Hálózati Architektúrák és Protokollok GI BSc.

1. laborgyakorlat

Erdős András (demonstrátor)

Debreceni Egyetem - Informatikai Kar

Informatikai Rendszerek és Hálózatok Tanszék

2016

9/20/2016 9:41 PM 1

Fizikai réteg

9/20/2016 9:41 PM 2

Fizikai réteg1. Alapfogalmak

2. Átviteli közegek

3. Jelkódolás

4. Jelmoduláció

5. Topológiák

6. Gyakorlati feladatok

9/20/2016 9:41 PM 3

AlapfogalmakA fizikai réteg feladata a bitátvitel megvalósítása két (csatornával közvetlen módon összekötött) csomópont között.

• Nyquist-Shannon: zajtalan csatorna maximális adatátviteli sebessége 𝐶 = 2𝐻𝑙𝑜𝑔2𝑉 𝑏𝑖𝑡/𝑠, ahol• V jelzi, a csatorna hány diszkrét jelszint elkülönítésére képes

• C a maximális adatátviteli sebesség

• H az átviteli csatorna sávszélessége

• Gyakorlatban minden átviteli közegben számolni kell zavaró tényezőkkel, melyeket vonali zajnak nevezünk. Ezért bevezettek egy új jelölést a jel/zaj arányt (S/N (db) ).

• Maximális adatátviteli sebesség zajos csatornán: 𝐶 = 𝐻𝑙𝑜𝑔2 1 +𝑆

𝑁𝑏𝑖𝑡/𝑠

• Csillapítás: a jel amplitúdójának csökkenése a csatornán. 𝐶𝑠𝑖𝑙𝑙𝑎𝑝í𝑡á𝑠 = 10𝑙𝑜𝑔10(𝑝1

𝑝2) 𝑑𝑏

• p1 a csatorna elején, p2 a csatorna végén mért teljesítmény (Watt)

9/20/2016 9:41 PM 4

Átviteli közegek - Csavart érpár• Twisted Pair

• Shielded Twisted Pair

• Folied Twisted Pair

• Unshilded Twisted Pair

• Csavarás – áthallás csökkentés és zajvédelem

9/20/2016 9:41 PM 5

Átviteli közegek – Csavart érpár• Az adatátviteli kábelspecifikációk különböző kategóriákat különítenek el (100 m hosszságra értendő). A sebesség erősen függ a frekvenciától

9/20/2016 9:41 PM 6

Átviteli közegek – Koaxiális kábel• Digitális átvitel esetén km-enként szükséges erősítés

• A mai LAN környezetben már nem használatos

• A csavart érpárnál kevésbé érzékeny a zajra és áthallásra

9/20/2016 9:41 PM 7

Átviteli közegek – Optikai szál• Nagy adatátviteli sebesség érhető el (Több Gbps több 10 km-en)

• Kisebb méret és súly

• A csillapítás kisebb, és széles frekvenciatartományban állandó.

• Elektromágneses izoláltság

• Nagyobb ismétlési távolság • (3,5 Gbps esetén 318 km-enként)

9/20/2016 9:41 PM 8

Átviteli közegek – Optikai szál• Többmódusú - A fényforrásból különböző szögben kilépő fénysugarak különböző szögben verődnek vissza a két optikai közeg határáról, ezért különböző utat tesznek meg különböző idő alatt. Ezért a fényimpulzusok torzulnak, az adatátviteli sebesség csökken

•Egymódusú szál - A mag átmérőjét csökkentve a hullámhossz nagyságrendjére csak a tengelyirányú fénysugár jut át. A fényimpulzusok nem torzulnak, nagyobb adatátviteli sebesség érhető el.

• Többmódusú, emelkedő törésmutatójú szál – Az előző kettő keveréke

9/20/2016 9:41 PM 9

Átviteli közegek – Rádiófrekvenciás adatátvitel• Kistávolságú átvitel (WLAN, Wi-Fi)

• Nagytávolságú összeköttetés biztosítása (GPRS, EDGE, UMTS)

• WLAN technológiák• Infrastruktúra üzemmód: a mobil eszközök egy rádiós bázisállomáson keresztül kommunikálnak (AP)

• Ad-hoc üzemmód: a mobil eszközök közvetlenül egymással kommunikálnak

9/20/2016 9:41 PM 10

Jelkódolás• A fizikai rétegben megjelenő bitsorozatot az alkalmazott (digitális) csatorna jelkészletére, jelzésrendszerére (feszültségszintekre, feszültségszint-váltásokra) képezzük le.

• Bipoláris kódolást alkalmazunk: +1 a magas, -1 az alacsony feszültségszint

9/20/2016 9:41 PM 11

Jelkódolás - NRZ jelkódolás• A (+1) feszültségszintet tartjuk az „1” bit érték átviteli idejében, s a (-1) feszültségszintet pedig a „0” bit érték átviteli idejében. Könnyen implementálható, de nem biztosít szinkronizációt több azonos bit érték átvitele során.

9/20/2016 9:41 PM 12

Jelkódolás - RZ jelkódolás• A (+1) feszültségszintet tartjuk az „1” bit érték átviteli idejének első felében és (-1)-et a második felében. A „0” bit érték esetén a teljes bit időtartamban (-1) feszültségszintet tartunk.

9/20/2016 9:41 PM 13

Jelkódolás - RZI jelkódolás• Az „1” bit érték átviteli idejében a megelőző időtartamban alkalmazott feszültségszint ellentettjét alkalmazzuk, a „0” bit érték átviteli idejében pedig tovább tartjuk a megelőző bit időtartamban alkalmazott feszültségszintet.

9/20/2016 9:41 PM 14

Jelkódolás - Manchester (PE) jelkódolás• Az „1” bit értéket az átviteli idejének közepén bekövetkező (+1) → (-1) feszültségszint-váltás reprezentálja. A „0” bit értéket pedig az átviteli idejének közepén bekövetkező (-1) → (+1) feszültségszint-váltás reprezentálja.

9/20/2016 9:41 PM 15

Jelmoduláció• Amplitúdó billentyűzés (Amplitude Shift Keying, ASK)

• Frekvencia billentyűzés (Frequency Shift Keying, FSK)

• Fázis billentyűzés (Phase Shift Keying, PSK)

9/20/2016 9:41 PM 16

Topológiák - Csillag

9/20/2016 9:41 PM 17

• Csillag• Gyűrű• Busz• Fa

Feladat

9/20/2016 9:41 PM 18

Írja fel az alábbi jelsorozatokat NRZ, RZ, RZI, Manchester jelkódolást alkalmazva!

1. 11001001

2. 10011101

3. 01100010

4. 11011101

5. 011001011001010010101011

Kapcsolódó fogalmak• Néhány fogalom, mely segíthet feleleveníteni az órán elhangzottakat:

Sávszélesség, Csatorna maximális adatátviteli sebessége, Vonali zaj (noise), Csillapítás, Vezetékes médiumok csillapítása, Csavart érpár, Koaxiális kábel, Optikai szál, Többmódusú szál, Egymódusúszál, Többmódusú, emelkedő törésmutatójú szál, Rádiófrekvenciás (vezeték nélküli) adatátvitel, WLAN technológiák, WLAN logikai architektúrák, Jelkódolás, Bipoláris kódolás, NRZ jelkódolás, RZ jelkódolás, NRZI jelkódolás, Manchester (PE) jelkódolás, Szinuszos vivőjű digitális moduláció, Amplitúdó billentyűzés (Amplitude Shift Keying, ASK), Frekvencia billentyűzés (Frequency Shift Keying, FSK), Fázis billentyűzés (Phase Shift Keying, PSK), Csillag topológia, Gyűrű topológia, Busz topológia, Fa topológia,

9/20/2016 9:41 PM 19

Referenciák, további linkek, segédlet1. Az előadáshoz tartozó fóliasorozat és a syllabus megtalálható a tárgy honlapján:

http://irh.inf.unideb.hu/~kocsisg/

2. Gyakorlati segédanyagok: http://shrek.unideb.hu/~erdosa/GI_Halo/index.html

3. RFC Dokumentumok: http://www.rfc-editor.org

4. James F. Kurose and Keith W. Ross. Számítógép hálózatok működése: Alkalmazásorientált megközelites. 4. ed. Pearson Education, 2008, Panem Könyvkiadó 2009.

5. Dr. Almási Béla, Számítógép Hálózatok oktatási segédlet, Debreceni Egyetem Informatikai Kar, 2011 http://www.inf.unideb.hu/kmitt/konvkmitt/szamitogep-halozatok_oktatasi_segedlet/book.xml.html

6. Dr. Végh Janos, Hálózati architektúrák es protokollok előadási segédlet, Debreceni Egyetem Informatikai Kar, 2014

9/20/2016 9:41 PM 20

Köszönöm a figyelmet

9/20/2016 9:41 PM 21