban elõforduló hálózati architektúrák valamennyien megfelelnek a rétegekbõl álló modellnek. Különbségek a rétegek számában, és a megvalósított funkciókban vannak. 1.1221 OSI modell Az OSI hivatkozási modell (x. ábra) a Nemzetközi Szabványügyi

Szervezet (Internetional Standards Organization) ajánlása. Hivatalosan ISO OSI (Open System Interconnection) modellnek hívják. A csak az elveket tartalmazó ajánlás a hivatkozási modell. A rétegek tevékenységét leíró rész a referencia modell 21 1.9 ábra OSI referencia modell A modell nem specifikálja a rétegek által megvalósított szolgálatokat és protokollokat. Ezekre dolgozott ki szabványokat az ISO, de ezek nem részei a modellnek. A mai, modern számítógép hálózatok tervezését strukturális módszerrel végzik, vagyis a hálózat egyes részeit rétegekbe (layer) vagy más néven szintekbe (level) szervezik, melyek mindegyike az elõzõre épül. Az azonos szintû rétegek csak egymással kommunikálnak. E kommunikáció szabályait protokollnak nevezzük, s az egymást követõ protokollok halmazát protokoll stack-nek hívjuk. Az elküldeni kívánt üzeneteknek egy ilyen protokoll stack-en kell végigmenniük, amíg elérnek az átvivõ

közeghez. Az áthaladás során minden protokoll hozzácsatolja a saját információs fejrészét. A felsõbb réteg az alatta lévõ réteg szolgáltatásait használja. A rétegek közötti elemi mûveleteket (szolgálati primitíveket) a réteginterfész határozza meg. A legfontosabb, hogy ez az interfész minden réteg között tiszta legyen olyan értelemben, hogy az egyes rétegek egyértelmûen meghatározott funkcióhalmazból álljanak. Ez egyszerûvé 22 teszi az adott réteg különbözõ megoldásainak a cseréjét, hiszen a megoldások az elõbbiek alapján ugyanazt a szolgáltatást nyújtják a felettük lévõ rétegnek. A rétegek legfontosabb feladatai : •Fizikai réteg: Feladat. biteket juttatni a kommunikációs csatornára, oly módon, hogy az adó oldali bitet a vevõ is helyesen értelmezze. Itt határozzuk meg, hogy a kapcsolat egyirányú, kétirányú legyen, a feszültségszinteket, a csatlakozók kiosztását, mechanikai jellemzõket, a

hívásfelépítés és lebontás módját. Az átviteli közeg többféle lehet: pl.: sodrott érpár, koaxiális kábel, optikai kábel, rádió hullám. •Adatkapcsolati réteg: Feladata a hibátlan adatátviteli vonal biztosítása a hálózati réteg felé. Az átviendõ adatokból frame-ket, kereteket formál, továbbítja azokat, nyugtázza az átvitelt, hibajavítást és forgalomszabályozást végez. Gondoskodik arról, hogy a kerethatárokat helyesen ismerje fel a bitsorozatból Adatszóró hálózatok esetén meg oldani a közös fizikai hordozó elérésének szabályozását. Az osztott csatornához való hozzáférést az adatkapcsolati réteg alsó alrétege vezérli( közegelérési alréteg, Medium Acces Conntrol ). A felsõ réteg a logikai kapcsolatvezérlõ alréteg (Logical Link Control). •Hálózati réteg: A hálózati réteg (network layer) a kommunikációs alhálózatok mûködését vezérli. A két végpont közti út kijelölése a legfontosabb feladat

A hálózati rétegbe szokták beépíteni a számlázást is .A torlódások elkerülése is a réteg feladata. Eltérõ lehet a hálózatok címzési módszere, különbözhetnek a maximális csomagméreteik és protokolljaik is. E problémák megoldásáért szintén a hálózati réteg a felelõs. Üzenetszórásos hálózatokban az útvonal-kiválasztási mechanizmus igen egyszerû, így a hálózati réteg általában vékony, sokszor nem is létezik. Szállítási réteg: A legbonyolultabb réteg az OSI modellben. Feladata a két végpont közötti kommunjkáció létrehozása. Feladata a továbbítandó bitfolyam csomagokra bontása, a beérkezett csomagok helyes sorrendbe rakása, a teljes útvonalra kiterjedõ hibajavítás. Egy hoszt egy idõben több összeköttetést is fenntarthat. A szállítási réteg feladata , hogy az üzeneteket a megfelelõ folyamatokhoz rendelje. Egy 23 szállítási folyamathoz több hálózati összeköttetés is tartozhat, és egy

hálózati összeköttetés több szállítási folyamatot is kiszolgálhat. A szállítási réteg feladata , hogy elfedje az összeköttetés kapcsolat orientált vagy datagram jellegét. Az alsó három réteg döntõen hardver eszközöket jelent, a szállítási réteg és a felette lévõ rétegek döntõen szoftver megoldások. Különbség az is hogy az alsó rétegek általában egy szolgáltató szervezethez tartoznak, a felsõ rétegeket a felhasználó tarthatja kézben. A felhasználó a felsõbb rétegek mûködésére tud hatással lenni. Viszony réteg (session layer) feladata , hogy a felhasználók között viszonyt (session) . A viszonyréteg egyik szolgáltatása a párbeszéd szervezése A párbeszéd egy idõben egy- és kétirányú adatáramlást is lehetõvé tehet. Fontos lehet, hogy a két oldal ne kezdeményezze ugyanazt a mûveletet. Ezt vezérjelek (token) kiadásával oldhatjuk meg. Csak az kezdeményezheti a kritikus mûveletet, akinél a token van. A

viszonyréteg egy másik szolgáltatása a szinkronizáció, azaz olyan ellenõrzési pontok beszúrása, amelyek a kapcsolat megszakadás esetén lehetõvé teszik az adatátvitel folytatását, nem kell az egészet újra adni (egy hosszú fájl átvitele egy modemes összeköttetésen soha nem fejezõdne be). Az ellenõrzõ pontot megelõzõ adatok továbbítását nem kell újra megismételni. Megjelenítési réteg szintaktikájával és (presentation szemantikájával layer) foglalkozik. a továbbított A továbbított információ információ általában nem egy véletlenszerû bit halmaz, hanem szám betû, dátum, stb. A különbözõ rendszerekben eltérõ módon ábrázoljuk az adatokat. A különbözõ rendszerek kommunikációja érdekében a lokális szintaktikát átalakítjuk egy globális (absztrakt) szintaktikává, amit minden rendszer a saját lokális szintaktikájává alakítva tud felhasználni. Alkalmazási réteg (application layer) az ahol a

felhasználói program vezérli a mûködést. A program között számos olyan is van , melyekre széles körben van igény, általános megoldásuk célszerû, vagy csak így mûködõképes a dolog. Gyakori feladat a fájl átvitel (file transfer). Az állománytovábbításhoz sorolható az elektronikus levelezés, távoli adatbázisok elérése. Itt megoldandó az eltérõ 24 fájlrendszerek kezelése , szövegsorok kezelése, stb. ( Egy UNIX szerverrõl le tudunk másolni egy fájlt egy DOS–t használó gépre. A világon mûködõ sokféle terminál sem kompatíbilis egymással. Eltérõ a kurzor mozgatás, beszúrás, törlés , stb. Az egyik (ha nem az egyetlen mûködõképes) megoldás az, hogy a hálózatra egy virtuális terminál vezérlõjeleit küldjük, amit a fizikai terminál leképez a saját mûködését vezérlõ jelekre. A virtuális terminált megvalósító szoftver mindig az alkalmazási réteg része. TCP/IP hivatkozási modell Az ARPANET kisérleti

hálózatot az amerikai védelmi minisztérium (V.S Department of Defense, DoD) támogatásával hozták létre egyetemi és kormányzati számítógépek között. A hálózat két jelentõs protokollja A TCP és IP alapján TCP/IP hivatkozási modellként vált ismertté. A TCP/IP hivatkozási modellt 1974-ben definiálták (Cerf és Kahn). A fõ célkitûzés az volt, hogy mindaddig, amíg a két végpont mûködõképes, addig a kapcsolat megszakítás nélkül mûködjön akkor is, ha a köztük lévõ hálózat egy része megsemmisül ( háborús csapásmérés, terrorakció). A hálózat legyen alkalmas a fájl átviteltõl a beszéd átvitelig minden feladatra. A megoldás egy 4-rétegû modell, ami természetesen különbözik az OSI ajánlástól (több mint 10 évvel korábbi). A TCP/IP és az OSI rétegek megfeleltetése vázlatosan az alábbi: Alkalmazási réteg Alkalmazási réteg Megjelenítési réteg Viszony réteg Szállítási réteg Szállítási réteg

Hálózati réteg Internet réteg Adatkapcsolati réteg Hoszt és hálózat közötti Fizikai réteg réteg 1.10 ábra TCP/IP hivatkozási modell 25 A megfeleltetés nem pontos. A rétegek feladatai azonban erõsen hasonlóak A hálózat elérési réteg nagyjából az adatkapcsolati és fizikai réteg feladatát látja el. Valójában kevéssé definiált, és csak azt írja elõ, hogy a hálózat alkalmas legyen IP csomagok továbbítására. Az internet réteg feladata, hogy a hoszt bármilyen hálózatba csomagokat tudjon küldeni, és onnan csomagokat fogadni. A csomagok nem biztos, hogy az elküldés sorrendjében érkeznek meg. A sorrend helyreállítása a felsõbb rétegek feladata. Az Internet réteg meghatároz egy protokollt és egy csomagformátumot. Ez az Internet Protocol (IP). A szállítási réteg az Internet réteg felett helyezkedik el. Lehetõvé teszi a társentitások közti párbeszédet. A szállítási rétegben létrehozhatunk megbízható,

összeköttetés alapú protokollokat, ilyen az átvitel vezérlõ protokoll (Transmission Control Protocol, TCP), vagy datagram jellegû protokollt, mint az UDP (User Datagram Protocol). A TCP a beérkezõ adatfolyamot feldarabolja, átadja az Internet rétegnek. A célállomáson a TCP összegyûjti a csomagokat, és adatfolyamként továbbítja az alkalmazási rétegnek. A TCP végzi a forgalomszabályozást is Az UDP egy összeköttetés mentes, nem megbízható protokoll. Nem tartalmaz sorba-rendezést sem. Általában a kliens-szerver alkalmazásokban használatos, vagy ahol a gyors válasz fontosabb a garantált válasznál (címfeloldás, beszéd, videó). Pl.: egy címfeloldási kérésre nem kapunk választ, akkor megismételjük a kérést Lényegtelen , hogy miért nincs válasz. Alkalmazási réteg A TCP/IP modellben nincs viszony és megjelenési réteg. A szállítási réteg felett van az alkalmazási réteg. Ez tartalmazza az összes magasabb szintû protokollt

Néhány megvalósított protokoll: • Elektronikus levelezés (SMTP) • Domain Name Service (DNS) • HTTP (levelezés) • FTP (fájl transzfer) 26 Novell NetWare hivatkozási modell A Novell, a világ legnépszerûbb operációs rendszer gyártója korábban saját protokollt fejlesztett ki. ( 111 ábra) A protokollkészlet korábbi, mint az OSI modell, tehát nem követi az OSI elõírásait. A fizikai és adatkapcsolati réteg bármilyen ipari szabványnak megfelelõ protokoll lehet. Az IPX (Internet Packet eXchange) protokoll a csomagokat a forrástól a célig továbbítja. Az IPX egy nem megbízható, összeköttetés nélküli protokoll (Datagram). Az IPX felett mûködik a Netware Core Protocol és az SPX (Sequenced Packet eXchange). Az alkalmazás bármelyiket választhatja a kettõ közül ( Például a fájl átvitelek az NCP-t, a Lotus Notes az SPX-t használja). Az alkalmazási rétegekhez sorolható a Service Advertising Protocol (SAP). A szerver

másodpercenként küld egy SAP protokollt használó üzenetet, amiben a saját címét és szolgáltatásait hirdeti meg. A SAP csomagok alapján a router gépek táblázatot építenek fel az elérhetõ szerverekrõl. Bejelentkezéskor a router a táblázat alapján küldi el a legközelebbi vagy a preferált szerver azonosítóját a kliens gépnek. Az IPX/SPX protokollok számos elõnyös tulajdonsággal rendelkeznek, használatuk nagy hálózatokban nehézséget okozhat. Egyes hálózati elemek nem kezelik (vagy opcióként, felárral ) az IPX csomagokat. Az újabb NetWare verziók (NW5.x-tõl) installálhatók tiszta IP -s hálózati környezetben is. 27 OSI IEEE 802 és ANSI CCITT DoD NetWare modell Telnet, alkalmazás X.400 FTP Fájlszerver e-Mail megjelenítés SAP viszony NCP szállítási TCP SPX IP RIP IPX hálózati X.25 NSLP adatkapcsolati fizikai IEE 802.2 Logical Link LLC MAC LAP-B LAN LAN Token Ring Csomag Csomag FDDI kapcsolt

kapcsolt rádió rádió SATNET ARCnet 802.3 802.4 802.5 FDDI CSMA/CD Token Bus Token Ring 802.3 802.4 802.5 coax coax STP optikai UTP optikai optikai vivõfrekv. X.21 1.11 ábra Fontosabb protokollok és szabványok összefoglalása 28 2. Fizikai réteg 2.1 Elméleti alapok 2.11 A fizikai csatorna jellemzői Az adatok átvitele egy fizikai csatornán mindig a csatorna fizikai jellemzőinek mértékében bekövetkező változással történik. Megváltoztathatjuk az áramkörben a feszültséget, az áramot, a frekvenciát, a fázisszöget. Jelhordozó lehet a fény intenzitása, vagy akár a felszálló füst megszakítása is (indián füstjelek). Az adatátvitel távolságát a jelek gyengülése, és a csatorna zaja befolyásolja. Információ forrás Adó Csatorna Vevő Cél üzenet Zaj forrás 2.1 ábra Kommunikáció általános modellje A csatorna legfontosabb jellemzői: • sávszélesség • zaj • kódolási eljárás.

Sávszélesség alatt általában az átvitt legmagasabb és legalacsonyabb frekvencia különbségét értik, ahol a frekvencia átviteli függvény 3 dB-el csökken. A valós rendszerekben a sávszélességet műszaki eszközökkel korlátozzák, az alsó és felső határfrekvenciánál meredek levágás van. Jó közelítéssel azt mondhatjuk, hogy a sávon belül van jel, a sávon kívül nincs jel. A szokásos telefonhálózat sávszélessége 3000 Hz. Szerencsére az előfizető és a központ közti szakasz levágási meredeksége nem éles, amit sok rendszer kihasznál. 29 A csatornán másodpercenként bekövetkező jelváltások száma a jelzési sebesség (signalising rate) vagy baud. Egy jelzés azonban több bitet is hordozhat Ha a jelzési szintünk pl.: +3V, +1V, -1V, -3V, akkor egy feszültségszínt 2 bitet kódolhat H. Nyquist határozta meg (1924) egy csatorna maximális adatsebességét a sávszélesség és a jelzési szintek száma alapján: Max

adatsebesség =2H*log2V H a csatorna sávszélessége V a jelzési szintek száma . Pl.: egy 16 állapotú kódolást használó rendszer telefon vonalon elérhető sebessége Max sebesség = 2*3000log216=60004=24000 bit/sec Látszólag tehát egy csatornán a jelzési szintek számának növelésével tetszőleges mennyiségű adat továbbítható. Józan műszaki érzékünk azt sugallja, hogy nem lehet így. A jelzési szintek egy idő után nem megkülönböztethetőek a zaj miatt A zajos csatornára dolgozott ki Claude Shannon (1948) elméletet, mely szerint a Maximális adatsebesség = H*log2(1+S/N) H a csatorna sávszélessége S/N a jel/zaj viszony Ez abszolút korlát, amit kódolási trükkökkel nem tudunk növelni. Nézzük példaként egy szokásos 30 dB jel/zaj viszonyú telefonvonalon elérhető sebességet ( 30dB = 1000szeres jel/zaj viszonyt jelent ). Max sebesség = 3000* log2(1+1000)=3000log1001/log2 ≅ 30000 bit/sec 30 A kapott eredmény jól illeszkedik

az ismerős 28.8 kbit/sec MODEM sebességhez A megfontolásból az is látszik, hogy nagyon nagy zaj mellett is lehetséges adatátvitel, de alacsony sebességgel. Az űrszondák jelei esetenként ezerszer gyengébbek, mint a háttérzaj, ennek ellenére lehetséges az adatátvitel. 2.12 Vonalak megosztása A tényleges fizikai összeköttetéseket nevezzük a következőkben vonalaknak. A fizikai összeköttetésen létrejövő összeköttetéseket, melyeken az információk áramlanak nevezzük csatornáknak. A legtöbb kapcsolatban egy csatorna nem foglalja el folyamatosan egy vonal kapacitását, tehát célszerű egy vonalon több csatornát létrehozni. Előfordul ennek a fordítottja is , mikor több vonalat használunk fel egy összeköttetés nagyobb sebességű kiszolgálására. A vonal megosztása lehetséges előre rögzített módon, vagy forgalomtól függően. Ha minden bemeneti csatornához rendelünk egy kimeneti csatornát, akkor ezt multiplexelésnek nevezzük.

Multiplexelésnél az adatvonal előre rögzített módon kerül felosztásra. A csatornák nem versengenek a vonalért. Torlódás nem tud keletkezni a vonalon, mert a csatornakapacitások rögzítettek, és nem tudják egymás kapacitását megszerezni. A multiplexelés két szokásos módja : frekvenciaosztásos és az időosztásos. A frekvenciaosztásnak az az alapja, hogy egy összegzett jelből szűrőkkel le tudjuk választani az összetevőket. A rádióvevőnk antennáján az összes bejövő jel összege van jelen. Ebből válogatjuk ki szűrőkkel az egyes komponenseket (állomásokat) A távközlésben ezzel analóg, hogy a csatornák jeleit egy-egy vivőre (mintha különböző rádióállomások lennének) ültetjük rá. A vivőfrekvenciák lehetnek néhány kHz tartományban, vagy többszáz MHz-es tartományban is. Az időosztásos módszernél minden elemi adatcsatorna periodikusan egy-egy időszeletet kap. Az időszeletekbe egymás után helyezzük el a bemeneti

csatornák adatfolyamainak egy-egy meghatározott hosszúságú darabját. Vevőoldalon az időszeletek sorrendjében helyezzük el a darabokat a kimeneti multiplexer tárolóiba. 31 Ha szinkronizáljuk a bemeneti és kimeneti kapcsoló egységeket (multiplexer / demultiplexer) , akkor a két végpont számára az adatcsatorna olyan jellegű, mintha egyedül birtokolna egy vonalat. A vonalak kihasználtsága ezzel a módszerrel nem túl jó, hiszen a nem használt csatornák is foglalják a vonalkapacitást. A vonalak legjobb kihasználását az üzenetkapcsolt és csomagkapcsolt rendszer biztosítja. A csomagkapcsolásnál (üzenetkapcsolásnál) a csomagok mindig abban az irányban haladnak, ahol a vonalon van szabad kapacitás. Ha több párhuzamos út létezik, akkor a csomagok párhuzamosan is haladhatnak. A jó vonalkihasználtság sajnos azt is jelenti, hogy a csomagok a vonalon torlódhatnak, ha ugyanarra a csomópontra több irányból is érkezik csomag, és a

sorrendjük is felcserélődhet. A vevőoldalnak kell gondoskodni a sorrend helyreállításáról. Egy nem túlterhelt csomagkapcsolt hálózat a folytonos kapcsolat látszatát teremti meg a felhasználónak, ha a csomagbeérkezési statisztika nem mutat nagy szórást. A vonalkapcsolt rendszerekben különböző végpontokat kötünk össze a végpontok számánál jóval alacsonyabb számú közös használatú vonallal. A vonalak használata egy-egy összeköttetés ideje alatt kizárólagos, más összeköttetés nem tudja használni. A vonalkapacitások kihasználása a közös használatú (központ-központ) szakaszon sem optimális, mert nem tudjuk kihasználni az információáramlásban bekövetkező szüneteket. Egy emberi beavatkozással vezérelt végpont ( PC ) általában a vonalkapacitás 3%-át sem veszi igénybe átlagosan. 32 2.13 Távközlő hálózatok kapcsolástechnikája A távközlő hálózatokban az adatátviteli út használatának jellege szerint

• vonalkapcsolt, • üzenetkapcsolt, • csomagkapcsolt, rendszerekről beszélünk. Vonalkapcsolt a rendszer , ha a forrás és a cél között állandó, fizikai kapcsolat jön létre. A vonal lehet rézvezeték, rádióhullám, fény, bármi A legfontosabb jellemző az, hogy a kapcsolat az információtartalomtól függetlenül fennáll. A telefon kapcsolat pl ha létrejött, létezik, független attól, hogy beszélünk vagy sem. A végpontokat összekötő útvonalat az adatok továbbítása előtt kell létrehozni. A kapcsolni kívánt végpont lehet foglalt, és nem jön létre az összeköttetés. A kapcsolat létrejötte után azonban nem lehet torlódás, más állomás nem tudja megszerezni a vezérlést. A két végpont között a késleltetéseket csak a vonal tulajdonságai szabják meg. Ez valós idejű alkalmazásoknál döntő szempont lehet. hívás fogadási jel D AB trön k h ív á s k ezd em én yez ő jel C BC trön k kim enő trön k k eres ése B

CD trön k vonali k éslelteté s A te lje s á tv ite li idő Id ő ad atát vitel lebontá s 2.5 ábraVonalkapcsolás Az ábrán látható, hogy a kapcsolat felépítés ideje jelentős lehet. Analóg rendszerekben 30 másodperc is lehet. Az adattovábbítás után a vonal lebontásáról is gondoskodnunk kell. Az üzenetkapcsolt rendszer tulajdonságai a levélhez hasonlóak. Nem kell a forrástól a célig vezető utat egyidőben felépíteni. Mindig a következő csomópontba 33 juttatjuk el az üzenetet. Az üzenet fejrésze tartalmazza a forrás és célcímet A célállomásnak nem kell bekapcsolva lenni, mikor az üzenetet elküldjük. A csomópontokban megvárjuk a teljes üzenet végét, ellenőrizzük a hibátlanságot, aztán továbbítjuk. Ez a „tárol és továbbít” (store and forward) eljárás Az üzenetek tárolása miatt az üzenetkapcsolóknak nagy tárolókapacitással kell rendelkezni. Az üzeneteket túlságosan nagy helyfoglalása ellen úgy

védekezhetünk, hogy a korlátozzuk afelhasználók maximális területfoglalását. Tipikusan üzenetkapcsolt rendszer az e– mail. Üzenetkapcsolt rendszer a hagyományos távíró is. Itt fizikailag is megjelenik az „üzenet” a nyomtatott távirat formájában Host D sorbanállási késleltetés C B üzenet fejrész A vonali késleltetés Idő 2.6 ábra Üzenetkapcsolt rendszer Az üzenet méretét elvben semmi sem korlátozza, így a routereknek beláthatatlan méretű pufferekkel kellene dolgozni, továbbá egy üzenet hosszú időre foglalttá tudna tenni egy irányt. Ezért fejlesztették ki a csomagkapcsolási eljárást A mai adatátviteli rendszerekben az IMP-k között csomagkapcsolt az átvitel, és az IMP további tevékenysége határozza meg a működés jellegét. Ha a teljes üzenet beérkezése után kezdjük meg a továbbítást a következő csomópontra, és az üzenet tetszőleges (természetesen korlátozott) ideig a csomópontban marad, akkor ez

üzenetkapcsolt rendszer. A csomagkapcsolt (packet switching) hálózatban az adatblokk méretének felső korlátot szabunk. Ez elsősorban a routerek számára jelentős, mert így a csomagok helyfoglalása nem léphet túl egy meghatározható értéket, a csomagok az operatív tárban tárolhatók. 34 Az adatátviteli vonalak nem foglalhatók le egy alkalmazás számára hosszabb időre, így alkalmasak interaktív alkalmazások (ember-gép kapcsolat) megvalósítására. A csomagkapcsolt rendszerben hatékony a vonalak kihasználása. Több rendelkezésre álló útvonal esetén párhuzamosan is haladhatnak az adatok. A veszteség oldalon könyvelhetjük el, hogy a csomagok eláraszthatnak egy IMP-t, annyira, hogy az csomagokat veszít. A csomagok sorrendje változhat az átvitel során. (Egy később indított csomag korábban beérkezhet) A csomagok szélsőséges esetben sokáig bolyonghatnak a hálózatban, és az utolsó hiányzó megérkezéséig nem állítható össze

az adatblokk. Belátható, hogy korlátoznunk kell azt az időt, míg a csomagokra várunk. A meg nem érkezett csomagot egy idő után újra kell adni, és gondoskodni kell arról, hogy a régi megsemmisüljön. Hoszt csomag 1 csomag 2 csomag 3 D Kimenő útvonal keresés C B fejrész A Teljes átviteli idő Idő 2.7 ábra Csomagkapcsolt átvitel Vannak időkritikus alkalmazások, ahol a várakozást korlátozni akarjuk. Itt készíthetünk egy csomagbeérkezési statisztikát, és ha a csomagok beérkezési ideje nem mutat nagy szórást, akkor jelentős veszteség nélkül korlátozhatjuk a maximális várakozási időt. 35 csomag beérkezési csomag beérkezési gyakoriság gyakoriság összeállít összeállít eldob eldob idő idő minimális beérkezési idő minimális beérkezési idő csomag élettartam csomag élettartam 2.8 ábra Csomagok beérkezési gyakorisága Egy csomag legrövidebb beérkezési ideje az optimális útvonalon létrejövő

késleltetés. Ennél korábban nem érkezhet csomag Lesz egy átlagos beérkezési idő, majd egyre csökkenő gyakorisággal érkeznek a protokoll által meghatározott maximális időtartamig. Később nem érkezhet csomag, mert megsemmisül az időszámláló lejáratakor. Ha a csomagok jelentős része (98%-a) beérkezik a maximálishoz képest nagyon rövid idő alatt, akkor a később érkezőket egyes alkalmazásoknál eldobhatjuk. Ezt az elvet követi pl a csomagkapcsolt hálózaton létrehozott telefon szolgáltatás. A telefon jellegéből adódóan a vevőoldal nem várhat 10-20 másodpercet a csomagok összerakására, legfeljebb 0,5-0,6 másodpercet. A csomagok nagy része ezen az időtartamon belül megérkezik. A hiányzó csomagok a beszéd érthetőséget rontják, de a természetes redundancia miatt az érthetőség megmarad, és a késleltetés is elfogadható szinten tartható. 36 A kapcsolási módok tulajdonságainak összefoglalása: Jellemző

Vonalkapcsolt Üzenetkapcsolt Csomagkapcsolt Dedikált vezetékes útvonal Van Nincs nincs Rendelkezésre álló sávszélesség Állandó Változó Változó Tárol és továbbít működés Nincs Van Van A csomagok útvonala Állandó Változó Állandó Kapcsolat felépítés Van Nincs Nincs Torlódás lehetséges ideje Kapcsolat felépítés Bármelyik Bármelyiks üzenetnél csomagnál Nem igen Cél állomás lehet-e foglalt? Igen A távközlési útvonalak kialakításában fontos szerepük van a központoknak, illetve az ott elhelyezett kapcsológépeknek. A legegyszerűbbnek látszik, hogy egy mátrix két éléhez rendeljük az összes állomást, és a kapcsolat létrehozása a közös mátrixpont bekapcsolását jelenti. Ezen az elven működik a keresztpontos kapcsológép. A kapcsolás létrehozható félvezető eszközökkel , vagy relékkel 1 2 3 5 6 1 2 3 4 5 6 2.9 ábra Keresztpontos kapcsológép elve A kapcsológép mérete az

állomások számának négyzetével arányos. Valójában elegendő a mátrix felét megvalósítani( a főátló egyik oldalát), de ez sem változtat azon, hogy a méretek nagyon hamar kezelhetetlenül naggyá válnak. Jelentősen csökkenteni lehet a méreteket, ha több ilyen rendszert egymás után kapcsolunk. Az egyes részek előválasztást végeznek, nem a célállomást, csak a célok egy csoportját jelölik ki. Az előválasztás azonban számottevően rontja a számmezők 37 kihasználtságát. Ha kiválasztottuk egy csoportot, mondjuk a 72-es körzetet, akkor függetlenül attól, hogy ebben a körzetben 10 vagy 100 000 telefon van, „elhasználtuk” a számmezőt. A digitális félvezető technikához és logikához közelebb áll az az időosztásos kapcsoló. Az időosztásos kapcsoló (Time division switch) mérete az állomások számával lineárisan nő. időréscserélő bemeneti vonalak 0 n kimenő vonalak bemeneti keretek n darab időrés 0 kimeneti

keretek számláló n n darab k bites szóhosszú RAM tároló n szavas leképzési tábla 2.10 ábra Időrés cserével működő kapcsológép A bemeneti vonalakon lévő digitális információt (kereteket) egymás után elhelyezzük egy-egy időrésben. Ha „n” bemeneti vonalunk van és egy keret „k” bitből áll, akkor egy keretcsoport tárolásához n * k szavas tárra van szükség. A kapcsológép lényege az hogy a tárolóból a keretek beírási és kiolvasási sorrendje eltérő lehet. A kimenő oldalon az időrések sorrendje megváltozik a leképzési táblában megadott sorrendnek megfelelően. Az „n” kimeneti vonalra az időrések sorrendjében kiküldött keretek számára ez olyan, mintha a megfelelő vonalakat összekötöttük volna. 38 A kapcsoló méretet az korlátozza, hogy egy bemeneti keretnyi idő áll rendelkezésre a feldolgozáshoz, ha nem akarjuk a kapcsolóval lerontani a vonalak teljesítményét. A keretidő idő alatt kell „n”

keretet kell beírni és kiolvasni a pufferből. Példaként válasszunk egy ATM-T1 keretet, ami 125µsec hosszú. Ha egy memória művelet T= 60 nsec-ig tart, akkor a bemeneti vonalak száma n=125µsec /2T =125*10-6 / 6010-9 ≅ 1000 lehet, mivel a beírási és a kiolvasási időt is figyelembe kell vennünk. Nagyobb rendszerekben tehát itt is szükség van az előválasztásra, hogy a vonalszámunk kielégítően nagy lehessen. A keresztrudas kapcsolóhoz képest a javulás drámai, hiszen ugyanekkora kapcsolót fél millió mátrixponttal lehetne megvalósítani. 2.2 Az adatátviteli közeg Az átviteli közegnek két nagy csoportja: - vezetékes (réz, optikai szál) - vezeték nélküli (rádió, laser sugár, magneto-optikai hordozó) 2.21 Mágneses és optikai adathordozók A legegyszerűbb adatátviteli módszer, ha a hordozóra (kazetta, mágnesszalag, optikai lemez) rögzített adatot átvisszük egy másik számítógépre. Nagytömegű adat mozgatásánál

valószínűleg gyorsabb megoldás, mint a leggyorsabb hálózat. A rézvezetékes összeköttetések jelentőségét az adja, hogy a földön lefektetett kábelekkel többszörösen el lehetne érni a holdat. Hatalmas beruházás, aminek az értékét igyekeznek megőrizni. A vezetékben gyors jelváltozások vannak, ami azt jelenti, hogy a vezetékeink antennaként sugároznak. Az egyszerű párhuzamos vezetőkből álló kábelnek nagy a csillapítása, és erősen sugároz. A megoldás a koax – kábel és csavart érpár. A koax – kábelek külső köpenye jól árnyékolja a belső eret, ha megfelelően földeltük. 39 Külső vezető 2.2 ábra Koax kábel szerkezete 2.11 ábra Koaxiális kábel szerkezete A koax – kábel főbb jellemzői: - hullám impedancia - csillapítás a frekvencia függvényében - késleltetési idő A szokásos hullámimpedanciák 50, 75, 93, 110 ohm. Kereskedelmi forgalomban több GHz -en használható kábelek is kaphatók.

Meghatározó a szigetelő anyag minősége. A késleltetési idő alacsony értéke lenne kívánatos a hálózatokban. Ezt a szigetelés permittivításának csökkentésével tudjuk javítani. Gyakorlatban az lenne jó, ha légszigetelést alkalmaznánk. Technológiailag ez nyilván megvalósíthatatlan, de olyan kábel ahol a középső eret csak egy spirális kitámasztás tartja, realizálható. A számítógép hálózatok koax-kábeles megoldásai 2001 januárjától nem szabványosak az épületkábelezési szabványok szerint, de még nagyon sok helyen fogunk velük találkozni. A csavart érpár két összesodort vezeték, meghatározott csavarás számmal. A sodrás biztosítja, hogy az érpár környezete felé szimmetrikus legyen, így alacsony a sugárzása. Ez egyben azt is jelenti, hogy a környezeti zavarokat is erősen csillapítva veszi fel. 40 2.12 ábra Csavart érpár mágneses mezeje Az (A) esetben egy differenciál módusú zajáram folyik az ereken. Az

áramirány ellentétes, így a (H) mezők iránya is ellentéte, és az eredő zavaró tér elvileg nulla. (B) ábra azt mutatja, hogy egy külső (H) - tér a kábel két erében ellentétes feszültséget indukál, amik kioltják egymást. Nagyobb frekvenciákon ez a mezőkioltó hatás kevésbé érvényesül az induktív impedanciának köszönhetően. A GHz–es tartományra szánt kábelek kettős árnyékolással, egy fólia és egy szövött árnyékolással is el vannak látva. 2.13 ábra Cat6 árnyékolt, csavart érpáras kábel (S-FTP) 41 A szokásos fali és lengő kábel 4 ér-párat tartalmaz. Az érpárok lazán össze vannak sodorva a kábelen belül, hogy a szimmetria jobb legyen a külvilág felé. Vannak sok erű kábelek is, ezeket a rendezőszekrények között szokták használni. A 4 érpárból általában 2 érpár van használatban. Nagy előnye a technológiának, hogy azonos módon kezelhető a digitális telefon és a számítógép hálózat. Az

ISDN főkészülékhez 4 érpárnak kell menni. 2 érpár tápfeszültséget ad a központból, 2 érpár a kommunikációé. A kábelek fontosabb jellemzői: • frekvencia tartomány • hullám-impedancia (100 ohm) • áthallás az érpárok között ( frekvenciafüggő) • csillapítás/100méter a frekvencia függvényében • jelterjedési sebesség A kábeleket a használható maximális frekvencia szerint osztályba sorljuk Category 1 – Category 7-ig. Az adatátviteli rendszerekben használt kábelek tipikus alkalmazásai, és névleges frekvenciahatár: CAT1 hangátvitel 100KHZ CAT2 nem gyakori 4 MHZ CAT3 Ethernet 10MHz CAT4 nem gyakori 20MHz CAT5 Fast Ethernet 100MHZ CAT6 Fast Ethernet 200MHz CAT7 Gigabit Ethernet 600MHz A szabvány a jellemzőket jóval szélesebb frekvenciasávban definiálja, hiszen a kódolási eljárásból adódóan 10Mbit/sec sebességű Ethernet alapfrekvenciája 20MHz. Az összeköttetés (számítógéptől –

számítógépig) frekvencia-átviteli tulajdonságait „A-tól – F-ig” sorolja be a szabvány. (A kábelezés pl megfelelne 100 Mbit/sec átvitelhez is, de a végpontokon Cat 3 – as csatlakozók vannak, akkor az összeköttetés nem „D”, hanem „C” minősítést kap, mert a végpontok között az alacsonyabb frekvenciahatású csatlakozók fogják meghatározni az átviteli tulajdonságokat. 42 Az összeköttetési osztályok frekvenciahatárai ISO 11801 szerint: A 100KHz B 1MHz C 16MHz D 100MHz E 200MHz F 600MHz Az épületkábelezés előírásait a TIA/EIA 568 szabvány tartalmazza. A szabvány részletesen szabályozza az épületen belüli kábelezési megoldásokat, továbbá az épületek közötti kábelezés fogadásához szükséges szekrények helyét, javasolt méretét. Jelenleg csak a csavart érpár és a fényvezető szál javasolt új épületekben A tipikusan koax –kábelt használó alkalmazások is elláthatók csavart érpáros

kábelezéssel. A videó rendszerek általában koax kimenettel vannak ellátva A koax és a csavart érpáras szakasz közé elhelyezett szimmetrizáló (balun) transzformátor biztosítja az illesztést, és ezzel megoldott a jeltovábbítást a csavart - érpáras hálózaton. 2.14 ábra RGB jel továbbítása csavart érpáron 43 Fényvezető szálas kábelek A fényvezetős technológia határai a megvalósított rendszerekhez képest igen távoliak, jelentős tartalékok vannak az optikai átvitelben.Elméletileg 50 000 Gbit/sec sebességű hálózatok is építhetők. Laboratóriumi méretben 100 Gbit/sec sebességű rendszerek már léteznek. A gyakorlatban 1 – 2 Gbit/sec sebességet érnek el az optikai hálózataink. A korlát az elektromos/optikai jelátalakító sebessége. A fényvezető szál működésének alapja a fény visszaverődése a határfelületről, ha a beesési szög nagyobb a határszögnél. 2.15 ábra Teljes visszaverődés A határfelület két

eltérő törésmutatójú anyag határa. Ez lehet üveg – üveg, műanyag – műanyag, műanyag – üveg. Technológiailag az azonos anyag, eltérő törésmutatóval kombinációk használatosak a hőtágulási problémák miatt. Ma egyeduralkodó megoldás az üveg mag, üveg köpennyel. Kísérletek folynak műanyag szálakkal is, de egyenlőre csak néhány helyen kerültek alkalmazásra, kis távolságokon. műanyag védőburkolat (0,9 mm) primer burkolat (műanyag, 0.250 mm ) köpeny (cladding, 0,125 mm), üveg mag (core), üveg 2.16 ábra Az optikai kábel egy erének metszete: 44 Javítani lehet a mechanikai sajátosságokat, ha a külső műanyag burkolat is kétrétegű, belül egy puhább szilikon, kívül kemény nylon van. A szokásos kábelek 2 – 24 eret tartalmaznak. A fény egy része elnyelődik a kábelben. A csillapítást döntően az anyag tisztasága és a hullámhossz befolyásolja. 5 4 3 2 1 800 1000 1200 1400 1600 Hullámhossz (nm) 2.17

ábra Egy „átlagos” optikai kábel csillapítása A fényvezető szálak típusai: „Multimode” az a szál, ahol a fény többféle úton is célba érhet. Különböző szögben éri el a visszaverő felületet. Multimode step Index szál Kimenő amplitúdó Bemenő amplitúdó fény útjai az optikai szálban forrás idő idő 2 .18 ábra Multimode , éles optikai határfelületekkel rendelkező szál A bemenő impulzus a kimeneten „szétkenődik” a különböző futási idők miatt. Ez a „szétkenődés” a hosszal arányos, így a kábel frekvencia átvitele ( GHz*km) egységben adható meg. A szokásos magátmérő 50µm és 62,5 µm 45 Ezzel az átmérővel a sávszélesség 1 GHz*km nagyságrendű. A fénysugár akkor is benntartható a szálban, ha nem egy éles határfelület, hanem a közepétől fokozatosan csökkenő törésmutatójú szálat hozunk létre. A legkedvezőbb, ha a szál törésmutatója parabola jellegűen változik. Ekkor a fény

közel szinuszos pályát fut be A futási időkülönbség kisebb, mint az előző esetben. Tovább javítja a helyzetet, hogy monokromatikus fény esetén fellép egy kioltási jelenség is, csomópontok jönnek létre. Multimode graded Index szál Bemenő amplitúdó Kimenő amplitúdó optikai szál idő idő 2. 19 ábra Fény útja parabolikusan változó törésmutatójú szálban A futási időkülönbség nyilvánvalóan csökken, ha a szál átmérőjét csökkentjük. Ha a szál átmérője a hullámhossz nagyságrendjében van (8-9 µm ) , akkor gyakorlatilag egyenes vonalú terjedés lép fel, egyféle módon terjed a fény. Ezek a „monomódusú” szálak. Monomode step Index szál Bemenő amplitúdó Kimenő amplitúdó fényvezető szál forrás idő idő 2. 20 ábra Fény útja monomódusú optikai szálban Nyilvánvaló, hogy egy adott hullámhosszúságú fénnyel egy éren egyirányú összeköttetés hozható létre. Egy duplex összeköttetés így 2

eret vesz igénybe Mód van arra, hogy egy időben különböző hullámhosszúságú (színű) fényt használva több összeköttetést létesítsünk egy kábelen, hullámhossz multiplexelést megvalósítva. A be és a kicsatolás bonyolultsága miatt azonban csak kivételesen alkalmazott eljárás a multiplexelés. 46 A hálózati eszközök jelölésénél száloptikás technológiák a „Fibre” után „F” jelet kapnak. ( pl 100BaseF = 100Mbit/sec sebességű optikai szálas eszköz) 2.25 Vezeték nélküli átvitel A vezeték nélküli átvitel a hálózati megoldások rendkívül dinamikusan fejlődő ága. A nagytávolságú vezeték nélküli átvitel elsősorban azokon a helyeken fontos, ahol nincs kiépített infrastruktúra, vagy számítunk az infrastruktúra megsemmisülésére (katonai alkalmazás). Kisebb távolságokon a sűrű beépítés lehet gond Egészen kis távolságokon a kényelem és a mobilitás lehet a fő mozgató erő. ( A szobában bárhol

lehet a számítógép, a nyomtató nem kell dugdosni, cipelni.) Lézer, infravörös átvitel Külső helyszíneken rendkívül gyorsan telepíthető, nehezen lehallgatható összeköttetés hozható létre 100-1000 méter távolságra. Ködben esőben erősen lecsökkenhet a hatótávolság. Az infravörös eszközök többsége napfényben nem használható. Az állomások telepítésénél gondosan kell eljárnunk, mert az adó kis mozgása, vagy a fény eltérítése (pl. a felmelegedő falról felszálló meleg levegő eltérítheti) az összeköttetés megszakadásához vezet. Rádiós összeköttetés Nagy távolságok hidalhatók át közbenső állomások nélkül. (Gondoljunk a klasszikus távíró rendszerekre). Az átviteli sebesség relatíve kicsi Az összeköttetést légköri zavarok, ionoszféra zavarok befolyásolják. Fő előnye az állomások mozgékonysága. Kis távolságok esetén a GHz tartományban működő rendszerekkel 10Mbit/sec sebesség könnyen

elérhető. Nem kell kábelezni, gyorsan telepíthető. Egy épületen belül pl: a konferenciateremben is elérem a szervert, a saját gépemet Az utóbbi időben rohamosan terjednek a néhány méter hatósugarú rendszerek. A cél a kábelek elhagyása, kényelmes használat szobán belül. ( Telefon-számítógép – nyomtató, számítógép – egér, stb.) A mikrohullámú tartományban (2-40 GHz) irányított antennákkal megbízható, nagysebességű összeköttetések hozhatók létre. 47 Az állomásoknak optikailag látni kell egymást. A telepítéskor tornyok, vagy magasan fekvő pontok szükségesek. Főként a magasabb frekvenciatartományokban az eső és hóesés jelentősen ronthatja az átvitelt, ezért helyettesítő útvonalakat terveznek be. A szokásos távolság az állomások között 30 – 100 km. Nagyobb távolságok esetén közbülső, reléállomások beiktatása szükséges. Rendkívül gazdaságos, versenyképes megoldás. Egyedüli hátrány,

hogy most már hiány van kiosztható frekvenciasávokban. Műholdas rendszerek . A műhold egy jelismétlő, ami a felküldött jeleket más frekvencián visszasugározza. Egy műholdon átlagosan 12 – 20 u.n transponder van, egyenként 50Mbit/sec átviteli sebességgel. A bonyolult követő antennarendszerek elhagyása érdekében a műholdakat geostacionárius pályára állítják, így a műhold állni látszik a földről nézve. Ha a nyalábolási szögeket figyelembe vesszük, akkor 180 db műhold helyezhető el. A magasabb frekvenciatartományokban 20/31 GHz (17,7 – 21,7 GHz le irány / 27,5 – 30,5 GHz fel irány) elvileg 10 – ra is lehetnének a műholdak, megduplázható lenne a számuk. Ebben a sávban azonban jelentős az eső által okozott csillapítás. A műhold nagyobb területet is besugározhat (TV adás), vagy pont-nyalábot (spot beam) is sugározhat. A spot beam csökkenti a lehallgathatóságot Az egyedi terminálok számára kifejlesztett műholdas

rendszer a VSAT (Very Small Aperture Terminál) ( Nagyon kis nyílásszögű antennájú berendezés) A készülékek kicsi, 1 m átmérőjű antennával vannak felszerelve, kicsi adóteljesítménnyel (1 W). Megjelenésük annak köszönhető, hogy a műhold tud nagy teljesítménnyel adni, ami elegendő egy kis antennával szerelt vevő számára. A földi állomás kis teljesítménye (jel/zaj viszony!) miatt a felfelé irányuló csatorna 19,2 kbit/sec, a lefelé irányuló 512 kbit/sec. A VSAT rendszer vezérlését egy földi állomás, u,n. HUB végzi A VSAT terminál jelei földi állomás – műhold – HUB – műhold – földi állomás utat járják be. Így a késleltetési idő a szokásos (geostacioner pályán) 270 msec helyett 540 msec. (Egy nyugta több mint 1 másodperc múlva ér vissza !) A VSAT előnye az olcsóság. Egy állomás telepítése néhány százezer forintból megoldható. 48 Folyamatos összeköttetés elvileg fenntartható alacsony

röppályás műholdakkal is, ha mindig van a látómezőben műhold. 77 műholddal lefedhető a teljes földfelszín A projekt innen kapta az „Iridium” nevet. Az iridium a 77 elem a periódusos rendszerben. A műholdak száma végül 66-ra módosult, de a név maradt Egy-egy műhold 48 pontnyalábot sugároz, és így 1628 cella alakítható ki. A frekvenciák jól kihasználhatók, mert két cellával odébb ugyanaz a frekvencia már használható. A földi állomás közvetlenül kommunikál a műholddal, így a föld bármely pontjáról lehet összeköttetést teremteni. Az alacsony röppálya (kis távolság) lehetővé teszi, hogy kis teljesítménnyel, kézi készülékekkel forgalmazzunk. Mobil- telefon rendszerek Az első mobiltelefon rendszerek telepítése 1946-ban kezdődött St. Luisban Az analóg rendszerű mobiltelefon kapacitása kicsi volt és bárki lehallgathatta. Az újabb rendszer, az Advenced Mobile Phon System l982-től van üzemben. Ez a felhasználói

területet 10 – 20 km átmérőjű „cellákra” osztja. A „cellák” azért előnyösek, mert a szomszédos cellákat kivéve ugyanaz a frekvencia más cellákban használható. Adott frekvenciasáv esetén a cellák méretének csökkentésével az összeköttetések száma lényegesen megnövelhető. A kisebb cellaméret lehetővé teszi az adási teljesítmény csökkentését. (Tipikusan max 0,6 W a kézi telefonnál) Egy cella a szomszédaival együtt ( összesen 7 cella) alkot egy csoportot. A csoport a frekvencia-kiosztás szempontjából jelentős, mert ez definiálja a „szomszédot”. "A" szomszédai: B,C,D,E,F "D" szomszédai: A,C,F,B,G,E 2.21 ábra Szomszédos cellák 49 A rendszer 832 duplex csatornát használ. 824 – 849 MHz frekvenciatartományban az adócsatornák, 869 – 894 MHz között a vevőcsatornák vannak. (A központ oldaláról nézve) 2.22 ábra AMPS frekvenciasávjai Az állomások kb. 15 percenként regisztrálják

magukat a központban, hogy „tudja” a rendszer a mozgó állomások helyét. Az AMPS analóg rendszer, és elég nehéz a csatornák összefogása nagyobb sávszélesség érdekében. Az európai gyártók fogalmaztak meg egységes elveket a digitális mobiltelefon – rendszerre, ez a GSM (Global System for Mobile communications). (Európában ötféle analóg rendszer volt forgalomban). A frekveciasáv ( 900 MHz, 1800 MHz ) 124 csatornára van osztva, és ezen belül idő multiplexelést használ. Egy csatorna 200 kHz széles, és a csatornát 8 időrés osztja tovább a felhasználók számára. Elvileg 8X124=992 csatornát támogat a rendszer. Az interferenciák miatt egy cellában legfeljebb 200 duplex csatorna használható, így a valós teljesítmény elmarad az elméleti értéktől. Nyilvánvaló, hogy egy állomáshoz több időrés hozzárendelése nagyságrendekkel egyszerűbb (tisztán digitális feladat), mint több analóg csatorna összefogása, így egyszerűbben

hozhatók létre nagy sávszélességű összeköttetések. A GSM rendszerben van hívásfelépítés, és csatorna a tartalomtól függetlenül rendelkezésre áll. A csatorna az összeköttetés ideje alatt foglalt A működés így vonalkapcsolt jellegű. A cellahatárokon az átadás idejére ( ≈300 msec) a szolgáltatás megszakad. 50 A GSM nagyon összetett rendszer. A technológia lehetővé teszi a csomagkapcsolt jellegű működést is. Erre a későbbiekben visszatérünk 2.3 Adatátviteli módszerek 2.31 Analóg és digitális átvitel A korábbi rendszerekre az analóg technológia volt jellemző. Az analóg jelátvitelnél a csatornában a jel gyengül, és zajok adódnak hozzá. A zajtól a jelet nem tudjuk „megszabadítani”. Az erősítők a jelszintet helyreállítják, de a zajtartalom marad.(Periodikus zaj esetén, vagy valamilyen ismert tulajdonsága miatt tudjuk a zajt csökkenteni. Ha a jel periodikusan ismétlődik, szintén javítható a jel/zaj

viszony) A digitális átvitel fő jellemzője, hogy a jeleknek csak diszkrét értékei létezhetnek. A jeleket, ha felismerhetők, nem erősítjük, hanem regeneráljuk. Helyreállítjuk a jelszintet és időzítést is. Soha nem szabad megfeledkeznünk azonban arról, hogy az átviteli csatornában a jel mindig analóg. A jelet a csatorna valamilyen fizikai jellemzőjének mértéke hordozza . Frekvencia, fázis, amplitúdó, vagy több jellemzője együttesen. A digitális jeleket MODEM-ek alakítják a csatornákban használt fizikai jellemzőkké. A MODEM a modulátor – demodulátor kifejezés összevonásából keletkezett. Szűkebb értelemben a MODEM - ek alatt a telefonhálózaton használható jelátalakítókat értik. A MODEM működését funkcionális protokollok írják le: • modulációs protokollok • hibajavító protokollok • adattömörítő protokollok 2.32 Modulációs protokollok A modulációs protokollok írják le, hogy a fizikai közeg mely

jellemzőjét, és hogyan változtatjuk a digitális jelsorozat átvitele érdekében. Amplitúdó moduláció . Klasszikus példája a távíró, ahol van-jel=1, nincs-jel=0 konvenció hordozza az információt. Nagyon kis teljesítménnyel nagytávolságú rádióösszeköttetések hozhatók létre, mert lassú átvitelnél nagyon keskeny 51 sávszélességgel realizálható. (A kis sávszélesség kicsi zajteljesítményt jelent a csatornában.) Az optika kábeleken a fény intenzitása hordozza az információt, szintén van/nincs jelleggel , rendkívül nagy sebességgel. A rézvezetékes összeköttetéseken feszültség értékeket rendelhetünk bitkombinációkhoz. A frekvenciamoduláció a vivő frekvenciáját változtatja meg. Az egyes állapotokhoz diszkrét frekvenciák tartoznak. A távbeszélő sávban szokásos frekvenciák a 213 ábrán láthatók. telefonv onal sáv szélessége A-B irány 1070 Hz (0) 1270 Hz (1) B-A irány 2025 Hz (0) 2225 Hz (1) 3000 Hz

300Hz 2.23 ábra Teljes duplex átvitel telefonvonalon A rádiókommunikációs rendszerekben használatos megoldás, hogy egy amplitúdó modulált jel vivőfrekvenciáját változtatják néhány száz Hz-en belül. Ez lehetővé teszi, hogy az AM adás mellett, annak zavarása nélkül vigyünk át digitális információt ugyanazon a csatornán. ( 20 MHz környéki vivőn 100 MHz eltolást a normál vevőkészülék nem érzékel, a speciálisan erre kialakított vevő dekódolja az adást. ) A telefonhálózaton működő MODEM - ek gyakran alkalmaznak fázis modulációt (2.25 d ábra) Egy állandó frekvenciájú szinuszos jelhez képest váltogatjuk a jel fázishelyzetét. Egy fázishelyzet több bit információt is hordozhat, attól függően, hogy hány fázishelyzetet különböztetünk meg. A fázison kívül az amplitúdót is modulálhatjuk Így egy állapot 4 bitet kódol. (224 ábra) Ezt a kódolási elvet használva tovább növelhető a megkülönböztethető

állapotok száma. Ha a vektorok végpontjait egy rácson helyezzük el (trellis), elérhető 64 vagy 128 állapot is. (A zajkorlát itt is érvényes!!) A 64 állapot 6 bitet kódol. 128 állapotú rendszerben 6 hasznos bitet szoktak kódolni, és a 7. bit paritásbit 52 2.24 ábra 8 állapotú rendszer (a), 16 állapotú rendszer (b) ( a ) digitális jel ( b ) amplitúdó moduláció ( c ) frekvencia moduláció ( d ) fázis moduláció 2.25 ábra Alapvető modulációs protokollok 53 2.33 Hibajavító és adattömörítő protokollok A hibajavító és adattömörítő protokollok logikailag az adatkapcsolati réteghez tartoznak. A MODEM - en belül megvalósított eljárásokat mégis célszerű itt tárgyalni, mert a MODEM a felhasználói rendszer számára átlátszó, a fizikai rétegen belülinek látszik. A vezetékes rendszereken használt eljárásokat a MICROCOM cég dolgozta ki, a DoD megrendelésére. A jelölésük: MNP1 – MNP10 (Microcom Networking

Protocol). A fontosabb protokollok: Az MNP-4 eljárás csomag jelleget ad az átvitelnek. Vannak ellenőrző bitek, és nyugtázó csomagok is. Némi tömörítést is tartalmaz az átvitel A 2400 bit/sec-os MODEM 2900 bit/sec-ot érhet el MNP-4 alatt. A legnépszerűbb eljárás az MNP-5. Ez futás-hossz alapú tömörítést tartalmaz Az egymás mögött álló azonos karakterek számát viszi át. „Röptében” (valós idejű) tömörítés, és nem ismeri fel a már tömörített állományokat. Az MNP-5 szabványú eszközök kötelezően ismerik az MNP-4 protokollt is. Az átviteli sebességet átlagosan megkétszerezi az eljárás. Az MNP eljárások gyakorlatilag változtatás nélkül kerültek a szabványba. CCITT MODEM szabványok: A szabványok az adatátviteli sebesség folytonos növekedését mutatják. A készülékek egyre jobban megközelítik az elméletileg elérhető értékeket. V. 21 300 bit/sec, duplex, frekvenciamodulált. (Gyakorlatilag minden

telefonrendszeren át használható, általában akusztikus csatolóval). V. 22 1200 bit/sec, duplex, frekvenciamodulált. V. 22 bis 2400 bit/sec, duplex V. 23 600/1200 bit/sec, félduplex Rendelkezik egy 75 bit/sec sebességű „szolgálati” csatornával. (Ipari vezérlésekben használatos). 54 V. 24 A MODEM és terminál közötti interfész fizikai szintjét (villamos jelek, csatlakozó kiosztás) definiálja. Az amerikai megfelelője az EIA – RS232C. V, 32. 9600 bit/sec sebességű, duplex, szinkron. Kombinált amplitúdó és fázis-modulációt használ. Bitcsoport kódolás: 16 szintű, nem redundáns, vagy 32 szintű, redundáns (trellis). V. 42 Redundáns kódolást használó eljárás, ami a hibák egy részét javítja. Saját tömörítő eljárást (Ziv és Lempel 1977) használ. Szükség esetén ismétlést kér. Ha az ellenállomás nem ismeri a tömörítő eljárást, akkor MNP-4 szerint működik. V. 42 bis Maximum 4-szeres tömörítést

lehetővé tevő szabvány. Csak azonos modemek között (V42bis szabványú) működik. Az előzetes tömörítést nem ismeri fel, attól függetlenül működik. A digitális telefonhálózaton használt csatolókártyák (ISDN) és az analóg modemek nem tudnak közvetlenül együttműködni a legtöbb hálózaton. ISDN kártyával csak olyan helyre tudunk csatlakozni, ahol az ellenállomás is ISDN kártyát használ. Belátható, hogy a konverzió a központban megvalósítható lenne. (Van olyan szolgáltató, ahol ez meg is valósul), de nem általános a sebességillesztési nehézségek miatt. A fejlődés irányai A szélessávú rendszerek iránti igény kábeles megoldása elvileg két utat követhet. A fényvezető kábelek elvihetők a felhasználóig. Ez a Fiber To The Home rendszer A másik megoldásnál az utolsó szakaszon felhasználjuk a kiépítet rézvezetékeket, és egy közeli elosztó pontig visszük az optikai kábelt. Pillanatnyilag ez a rendszer (Fiber To

The Curb) tűnik olcsóbbnak, ahol már van kiépített infrastruktúra. 2.34 Kódolás alapsávú rendszerekben Lokális hálózatokon belül az adatátvitel jórészt szélessávú kábeleken, vivőjel nélkül történik. A digitális információt úgy is ábrázolhatjuk a vonalon, hogy logikai "1"-nek pozitív feszültségszint, a 0”-nak 0 volt felel meg. Könnyen beláthatóm hogy ez nem 55 szerencsés, mert a vonalon egyenáramú komponens jelenik meg, ami a transzformátoros vagy kapacitív csatolásoknál nehézséget okoz. A kódolástól elvárjuk, hogy a műszaki megvalósítást is támogassa. Néhány fontosabb szempont: • ne tartalmazzon egyenáramú összetevőt a vonali jel, • a szinkronizálás ne igényeljen külön csatornát, • kétvezetékes rendszerben a vezetékek felcserélése legyen automatikusan felismerhető, és javítható, • a teljesítményspektrum maximuma minél kisebb frekvenciára essen. (Alacsonyabb meghajtó

teljesítmény, igénytelenebb vonalak). A sokféle megvalósítás közül kettőt mutatunk be. Az ETHERNET hálózatokban a PE (Phase Encoding) vagy más néven, Manchester kódolást használják. 0-1 átmenet logikai 0-nak, az 1-0 átmenet logikai 1-nak felel meg. Az ábrán szereplő ±0.85V az Ethernet hálózatokban szokásos érték Bitsorozat 1 0 0 0 1 0 1 1 Bináris kódolás 0 +0.85V PE kódolású jel -0.85V 2.26 ábra PE kódolás A PE kód legnagyobb hibája, hogy a bitfolyam sebességének kétszeresénél van az alapfrekvenciája, így nagy sávszélességet igényel. Az áramkör fordított bekötése a 0-ák és 1-ek felcserélését okozza, ami könnyen felismerhető a szinkron sorozatból, és automatikusan javítható. Az ISDN hálózatokban használt kódolás a British Telecom által kidolgozott a 2B1Q módszer. 56 Egy feszültségszint 2 bitet kódol Érték Quat 1 0 + 3 Volt 1 1 + 1 Volt 0 1 - 1 Volt 0 0 - 3 Volt A kódolás nem

garantálja az egyenáramú komponens hiányát, ezt keretformátumban kell majd beállítanunk. A legfőbb előnye, hogy a teljesítményspektrumban az energia 90%-a az 5-25kHz tartományba esik a beszédátvitelre használt csatornákon, miközben a vonali sebesség 192 kbit/sec ( beszéd digitalizálásánál az egymást követő bitminták általában nem térnek el jelentősen, az alacsonyabb frekvenciájú komponensek vannak túlsúlyban. 2.4 Digitális átvitel 2.41 Áttekintés A digitális jelátvitel legfőbb előnyei: • a jelek regenerálhatók, • nem kell megkülönböztetnünk a források jellegét. Hang, kép, stb digitalizálása után egységes módon kezelhető az eleve digitális forrásokkal. Hagyományos okokból (szöveg átvitel volt jellemző a kezdeti rendszerekben) a karakterorientált átvitel a legrégebbi. Egy karakter átvitelét általában egy 8 bites csoport, egy oktet valósítja meg. A karakterek átvitele lehet szinkron vagy aszinkron

(Start-Stop). Az aszinkron átvitelt egy start – bit kezdeményezi Ezt követi az információs bit-csoport, majd 1, 1.5, 2 stop bit zárja a karakter átvitelét Vezérlésre a karakterek egy része van fenntartva. Egy egyszerű konvenció bevezetésével a vezérlőjelek is elküldhetők a szöveg részeként is. A karaktert ilyenkor duplázzuk Vevőoldalon az egyedül álló vezérlő karaktert vezérlőnek tekintjük, a duplázottból egyet eldobunk, egyet beillesztünk a szövegbe. Szinkron átvitelnél egy speciális bitcsoport jelzi a kezdetet. A szinkronizáló sorozatot meghatározott számú karakter követi. A módszer ott alkalmazható jól, ahol mindig azonos számú karaktert küldünk. (Pl a terminál egy sorát, 40 vagy 80 karaktert) 57 szinkron 01111110 szinkron n darab karakter 01111110 2.27 ábra Karakterek szinkron átvitele A szinkronizáló bitsorozat jól meghatározhatja egy tetszőleges bitsorozat kezdetét is. A tetszőleges bitsorozatokat

továbbító eljárások a bitorientált eljárások. A bitsorozatok hossza erősen változó lehet, nem gazdaságos az állandó hossz. Változó hossz esetén szükség van egy egy vezérlőinformációs mezőre, és a bitsorozat végét is célszerű jelezni. szinkron szinkron Vezérlő adat információ elenőrző inf. végjelzés 2.28 ábra 2.43 Karakterek ábrázolása A számítógépek közötti adatforgalomban az információt kódolva továbbítjuk. Az információt az hordozza, hogy a bitcsoportoknak meghatározott jelentést tulajdonítunk. Az egyes bitcsoportokhoz meghatározott jelentést rendelünk (kódolunk), a vevőoldalon ezt értelmezzük (dekódoljuk). A bitcsoport jelenthet pl. hang-amplitúdót, sötétség értéket egy képen, vagy egy nyomtatható betűt is. Karakter alatt általában egy írásjelet, vagy az íráskép meghatározására alkalmas bitcsoportot értünk. A karakterek ábrázolására az egyik legelterjedtebb eljárás az ASCII

kódolás (American Standard Code for Information Interchange). A kódrendszert 1977-ben az amerikai szabványügyi hivatal is elfogadta, majd a nemzetközi szabványügyi hivatal ISO 646 néven regisztrálta. A karaktereket 7 biten ábrázolja, ami az angol ABC számára bőven elegendő, hiszen az angolban mindössze 26 betű van. A számítógépeken szokásos oktet nyolcadik bitje paritásként használható, A karaktereket két fő csoportba lehet sorolni: • grafikus karakterek (nyomtatható karakterek) • vezérlő karakterek 58 A vezérlő karakterek • információcsere vezérlők (Start of Text, Start of Heading, End of Text, End of Tansmisssion, stb). • Formátum –vezérlő karakterek A szöveg megjelenését befolyásolják. Soremelés (Line Feed), kocsi vissza (Carrige Return), stb. • Információ elkülönítő karakterek a logikai egységek szétválasztására használhatók. Ilyenek a „File Separator”,” Record Separator”, stb A vezérlők

egy része nem sorolható egyik csoportba sem, mint a csengő (Bell). Az asztali számítógépek elterjedésével szükségessé vált a nemzeti karakterkészletek megvalósítása. Az IBM vezette be a 256 karaktert tartalmazó „Latin 1” néven ismert kódrendszert. Ez tartalmazza a spanyol, francia és a német nyelv speciális karaktereit. További nyelvek bevezetése ezen a kódlapon nem lehetséges, ezért különböző nemzeti kódlapokat dolgoztak ki. A 0 – 127 értékű karakterek megfelelnek az ASCII kódolásnak, a fennmaradó részt a nemzeti karakterek és grafikus jelek töltik ki. A magyar a 852-e kódlap A nemzeti kódlapok használata azonban azzal jár, hogy a szövegek írásához, olvasásához mindig a megfelelő kódlapnak kell betöltve lenni. Vegyes nyelvű szövegek esetén ez nehézségekhez vezet. A vezérlőkarakterek alkalmazása is hordoz problémákat, hiszen megváltoztatja a mögöttes karakterek jelentését. A vezérlőkarakter elvesztése a

mögöttes szövegben sorozatos hibát okoz. 1987-ben a Xerox kidolgozta az UNICODE elnevezésű rendszerét. Itt minden karaktert 16 biten ábrázolunk. Az Unicode alapelvei: • Teljesség. Minden ismert nyel karakterkészletét tartalmazza Szerepelnek benne a „holt-nyelvek” (pl. szanszkrít) karakterei is • Egyértelműség. Minden kód egyedi Az értelmezés nem függ semmilyen előzetes jeltől, karaktertől, táblázattól. Egy jel hibás olvasása nem terjed tovább a mögöttes karakterekre. • Pontosság. Minden karakter nyelvi szakértők által elfogadott és ismert írásjel • Hatékonyság. A vezérlőkarakterek hiány egyszerűsíti a feldolgozást A kódrendszer lehetséges helyeinek felosztása: 59 • 8192 alfabetikus karakterhely (nincs kitöltve) • 4096 írásjel hely (nincs kitöltve) • 13 000 kínai írásjel, a „Han” készlet • 5362 felhasználó által definiálható jel • 495 konvertálást elősegítő jel. A

nagyobb helyfoglalásért kárpótol a vegyes szövegek kényelmes kezelése és egyértelműsége. A kódkészletet az OFFICE97 és a Novell is ismeri. Várható, hogy a vegyes nyelvű alkalmazások miatt terjedni fog. 2.44 Aszinkron soros átvitel A számítógép terminál és modem közötti kapcsolat megvalósítása a gyakorisága miatt megkülönböztetett figyelmet érdemel. Ez egy duplex, pont-pont összekötetés A szabványt az Elektronic Industries Association (gyártókat tömörítő szakmai szervezet) dolgozta ki, jele EIA RS-232C ( a „C” betű a harmadik kiadásra utal). Ezt vette át a CCITT V.24 ajánlása A két változat néhány ritkán használt áramkörben eltér, de a gyakorlatban kompatibilisek. (Eltérő pl modem teszt, csengető jelek választása, adatok másodlagos csatornán való visszaküldése). Fogalmak: Adat - végberendezés – Data Terminal Equipment (DTE) (számítógép, terminál) adatáramkör - végberendezés – Data Circuit –

Terminoting Equipment (DCE). (Modem) A DTE és a DCE közötti kommunikáció zajlik V.24 szerint Szűkített specifikáció valósítható meg 9 pólusú csatlakozón. A csatlakozó 25 pólusú, „D” típusú . A DTE egységen dugó, a DCE-n hüvely van A logikai „1” (-3V) – (-25V) „0” (+3V) – (+25V) A (-3) – (+3) közötti tartomány tiltott zóna, és alkalmas arra, hogy a berendezés felismerje, hogy a másik oldal nem létezik vagy ki van kapcsolva. A v.24 szerinti kommunikációt nagyon sok mérőberendezés is használja, és a lehetséges funkcióknak csak kis része van megvalósítva. 60 A szokásos funkciók, és zárójelben a hozzá tartozó csatlakozópont (láb) száma. • Adatterminál kész (Data Terminal Ready = 1) (20) Be van kapcsolva a terminál. • Modem kész (Data Set Reody = 1) (6) • A modem vivőjelet érzékel a vonalon. (Carrier Detect = 1) (8) • Adáskérés (Request to Send) (4) A modem jelzi, hogy tudja fogadni az

adatokat a terminálról. • Adás (Transmit) (2) • Vétel (Receive) (3) A modem kábelben minden csatlakozópont az ellenoldal azonos számú pontjához kapcsolódik. (Adás-vétel nincs keresztbe kötve) Az eljárásinterfész pontosan leírja az események érvényes sorrendjét. Két számítógép közvetlenül összeköthető kábellel, a MODEM vezérlőjelek és adatvonalak használatával ( null-modem). : irány ki be ki be be be ki be láb védőföld 1 TxD 2 RxD 3 RTS 4 CTS 5 DSR 6 dig.nulla 7 DCD 8 DTR 20 Ring Ind. 22 25p. 1 2 3 4 5 6 7 8 20 22 9p. irány ki be ki be be be ki be láb védőföld 1 TxD 2 RxD 3 RTS 4 CTS 5 DSR 6 dig.nulla 7 DCD 8 DTR 20 Ring Ind. 22 25p. 1 2 3 4 5 6 7 8 20 22 9p. PC 3 2 7 8 6 5 1 4 9 PC-PC kapcsolat hardver vezérléssel. 3 2 7 8 6 5 1 4 9 Periféria 2.29ábra Direkt kábeles kapcsolat soros vonalon A kábel hossza erősen korlátozott. 9600 bit/sec esetén maximum 15 méter lehet 61 2.45 ISDN -Integrált

szolgáltatású digitális hálózat Az ISDN (Integrated Services Digital Network) célja az volt, hogy a vezetékrendszerekbe fektetett beruházások megőrzése mellett hozzáigazítsa a szolgáltatásokat a digitális rendszerek igényeihez. A hagyományos telefon-rendszert nem digitális információk átvitelére tervezték. Az adat, kép, hang egyidejű és jó minőségű átvitelére nem alkalmasak. A központok közötti forgalom korábban is részben digitalizált formában zajlott, logikus volt tehát a digitális átvitel kiterjesztése a végpontokig. A kezdeteket az AT&T 1976-ban üzembe helyezett csomagkapcsolt, CCIS hálózata jelentette. Ez a hálózat szigetként működött, nem volt összekapcsolva a többi telefon hálózattal. A jelenlegi hálózat beszédátvitelnél korlátozás nélkül használható analóg hálózathoz tartozó előfizetők elérésére és viszont. A digitális alkalmazásoknál vannak korlátozások, de itt is megteremthető a

kompatibilitás. Az ISDN szolgáltatásainak jó része megvalósítható analóg hálózaton is (pl.:hívószám kijelzés). Felépítéséből adódóan vannak azonban új lehetőségek is A digitális kapcsolóközpontok előnye a gyorsabb hívási út felépítés, maximum 0,8 sec a korábbi 30 sec-el szemben. Ez lehetővé tesz olyan interaktív alkalmazásokat, melyek korábban megvalósíthatatlanok voltak. Nem kell fenntartani folyamatos kapcsolatot , ha időnként akarunk pl.:egy adatállományt szinkronizálni A felhasználó számára az adatút felépítési idő nem érzékelhető késleltetés. Az egyik legfontosabb előnye az ISDN hálózatnak, hogy lehetővé teszi a közvetlen beválasztást. Egy előfizetői érpáron több telefonszám is élhet, melyek közvetlenül hívhatók. A független jelzés csatorna (lásd ISDN interface) lehetővé teszi, hogy a beszéd megszakítása nélkül küldjünk jelzéseket a központba (tűz, betörés, stb.) A „Csoport – 4”

üzemmódú fax egy oldalt kb. 5 másodperc alatt továbbít, a korábbi 30 – 35 másodperc helyett. Vannak akik megkérdőjelezik az ISDN létjogosultságát a már létező, számottevően nagyobb sebességű (ADSL) technológiák mellett. Erős versenytársnak mutatkoznak a kábeltelevíziós rendszereken működő nagysebességű adatátviteli csatornák. Az információs rendszerekben egyre kevésbé válik el a hang , kép és az adatátviteli szolgáltatás. Jelenleg az ISDN jelentősen a versenytársként megjelenő technológiáknál. 62 Az ISDN Európában jelentős szerephez jutott, míg az USA-ban mérsékelt sikert aratott. . Az ISDN rendszerarchitektúrája Az ISDN alapkoncepciója az u.n bitcső (digital bit pipe) A cső egyik végén betöltjük a biteket, a másik oldalon változatlan sorrendben kifolynak . Két alapvető szabványt fejlesztettek ki. Az egyik a kisebb felhasználók igényeihez igazodik, a másik nagyobb szervezeteket szolgál ki. A

szolgáltató a helyszínen elhelyez egy NT1 nevű egységet (Network Termination 1). Ez egy kis MODEM méretű eszköz, melynek másik oldala a „T” jelű referenciaponton keresztül csatlakozik a digitális végberendezésekhez. ügyfél irodája szolgáltató T U ISDN telefon jelző készülék számítógép ISDN központ NT1 ügyfél berendezései szolgáltató berendezései 2.30 ábra Egyéni használó ISDN csatlakozása ügyfél irodája szolgáltató S U T ISDN telefon NT1 jelző számítógép készülék TE1 NT2 ISDN PBX TE1 ISDN központ szolgáltató berendezései S R TA Modem S analóg fax router LAN ügyfél berendezései 2. 31 ábra Nagy forgalmú ügyfél csatlakozása az ISDN hálózathoz 63 Nagyobb szervezetek részére a 2.31 ábrán látható elrendezés a megfelelő A különbség döntően az NT2 jelű (Network Termination 2) digitális alközpont. Ez a PBX (Privat Branch eXchange) nyújtja az interfészt a felhasználói

berendezések számára. Referencia pontok : • U hálózati -használó (UNI-User Network) Interface. A felhasználó és a központ közötti szakasz. Alapsebességű összeköttetésnél 1 érpár, primer sebességű összeköttetéskor 2 érpár . • S/T az ISDN hálózat határa. Ezeken a pontokon nyújtott szolgáltatás : négyhuzalos, full-duplex 192 kbit/sec sebességű digitális BUSZ, ütközés kezeléssel. Az esetleges ütközés érzékelése után egy készülék szerzi meg a vezérlést. Egy -egy csatornát egy készülék birtokol, csak a kapcsolat lezárása után foglalhatja le más készülék. ( Egyszerre pl két telefonkészülék lehet aktív a két B csatornán.) Az ISDN szabványú digitális készülékek illesztésére használható. • NT1 1-es hálózati végződés( Network Termination 1) • TE1 ISDN típusú végberendezés • TE2 nem ISDN típusú berendezés. ( Terminal Equipment type 2) • TA ( Terminal Equipment type 1).

végberendezés illesztő (Terminal Adaptor) jelű egység az analóg eszközök számára biztosít az interfészt. • R referenciapont úgy használható, mint az analóg telefon egy végpontja. Kapcsolhatunk rá analóg telefont, vagy analóg modemet is. Az „U” referenciapont valójában a felhasználó az ISDN központ közötti kábelszakasz. Használható a hagyományos, meglévő előfizetői hurok , ha a csillapítása kisebb mint 36 dB , 40 kHz-en mérve. Meg kell vizsgálni továbbá az érpárok közötti áthallásokat, földhöz viszonyított asszimetriát, csoportfutási időt (40kHz-en max 80µsec) . A vonali átvitelre alapsebességű rendszernél kéthuzalos , viszhangtörléses eljárást, primer sebességű csatlakozásnál 4 huzalos csatlakozást használnak általában ( Japánban és Franciaországban eltérő). A kódolás 2B1Q ( lásd 2.34 szakasz ) 64 adó viszhangtörlő kéthuzalos érpár hibrid vevő + 2.33 ábra Viszhangtörléses

adó-vevő egyszerűsített szerkezete A bitcsövön több csatorna osztozik. A szabványosított csatorna típusok: A 4 kHz-es analóg telefoncsatorna B 64 kbit/sec sebességű csatorna hang és adatátvitelre (Európa) 56 kbit/sec sebességű csatorna hang és adatátvitelre (USA, Japán) C 8 vagy 16 kbit/sec sebességű digitális csatorna D 16 vagy 64 kbit/sec sebességű digitális csatorna sávon kívüli jelzési feladatokra E 64 kbit/sec sebességű digitális csatorna sávon belüli jelzésre H 384 kbit/sec, 1536 kbit/sec, 1920 kbit/sec digitális csatorna. A „D” csatorna a gyakorlatban túl szélesnek bizonyult a jelzések számára. A csatornában lehetővé teszi a szabvány egy „p” jelű 9,6 kbit/sec sebességű szinkron csatorna (X.21), egy „t” jelű 75 bit/sec sebességű telemetria csatorna létrehozását a jelzési alcsatornán (s) kívül. A kissebességű csatorna tűz, betörés, füst, stb. jelzésére használatos Előnye, hogy bármilyen

üzemállapotban szabad, nem kell az adatátviteli csatorna forgalmát megszakítani. A „B” csatornák tisztán a felhasználói adatforgalom rendelkezésére állnak. A csatornák nem ötvözhetők tetszőlegesen. A szabvány 3 kombinációt fogadott el: • Hibrid 1A + 1C (Európában nem használatos) • Alapsebesség 2B + 1D • Primer sebesség 23B + 1D (USA, Japán) 30B + 1D (Európa) 65 A primer sebességek a telefonhálózatban használt magasabb szintű kapcsolathoz illeszkednek. A 23B+1D elrendezés az AT&T T1 csatornájához, a 30B + 1D a CCITT 2,048 Mbit/sec sebességű E1 csatornájához igazodik. Az alapsebességű kapcsolat a központ és az NT1 között 1 érpárat, a primer sebességű kapcsolat 2 érpárat igényel. Alap sebesség esetén az előfizetői szakasz teljesítménye kétszeresére, primer sebesség esetén 15 –szörösére nő! Az ISDN eltérő szabványai komoly nehézséget okoznak a kontinensek közötti forgalomban. Eltérések

vannak a T és S referenciapontokon az időrések értelmezésében is. Teljesen biztosak akkor lehetünk a kompatibilitásban, ha a készülékek azonos gyártótól származnak, vagy a kompatibilitás ellenőrzött. A PC-s programok egy része tartalmazza a csatolókártyák vezérlését különböző PBX-hez, ezzel biztosítva a kompatibilitást. Az ISDN alapvetően 64 kbit/sec sebességű csatornákból építkezik, ezért N-ISDN-nek (Narrow band ISDN) is nevezik, megkülönböztetésül a szélessávú ISDN-nek is nevezett ATM rendszertől. A 64 bit/sec azt jelenti, hogy 8000 db 8 bites mintát tudunk továbbítani a hálózaton. Ez megfelel a hangátvitel általános igényeinek. A 3,3 kHz körüli maximális frekvencia átviteléhez legalább kétszeres mintavételi sebesség (6,6 kHz) szükséges. A szűrők által igényelt többlet miatt a 8 kHz-es mintavétel elfogadható (Amerikában 7 kHz). A kvantálás 8 biten történik, így adódik a 64 kbit/sec ( 56kbit/sec USA,

Japán) sebesség a beszédátvitel számára. ISDN felhasználói interfész A felhasználó számára a legfontosabb a T és S referenciapont. Erre csatlakozik az u.n S∅ BUSZ A BUSZ 4 érpárat tartalmaz, 100 ohm-os hullámimpedanciával 2 érpár szolgál adatátvitelre, 2 érpár tápfeszültséget szállít. Az adatátvitelre szolgáló érpárokat a végpontokon 100 ohmos ellenállással le kell zárni (TR) . Az NT1-nek legalább 1 készülék tápellátását kell biztosítani a központ felöl. Ez teszi lehetővé, hogy helyi áramszünet esetén legalább egy készülék használható maradjon. A kábel hossza legfeljebb 1 km lehet, és maximum 8 eszköz csatlakozhat rá. 66 Az eszközök elrendezését a jelek futási ideje befolyásolja. Az adást a készülékek az NT irányból érkező keretekhez szinkronizálják. Az NT egy maszkhoz viszonyítja a beérkezett bitek időbeli helyzetét, és a maszkon kívüli jeleket eldobja. 1000m kábel akkora késleltetést

jelent, hogy egy közeli és egy távoli berendezéshez tartozó futási idő nem marad az időkorlátokon belül. ( 1bit≈ 5µsec, 1000m kábel késleltetése is körülbelül 5µsec ) 100-200m TR TE1 TR NT TR NT TE n (a ) Passzív busz Maximum 8 állomás max. 1000m 30-50m TR TE1 TEn (b) Kiterjesztett busz M axim um m 4 állom ás, koncentrált elhelyezésben. 2.32 ábra ISDN készülékek elrendezése a buszon Az NT közvetlenül, vagy legfeljebb 3m-es vezetékkel csatlakozhat a busz-hoz. 67 A végberendezések általában 3m-es, de legfeljebb 10m-es vezetékkel kapcsolódnak a busz-ra. Ez okoz némi illesztetlenséget, de a telefonok , vagy más készülékek könnyű mozgathatósága a nyereség. S0 busz kódolása. bináris adat: jel polaritás: 1 0 0 + 0 - 1 0 1 0 0 + 1 0 jelalak: 2.34 ábra Bináris jelek kódolása az S/T interfészen A kódolás NRZ jellegű, módosított AMI kód. Érdekessége, hogy a logikai "1"-nek "0"

volt felel meg. A logikai "0"-t váltakozó polaritású impulzus jelzi Az egyenáramú középérték akkor nulla, ha a bináris kódban a nullák száma páros. A kereten belül ez egyetlen bit, a kiegyensúlyozó bit hozzáadásával beállítható, tehát az egyenáram mentesség könnyen biztosítható. ISDN keretek. F - keretszinkronbit L - egyenáramú kiegyenlítő bit D - D csatorna 1 bitje FA - keretszinkron segédbit B1 és B2 - B1és B2 csatorna bitjei A - aktivitás bit S- szogálati bit (használaton kívül bináris "0") E- echo bit M- multikeret szinkronbit ( Csak USA) 2.34ábra Keret szerkezete az S/T interfészen 68 Az "S" busz átviteli képessége 192 kbit/sec . A keret szerkezete 234 ábrán látható A keret szerkezete kissé eltér az NTTE és a TENT irányú kommunikációban. Mindkét irányban azonos B1 és B2 csatornák adatátvitele. A "B" csatornák minden 8 bitjéhez a "D" csatorna 1 bitje kerül

átvitelre, egy keretben tehát 2 bit. Így adódik ki a 16kbit/s+64kbit/s+64kbit /s sebesség. Az adatátvitel szinkron Az állomások (TE) a vételi oldalon nyert órajelhez szinkronizálják az adást, két szimbólumnyi eltolással. A bitszinkronizációt a végberendezések megfelelő telepítésével (2.33 ábra) oldják meg. Azt , hogy melyik állomás adhat, a "D" csatorna hozzáférési eljárása szabályozza. Látható, hogy a az NTTE irányban az NT "E" bitként visszafordítja az utoljára vett "D" biteket. Ha egy állomás már ad, akkor várhatóan lesznek "0" bitjei , amit érzékelhetünk. Egy másik állomás akkor kezdhet adásba, ha legalább 8db bináris "1"-et vett az "E" biten. Az állomás összehasonlítja a saját utoljára adott "D" bitjét a visszakapott "E" bittel, és ha eltérést tapasztal azonnal felfüggeszti az adást. Ez az eljárás biztosítja, hogy ha egyszerre kezdett

adásba két állomás akkor mindkettő visszalépjen. A két állomás közül a magasabb prioritású fogja megszerezni a buszt. 69